[科普中國(guó)]-液態(tài)碳肥

碳是植物必須的六種大量元素之首。碳占農(nóng)作物有機(jī)質(zhì)的58%，干物質(zhì)的30%~35%。農(nóng)作物所需的碳，主要由葉片氣孔吸收空氣中的二氧化碳，經(jīng)葉綠素的光合作用轉(zhuǎn)化為碳水化合物，組成農(nóng)作物的組織結(jié)構(gòu)。植物的根部也由土壤中的有機(jī)質(zhì)直接吸收溶解于水的碳，輸入植物內(nèi)部經(jīng)另一性質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)形成。

碳肥是農(nóng)作物必須的肥種眾所周知：碳是植物必須的六種大量元素之首。碳占農(nóng)作物有機(jī)質(zhì)的58%，干物質(zhì)的30%~35%。農(nóng)作物所需的碳，主要由葉片氣孔吸收空氣中的二氧化碳，經(jīng)葉綠素的光合作用轉(zhuǎn)化為碳水化合物，組成農(nóng)作物的組織結(jié)構(gòu)。植物的根部也由土壤中的有機(jī)質(zhì)直接吸收溶解于水的碳，輸入植物內(nèi)部經(jīng)另一性質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)形成

植物的組織結(jié)構(gòu)，特別是纖維素、糖分等等。在原生態(tài)環(huán)境中，億萬(wàn)年來(lái)形成的各植物物種，都有各自從空氣中得碳和從土壤中得碳的某種比例。但在人工種植中，尤其是忽視有機(jī)肥偏施化肥的情況下，這種比例失衡了。這就出現(xiàn)了作物葉片變薄、莖干虛胖（干物質(zhì)少）、口感差、容易發(fā)病和植株早衰等問(wèn)題。這也反過(guò)來(lái)證明：作物氣孔吸收二氧化碳不能替代根部吸收水溶碳的作用。給農(nóng)作物根部施加碳肥是必不可少的。

有機(jī)肥是緩效肥料，它的有機(jī)質(zhì)含量雖高，但大部分在短近期不能溶于水。大部分有機(jī)質(zhì)以礦化腐殖質(zhì)形式存在，須經(jīng)土壤微生物長(zhǎng)時(shí)間分解才能逐漸釋放出水溶性碳。筆者曾試驗(yàn)：將有機(jī)肥兌4倍水混勻置于密閉容器中100天，測(cè)試其溶于水的有機(jī)碳僅1%！可見(jiàn)，施進(jìn)土壤的有機(jī)肥，其當(dāng)季被吸收的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)（主要是水溶有效碳）是非常少的。有機(jī)肥之所以有肥效，一是它改變了土壤的結(jié)構(gòu)，提高了土壤的物理肥力和生物肥力；二是它所含的N、P、K營(yíng)養(yǎng)元素（一般在5%左右）作用發(fā)揮得比較充分，具備了一定的化學(xué)肥力。而其短近期內(nèi)發(fā)揮作用的有機(jī)質(zhì)肥力——水溶有機(jī)碳則很有限的，每100公斤僅1公斤左右。這就說(shuō)明：連續(xù)地大量地使用合格有機(jī)肥，才能保證農(nóng)作物根部吸收所需的有效碳。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀證明：“連續(xù)地大量地使用合格有機(jī)肥”是一件困難的事。有些地方人們得不到合格有機(jī)肥的供給；有些地方大量有機(jī)肥到達(dá)不了；有些地方雇不到足夠的勞動(dòng)力把“大量”的有機(jī)肥施到地里……因此就造成不少農(nóng)作物或者農(nóng)田長(zhǎng)期得不到有機(jī)肥的補(bǔ)給，這不但使土地日趨貧瘠化，也使農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量不斷下滑。

有機(jī)肥的精細(xì)化高效化是農(nóng)業(yè)擺脫“有機(jī)肥荒”的希望。

怎么造出“精細(xì)高效”的有機(jī)肥？找到有機(jī)肥的精華，就能造出精細(xì)高效有機(jī)肥。有機(jī)肥的精華是什么？是水溶有機(jī)碳。這是不容置疑的。但從100公斤有機(jī)肥里提取1公斤水溶碳顯然是不現(xiàn)實(shí)的。如果我們能用另一種方法制得富含水溶有機(jī)碳的物質(zhì)，且這種方法又經(jīng)濟(jì)可行，那么就能造出“精細(xì)高效”的有機(jī)肥！這種方法找到了，開(kāi)發(fā)“碳肥”就由“必要”變?yōu)椤翱赡堋绷恕?/p>

產(chǎn)品特點(diǎn)看著許多河溝流淌著黑色的污流，大家都知道這是在亂排污水，但可曾想到這里流淌著大量“水溶碳”？我們對(duì)碳肥的開(kāi)發(fā)就從這里開(kāi)始。

將有機(jī)廢水沉淀或過(guò)濾后去除不溶物，經(jīng)工業(yè)裝置濃縮成含水率低于一定指標(biāo)的濃縮液，再經(jīng)特殊工藝加工就制造出了液態(tài)碳肥。

液態(tài)碳肥的比重1.28～1.30，其技術(shù)指標(biāo)如下：

水溶有機(jī)碳含量≥12.5 %（160g/L）

水溶碳在慢速定量濾紙自然過(guò)濾率（50倍液）≥95%

以上是兩個(gè)主要指標(biāo)，標(biāo)明了該碳肥含水溶有機(jī)碳的12.5%以上，其所含的水溶有機(jī)碳在50倍液狀態(tài)下有95%以上能自然通過(guò)慢速定量濾紙。而有機(jī)肥中的水溶有機(jī)碳僅50%左右能通過(guò)這種濾紙。水溶物只有分子團(tuán)粒徑足夠小才能被植物根部吸收，水溶有機(jī)碳分子團(tuán)應(yīng)小到能通過(guò)某種規(guī)格的濾紙，才是成為碳肥的有效碳。據(jù)此可以判斷：該液態(tài)碳肥的有效碳相當(dāng)于普通市場(chǎng)銷(xiāo)售有機(jī)肥有效碳的20倍以上。這就說(shuō)明液態(tài)碳肥的短近期肥效相當(dāng)于普通有機(jī)肥的20倍左右。這種推論得到大量應(yīng)用實(shí)例的證明，以下舉二組實(shí)例。

表1 液態(tài)碳肥在花菜的實(shí)驗(yàn) (2011.11.27～2012.3.6)

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說(shuō)明：試驗(yàn)在同一塊地，各1畝，同樣的水肥管理，A組追施一次液態(tài)碳肥每畝2.5公斤，B組基肥中加有機(jī)肥每畝100公斤。

表2 液態(tài)碳肥在西瓜的試驗(yàn) （2012.5.5～2012.7.28）

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說(shuō)明：同樣水肥管理，A在移苗后25天施加每畝5kg液態(tài)碳肥，B在移苗前下基肥時(shí)加施每畝150公斤有機(jī)肥。

由以上二組試驗(yàn)結(jié)果可以看出：每畝加施2.5kg液態(tài)碳肥（有效碳0.3kg），其在花菜種植中的增產(chǎn)效果接近100公斤有機(jī)肥；每畝加施5kg液態(tài)碳肥（有效碳0.6kg），其在西瓜種植中的增產(chǎn)效果超過(guò)150公斤有機(jī)肥。A、B組西瓜還原糖含量指標(biāo)基本在一個(gè)水平上，分別比對(duì)比組西瓜還原糖的含量提高15%和16%。這證明液態(tài)碳肥的有機(jī)肥特征明顯。

2012年4月6日在某種植大戶(hù)菜椒的應(yīng)用試驗(yàn)，顯示了液態(tài)碳肥對(duì)作物抗逆機(jī)能的重要作用。該用戶(hù)大棚種植菜椒22畝，間隔棚使用液態(tài)碳肥共11畝，使用27.5kg。5月中旬至6月底當(dāng)?shù)剡B續(xù)陰雨，由于該地塊排水系統(tǒng)不夠完善，經(jīng)常大雨后一、二天后還有積水。未使用液態(tài)碳肥的11畝菜椒在6月上旬開(kāi)始黃葉，不能正常產(chǎn)椒，6月中旬已絕收，而使用液態(tài)碳肥的11畝至6月底還很少出現(xiàn)黃葉，正常采椒。當(dāng)?shù)匾蜷L(zhǎng)時(shí)間陰雨，各類(lèi)蔬菜都產(chǎn)量銳減，菜價(jià)飆升，該菜農(nóng)11畝試驗(yàn)地由于沒(méi)減產(chǎn)而大增收，共賣(mài)了27萬(wàn)元。

在四季豆、西紅柿、苦瓜等生長(zhǎng)期較長(zhǎng)，邊收獲邊生長(zhǎng)的作物中，液態(tài)碳肥的取得了

比短季蔬菜更顯著的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)率都在50%以上。證明了液態(tài)碳肥使作物抗旱衰的作用突出。證明了許多生長(zhǎng)長(zhǎng)期的農(nóng)作物早衰，主要在于缺碳1。

液態(tài)碳肥中碳的存在形式自然界單質(zhì)碳都以多種不同的形態(tài)組成各種十分穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此用這些物質(zhì)做碳肥毫無(wú)意義。正像幾乎所有礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素一樣，碳肥也不是以單質(zhì)碳的型式存在的。它必須形成某種易溶于水的化合物才便于使用，這種化合物就是黃腐酸。這種結(jié)構(gòu)不是加工工藝刻意制造的，而是我們使用的原料——有機(jī)廢水所特有的。用于制造液態(tài)碳肥的有機(jī)廢水濃縮液，其源頭是生物質(zhì)經(jīng)微生物發(fā)酵，會(huì)產(chǎn)生生物黃腐酸。當(dāng)主產(chǎn)品（酒精、酵母等）被提取后，黃腐酸就隨同其他廢棄物被用水沖掉。我們利用其濃縮液（這時(shí)黃腐酸分子團(tuán)變大，接近棕腐酸）進(jìn)行深加工，把這些“鈍化”了的腐植酸變成更小分子量的水溶腐植酸——黃腐酸。碳是黃腐酸分子團(tuán)芳香核的主要構(gòu)成物質(zhì)，占黃腐酸質(zhì)量的40%～50%。由于小分子量黃腐酸水溶性好、滲透性和擴(kuò)展性強(qiáng)，這就把碳變成水溶性好的易被作物根部吸收的有效碳。因此液態(tài)碳肥不但是高效有機(jī)肥，還是速效有機(jī)肥，這就和其他化肥營(yíng)養(yǎng)——氮、磷、鉀等一起站在了精細(xì)化、速效化的肥料行列中了。有機(jī)肥能像化肥一樣精細(xì)、一樣快效、一樣隨水而行，這個(gè)多少人夢(mèng)寐以求的境界，在液態(tài)碳肥得到實(shí)現(xiàn)。

液態(tài)碳肥的作用機(jī)理大量的實(shí)驗(yàn)證明：在沒(méi)有足量有機(jī)碳的土壤種植的農(nóng)作物都是處于“亞健康”狀態(tài)的。以為在這種土壤中，碳成了肥料“木桶”的短板。液態(tài)碳肥使“短板”不短，使作物的營(yíng)養(yǎng)均衡，擺脫“亞健康”狀態(tài)，發(fā)揮出更佳的生產(chǎn)能力，這是其直接的作用。

液態(tài)碳肥提高了土壤的碳氮比（C/N）使土壤微生物獲得良好的繁殖條件。土壤微生物的大量繁殖提高了土壤的生

物肥力和物理肥力，從而進(jìn)一步提高了土壤中N、P、K等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的利用率。使用過(guò)液態(tài)碳肥，土壤變疏松，作物根系更發(fā)達(dá)。這也證明土壤板結(jié)主要是因?yàn)槿碧?，而不是由于使用了化肥?/p>

所以液態(tài)碳肥對(duì)土壤和農(nóng)作物的作用，既有如化肥營(yíng)養(yǎng)那樣的直接向作物輸入營(yíng)養(yǎng)成分的作用，也有由它而提升了化肥利用率和改良土壤而產(chǎn)生的綜合效應(yīng)的作用。向土壤施加了“有效碳”，整個(gè)小環(huán)境的生態(tài)都改變了，土壤三種肥力都得到了提升，這就是碳肥的威力，這才能解釋為什么幾公斤的液態(tài)碳肥（有效碳不足1公斤），能造成那么驚人的增產(chǎn)效果2。

開(kāi)發(fā)液態(tài)碳肥的意義從產(chǎn)業(yè)視角看，成功開(kāi)發(fā)液態(tài)碳肥，將在我國(guó)甚至全世界啟動(dòng)一個(gè)新的特大肥料產(chǎn)業(yè)。若干年后該產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將不亞于氮、磷、鉀三大肥種中的任何一個(gè)。

從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度看，液態(tài)碳肥彌補(bǔ)了有機(jī)肥的缺陷和應(yīng)用領(lǐng)域的局限，這就使土壤改良與作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)同步，使土地永續(xù)耕作變?yōu)榭赡?。在肥水一體化管道輸送中，液態(tài)碳肥解決了有機(jī)肥隨水而行的難題，避免設(shè)施農(nóng)業(yè)重走化學(xué)農(nóng)業(yè)的老路。

從對(duì)環(huán)保和節(jié)能減排的貢獻(xiàn)看，每生產(chǎn)應(yīng)用1噸液態(tài)碳肥可節(jié)省1.5噸化肥（同等產(chǎn)量計(jì)），還相當(dāng)于完全回收利用5噸有機(jī)廢水。如果把液態(tài)碳肥做到年產(chǎn)1000萬(wàn)噸，可節(jié)約1500萬(wàn)噸化肥，還可減排有機(jī)廢水5000萬(wàn)噸，其節(jié)能和減排的貢獻(xiàn)十分顯著。

從學(xué)術(shù)價(jià)值評(píng)價(jià)，液態(tài)碳肥的理論和實(shí)踐把生物腐植酸理論從礦質(zhì)腐植酸理論的框框中解脫出來(lái)，走向以“有效碳”為核心的實(shí)用理論體系——“生物腐植酸土壤肥料學(xué)”，這是一個(gè)學(xué)科交叉的嶄新理論體系。僅僅是該理論體系的開(kāi)創(chuàng)期，隨著該理論體系的發(fā)展和豐富，必將為肥料產(chǎn)業(yè)的第二次飛躍——有機(jī)肥的精細(xì)化高效化作出里程碑式的貢獻(xiàn)，從而托起一個(gè)世界性的碳肥產(chǎn)業(yè)，為全球農(nóng)業(yè)糧食和環(huán)境問(wèn)題的解決開(kāi)拓出新的更加光明的前景3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)