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 靠天补碳导致作物碳饥饿

碳位列17 种必需营养元素之首,在植物中的含量高达50%,为氮、磷、钾元素之和的5 倍多,作物增产必需增碳。然而,国内外养分平衡研究和技术开发中的重点始终在氮、磷、钾,以及中微量元素,甚少涉及碳营养,尤其是有机碳100 多年来化肥工业生产出氮、磷、钾及中微量元素肥料品种,唯独碳肥 (除了二氧化碳施于大棚外) 产品几为空白,这与碳营养的重要性是极不相配的。

碳主要来源于大气,通过光合作用将CO2 转化为需要的碳水化合物。大气CO2 浓度约为360 mg/kg,植物株间实际浓度200 mg/kg,而光合作用的最佳浓度为1000 mg/kg 左右,大气浓度仅为最佳浓度的1/5,在理论上作物存在碳饥饿。

作物生长过程是一种在大自然环境下进行的生化反应过程。作为生化反应最重要的底物之一,碳的供应不充分直接制约着生化反应的速率,同时减少反应物的生成,对于粮食作物来说,即产量减少。目前所有的高产记录均未将充足的碳营养作为前提,已有的肥料试验只能说是提高利用已有的碳供应量的结果,但作物产量有可能仍然受到碳饥饿的制约。若能在平衡施肥中补充碳,现有的高产记录可望被突破。

作为需求最多的营养元素,迄今碳未进入主流肥料生产,在肥料研究总结中也鲜有关注。在大量施用氮磷钾的情况下,碳的供求矛盾更为尖锐。要改变这一现状,就必须施用超大量营养—碳,这样让碳的地位在肥料产品中得以落实。我国肥料企业和高校的科技人员在作物高产的探索中,逐步认识到碳营养的重要性,提出了“增产必须增碳,施氮必须施碳”的观点,并研发出化学降解、生物发酵等不同技术途径的有机碳肥生产方法,在大田生产中取得了明显的增产、提质和抗逆效果,显示了有机碳肥的各种优势,为有机碳肥的研发和应用提供了良好的示范和引领作用。

施肥补碳已经在实践中显示了突出的增产、优质、抗逆优势。有机碳肥就其有机形态、应用范围及条件而言,远胜于二氧化碳,其优越性表现在三方面:

第一,可减少对光能的依赖。自然状态下的靠天补碳过程受光照、温度和水分等诸多因素的影响。有机碳肥中的碳已经是有机态,无需消耗光能(光合作用) 进行有机转化,以后续生化反应为起点,初始反应的光合能可节省下来用于后续反应中,制造其他必需生化物质 (如酶、激素、信号传递物质等),促进作物更好生长。有机碳相对于无机化肥的独特优势是含有源于光合作用的化学内能,可用热力学的概念生成焓表示。其能值高低与结构复杂程度和反应步骤有关。有机碳营养如氨基酸、多肽、腐植酸,其结构越复杂,经历的反应步骤就越多,所节省的生化反应能值 (焓) 也越高,可谓是构成作物生化组分的高端预构件。而一般的无机化肥及二氧化碳只是生化组分的初级原料,在阴雨或雾霾天光照不足时,作物因光合产物减少而生长不良,有机碳肥节能补碳的优点表现得更明显,尤其在促长、抗病虫等方面更突出。

第二,施用方便。有机碳肥为固体或液体,使用起来比气态碳肥方便,无论是大田或大棚均可广泛应用。

第三,增强作物抗逆性。作物对于寒、热、旱、涝、病虫害等逆境都有一套内在基因的对应机制,但作物对逆境的响应需要消耗含碳化合物去合成必需的信号物质并在不同部位进行传导、接收。碳供应不足必然影响抗逆信号物质的合成,降低作物的抗逆性。

 

 

 

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