Fill Carbon to the Soil is the Key to Make the Soil Fertile
李瑞波 吴少全
Ruibo Li，Shaoquan Wu
(福建绿洲生化有限公司)
摘要：碳营养是土壤肥力的核心。植物碳营养来源于叶片光合作用吸收和根系吸收两通道。传统有机肥无法给土壤补充足够的碳营养。有机碳肥是精细高效的碳营养肥料。 Abstract：Carbon is the core of the soil fertility. Carbon absorbed by plants by means of two methods, one is leaf photosynthesis, the other is root absorption. Traditional organic fertilizer can not fill enough carbon to the soil. Organic carbon fertilizer is efficient fertilizer that can provide enough carbon.
关键词：土壤肥力 碳营养 缺碳病 有效碳 有机碳肥
Key word：Soil fertility, Carbon nutrition, Carbon deficiency disease, Effective carbon, Organic carbon fertilizer
1、碳营养在土壤肥力中的核心作用
1.1 碳营养是植物所需大量元素之首，也是土壤肥力的核心。
土壤三大肥力都与碳营养有密切的关系。碳营养以有机化合小分子形式存在，它同土壤中一些矿物质离子例如钙离子、铁离子等结合，成为土壤团粒结构的核心。碳营养丰富的土壤团粒结构好，含氧涵水性好，物理肥力强；有机化合小分子与矿物质营养（通常是离子态）结合成螯合（融合）体，使矿物质营养不挥发不流失，并更容易被作物根系吸收，因而提高了土壤的化学肥力；微生物繁殖的基本条件是氧气和营养,营养主要是碳和氮,碳氮比25左右为宜。这个碳是水溶性小分子有机碳。所以土壤中有机质里的碳并不是真实的碳营养。加入碳营养提高了土壤碳氮比，土壤微生物大量繁殖，更提高土壤透气性，好氧菌
成了优势种，进一步分解土壤中有机质，代谢更多小分子有机碳物质，作物根系受刺激而更加强壮，根端释放更多有机酸形成丰富的根际微生物圈，因此土壤生物肥力大大提升。所以碳营养不但是土壤化学肥力的重要成分，还是土壤三大肥力互相联系和循环促进的动力。要培肥地力，就不能忽视碳营养的核心作用而顾其他。
1.2 我国有机农业绵延不绝五千年，农业一直是国家的稳定器和社会发展的基础，其重要原因是由于我们的先辈爱惜地力，注重培肥地力，几千年不间断地干物质循环。一直到 “人民公社”时期，农民们还经常“积肥”，成结队挑粪肥、塘泥、海泥下地，各生产队也都十分积极和自觉种绿肥肥田；社员们更是一把粪一瓢尿地往自家自留地送。所以在那些年代，就没听说什么土壤板结、什么土传病害，更不需要用大量农药。其实那个时代也开始使用化肥，只是农民们沿袭祖先的“积肥”习惯，认为那是当农民要干的正经事。因而在商品经济发达年代之前，土地就是健康的，肥沃的。
“积肥”的本质是什么？就是往耕地输送有机碳营养，当然也捎去了品种丰富但相对比例低得多的矿物质养分。我们今天不得不大力呼吁培肥地力，就是因为我们三十多年来一直在消耗地力，消耗地力就是吃老本，这个老本就是碳营养！
1.3 缺碳是引发土壤病变的主因。现在有一句话很流行：“由于长期施用化肥所以土壤板结……”化肥似乎成了破坏土壤的祸首了。实际上只要向耕地施用有机碳菌剂，每亩40公斤，数天后土壤就疏松了，作物的根系也粗壮了。凡是使用有机碳产品的情况基本如此。连续几茬施用，土传病害没有了，连根结线虫病也不见了。这说明：土壤板结也好，土传病害也好，都是因为土壤严重缺碳，土壤三大肥力互相联系和循环促进的动力消失了。土壤微生态和物质循环状态恶化，它就病了。
这里要借用传统文化中阴阳平衡之说。土壤中碳营养不足，首先导致微生物繁殖障碍和生物多样性缺失。碳营养和微生物都是有机物质属阴，阴竭就导致阳盛，以氮磷钾为代表的矿物质营养更加强力地“掳”尽稀有的碳营养，这就形成阴衰而阳盛的土壤生态。平衡既已破坏，耕地质量危机就发生了。
图1 土壤阴阳平衡动态图
2、缺碳病对农作的严重危害
2.1 多年来在我国学界一直无视植物碳营养被根系吸收这一事实，几乎所有农业经典著作都把二氧化碳通过叶片气孔吸收叶绿素光合作用转化为碳水化合物，作为植物碳营养的唯一来源。这种理论上的片面和无知导致了国家有机肥技术标准的错误和生产工艺的荒缪—把小分子有机碳分解为水和二氧化碳，使有机肥料成为一堆无碳营养的“腐殖化”空壳。也就是说偌大的有机肥产业不是在制造植物碳营养，而是在对有机废弃物做无害化处理！这就注定了商品有机肥的低效和慢效。 2.2 另一面，由于农村青壮劳动力流向城市，加上过去以家庭为单位的畜禽养殖业逐渐被规模集中养殖取代，而规模集中养殖的业主们以利润为目标，用尽各种法子分散养殖废弃物而不进行有效加工转化。这一切使农村传统的“积肥”活动消失了，农家肥也就没了。
2.3 现在农业执法部门几乎无法对市场上的有机肥料质量进行监管，因为大量假劣有机肥都钻了“有机质含量≥45%”和“总养分（N+P2O5+K2O）≥5%”这两个指标的空子。没经发酵
的臭沟泥、风化煤或泥炭的粉粹物，混点碳铵就当有机肥卖。农民因假劣有机肥造成的损失难以计数。所以农民对商品有机肥普遍没有信心。商品有机肥被边缘化掉了。
2.4 由于以上原因，加上务农者年龄和文化程度方面的因素，大量农田二、三十年来少施甚至不施有机肥，这就造成土壤和农作物缺碳。土壤缺碳造成的问题已经介绍过了，可是农作物有二氧化碳吸收转化，怎么也会缺碳呢？请看以下几个因素。 2.4.1 大量研究表明：农作物光合作用时二氧化碳最适宜浓度是0.1%，但大自然空气中二氧化碳浓度平均为0.03%。也就是说正常情况下农作物普遍都缺碳。
2.4.2 在土壤板结等条件下，农作物根系衰弱，农作物肥水输送供应偏低，枝不壮叶不茂，叶片光合作用效率低，就加剧了缺碳。
2.4.3 环境条件差，例如连续阴雨天，或大棚种植空气流动差，或高原地区二氧化碳浓度更低等等，农作物就更加缺碳。
2.5 农作物严重缺碳就是缺碳病，它使农作物直接发生一系列病害：
根系衰弱甚至腐根，早衰、亚健康、易倒伏、叶绿体发育不正常、防病抗逆机能差、产量低、品质低下，果实发育不正常种质退化等等。
2.6 由于农作物的缺碳病而并发的其他农作物病害就更多，例如病、黄萎病、花叶病、黑腐病、青枯病、霜霉病、根肿病、果树黄化病和早落叶病等等。
2.7 由此可见，农作物缺碳病造成的危害超过农作物的任何一种病害，可称之为农作物的“壹号病”。缺碳病每年造成我国农业的损失最少超过全国农业年产值的20%。根除农作物缺碳病，将使农业跃上一个新台阶，这是国家农业战略层面的大课题！
3、农作物缺碳病的防治
3.1 防治农作物缺碳病，得从农作物碳营养两个通道来分析。第一也是主通道，即叶片吸收二氧化碳通道，现在不少专家和企业在研究，尤其在大棚作物中，如何增加二氧化碳浓度或被吸收率，有许多研究成果。第二也即根部吸收碳营养通道，研究的人反而比较少，也许“二通道说”还没有被普遍认可吧。本文着重讨论这第二“通道”问题。请看下图：[1]
图2 有效碳、微生物和光合作用关系图
图中EC（有效碳）代表施入土壤的小分子有机碳中的“碳”。这“有效碳”首先作用于B1（土壤微生物）、作物根系和矿物质营养，使B1变B2，B3大量增殖，使作物根系发达（肥水吸收量大增），使矿物质营养由离子态转化为有机融合态（易被根部吸收）。这些变化导致土壤有机质分解，土壤含氧涵水。叶片得到更充分肥水供应，脉粗叶厚、展开度好，在
阳光下不萎篶，光合作用效率大大提高，碳水化合物转化和营养积累更丰富。这就是EC和第一“通道”二氧化碳吸收转化的关系。下图是同一块地同一种作物在下午阳光下的不同表现。
图3 午间阳光下叶片光合作用情况对比
上图右侧为每亩加施3千克液态有机碳。最终收获地上生物量增产48%即960千克，折成干物质约为210千克。施入土壤里的液态有机碳仅3千克，其中干物质才1.5千克，却增收210千克干物质，说明农作物的碳积累主要靠二氧化碳吸收转化，但根部吸收“有效碳”大大提高了叶片光合作用效率，起到“四两拨千斤”的效果。
3.2 如何给土壤（农作物）补碳？首先来了解各种形态的“碳”和“碳营养”功能的关系。
表1 各种形态的碳的“碳营养”功能
类别 | 物质 | 水溶性 | 分子状态 | 碳营养功能 |
单质碳 | 金刚石石墨炭 | 不溶 | 大分子稳定态 | 无 |
无机碳 | 二氧化碳 | 不溶 | 气体状态 | 经叶绿素光合作用转化 |
碳酸盐 | 水溶或微溶 | 固体 | 分解出CO2不能根吸 |
有机碳 | 农家肥 | 水溶性较好 | 大分子小分子 | 肥效好但常产生肥害 |
商品有机肥 | 水溶性差 | 腐殖化大分子 | 肥效低、慢 |
腐殖物质 | 几乎不溶 | 大分子 | 无碳营养功能可改良土壤 |
液态有机碳肥 | 全水溶 | 小分子有机碳 | 碳营养是商品有机肥的十几倍 |
固体有机碳肥 | 部分水溶 | 小分子有机碳丰富 | 碳营养是商品有机肥的五至十倍 |
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土壤和农作物所需碳营养肥料必须具备三个条件：
以有机物质为主，干物质中含碳20%以上；
水溶或相当部分能水溶。水溶性好就具速效性；
分子量或分子粒径足够小。应用试验证明分子粒径数百纳米级可被根系和微生物直接吸收。
因此，有机碳肥系的产品才是目前可供选择的碳营养最佳肥料产品。
目前市场上以“能水溶”标榜有机碳的某些产品，其实是用有机废水浓缩液泡制或浓缩液喷雾干燥制造的，这类产品分子粒径2000多nm，农作物根系和微生物不能直接吸收，施到地理造成根系缺氧，多用就危害耕地安全。看看DLS纳米测粒仪的检测结果[2]，就可看出真假有机碳肥产品的区别了；
图3 液态有机碳肥分子团粒径分布图(DLS)
图4 有机浓缩液分子团粒径分布图(DLS)
图5 有机浓缩液喷雾干燥分子团粒径分布图(DLS)
4、有机碳肥
4.1 产品所含“有效碳”比率是一般商品有机肥的5倍以上，以给土壤（农作物）提供碳营养为目标的有机质类肥料产品，称为有机碳肥。有机碳肥以有机废弃物为原料，分固体有机碳肥和液态有机碳肥两大类。有机碳肥与商品有机肥的区别如下。
表2 有机碳肥与商品有机肥比较表
类 别 | 原 材 料 | 含有效碳 | 每亩（茬）用量 | 备注 |
商品有机肥 | 固体有机废弃物料 | 1～1.2% | 500～1000千克 | |
有机碳肥 | 固体有机废弃物 | 6～12% | 20～80千克 | 带功能菌 |
有机废液 | 12～15% | 6～12千克 | |
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由表2可见：有机碳肥有效碳的含量是一般商品有机肥的5至10几倍。每种有机碳肥产品含有效碳率是可控的相对稳定的，因此有机碳肥就有了一个最主要的技术指标：含有效碳率。有效碳含量与碳营养（有机肥效）成正比。正因为如此，它的单位面积使用量仅为一般商品有机肥的10～20%，每亩（茬）用量与化肥相当。这是一种精细、高效、可计量应用的碳营养肥种，开了肥料产业历史的新篇章。由于小分子有机碳（有效碳的载体）水溶性极好，又能激活土壤微生物，促进土壤肥力的循环提升，所以有机碳肥具备了速效性和长效性。
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