近两年，作物的“碳营养”成为了不少业界专家和企业人士的关心话题。科研人员研究发现，作物生长仅靠自然状态下的二氧化碳营养是不够的，这种靠天吃饭似的补碳方式仅能满足作物需求的五分之一，大量作物仍然长期处于“碳饥饿”的状态中。前不久，在哈尔滨召开的中国植物营养与肥料学会2014年学术年会上，华南农业大学资环学院新肥料资源研究中心教授廖宗文的一篇关于作物营养碳短板与有机碳肥的报告引起了与会人士热议。有机碳肥补碳可以实现营养平衡，有效消除作物“碳饥饿”的说法靠谱吗？作为一个长期未受重视的研究盲区，有机碳肥又能得到肥料企业的热捧吗？对此，中国化工报记者进行了深入调查。
　　“碳营养”引发热议
　　“2008年中国南方出现罕见特大冰雪灾害，即使地处最南端的海南，许多作物也出现了不同程度的冻害，然而使用海藻肥（含有机碳）的文昌冬瓜、西瓜、黄瓜等作物，因为抗冻性强，在灾后都得到了快速恢复，其中就是碳营养起了重要作用。”廖宗文如是说。
　　中国植物营养与肥料学会秘书长赵秉强指出，近年来，在农业生产实践中出现了一些有机碳营养现象，仅用矿质营养理论难以圆满解释，若用有机碳营养理论则可得到很好的解释。比如牛奶西瓜、牛奶芹菜、牛奶草莓等现象，正是牛奶在土壤中分解后，除可提供矿质营养外，还可以产生氨基酸、多肽等小分子有机碳物质，这些物质可被植物根系直接吸收，参与体内代谢，节省能量，简化有机产物合成途径，从而起到提高作物产量、改善品质的作用。
　　“设施大棚黄瓜生产中，低温或光照不足都会引起黄瓜花芽分化不良，造成落花落果，而喷施少量葡萄糖等小分子有机碳物质后，症状可明显改善；低温可导致豆角落花落果，而喷施一定浓度的葡萄糖可予以矫正。有机肥料可以改善作物品质、提高作物产量，除了利用矿质营养理论解释以外，还很有可能是有机肥料被分解为小分子有机碳物质后，直接被作物吸收利用，有机碳营养在发挥作用。”赵秉强说。
　　不久前，在北京召开的水溶肥锌肥暨水肥一体化推广应用交流研讨会上，山西奥德福生物科技有限公司董事长张铭强展示的一种碳能生物水溶肥引起了与会人士的极大兴趣。张铭强指出，人们通常把阴雨连绵造成果树萎顿甚至黄叶落叶归咎于“水浸”，其实大多是因缺乏光合作用导致严重缺碳造成的“碳饥饿症”。这个时候给果树补充有机碳，让根系直接吸收能量及最需的“碳”元素，不需进行光合作用、直接参与果实生长，调节果皮与果肉细胞分裂速度，减少裂果，增加树体碳水化合物，进而使果实在阴雨天不受影响，促进果实膨大着色，作物碳营养可谓无处不在。
　　为进一步解释作物“碳营养”正逐渐被认识，张铭强讲了一个神奇案例，今年9月份，正当红富士等晚熟苹果步入膨果、着色期，过多的降雨造成了土壤水分饱和，根系呼吸受阻，果实膨大加快、裂果增多、树体猛长、花芽冲跑、叶片黄化等一系列病变。试了好多的办法，最终还是碳能生物水溶肥解决了问题，即作物的碳营养起了作用。
　　作物生长暴露短板
　　据了解，在碳摄入量相当的情况下，植物的有机碳营养效应会比矿质碳营养效应更大，作物生长也更好。农田试验表明，与传统肥料相比，含有腐植酸、氨基酸、海藻酸等有机碳小分子物质的肥料，较传统肥料增产效果更加明显，其重要原因就是有机碳营养在起作用。但由于业界对碳营养，尤其是对有机碳营养的重要作用缺乏认识，导致作物的“碳短板”逐步显现。
　　“现在施肥面临的重大挑战之一就是缺乏有机碳肥。”廖宗文直言不讳地指出，农民不断施用氮磷钾复合肥，作物生长所需的有机碳元素却长期被忽视，直接导致作物养分严重失衡，生长差、抗性低。研究显示，最近30年我国土壤中的碳元素降低了50%，而氮元素却增加了30%。
　　众所周知，经典植物营养理论认定了17种必需元素。其中，碳、氢、氧3种元素主要来源于二氧化碳和水，一般在化肥工业中不予考虑；而二氧化碳气肥多用于大棚，难以在大田使用。化肥工业诞生至今100多年来，除自然状态的二氧化碳外，碳肥的研究、生产和应用基本处于“有名无实”状态，尽管理论有其名，而施肥实践中却缺其用。而随着化肥施用量不断增大，作物“碳短板”现象愈发突出。
　　廖宗文表示，植物营养学理论指出，碳在植物体内的含量平均为45%左右，远超大中微量元素之和数倍之多。大量施用化肥需要考虑各养分元素之间的平衡，这也是测土配方施肥的目标。但是，在氮磷钾施肥量大幅度增加的情况下，却没有考虑对碳的补充，使“碳短板”更为尖锐，平衡施肥的实际效果大打折扣。
　　据了解，目前大田碳营养的补充基本都依靠大气中的二氧化碳来自然补充，远不能满足平衡施肥的需要，尤其是在化肥施用量大的情况下更是如此。尽管一般的有机肥含有大量的碳，但其有效性甚低，水溶性一般小于10%，难以被根系吸收，这正是施了有机肥后，作物的“碳短板”依然凸显的根本原因。
　　据廖宗文介绍，经典植物营养原理的“最小因子律”可以表现为木桶原理图，它形象地显示了营养元素短板对增产的重要性。碳在经典理论中虽有其名，但在木桶图中却无其位。长期以来，人们仅依赖无机二氧化碳提供碳营养，却未考虑在气态碳肥以外开发有机碳液肥或固态肥。可见，正是认识上的“碳短板”，导致实践中植物出现了“碳饥饿”的病症。
　　养分失衡元凶现形
　　专家们表示，随着化肥施用量的不断增大，“碳短板”更为突出，对养分平衡造成了很大的制约。首先，随着化肥的用量越来越大，土壤中的有效碳含量却越来越低；其次，作物低产、劣质多与“碳短板”有关，例如果蔬的口感差、维生素C含量低、硝酸盐含量高、不耐贮藏等农产品质量下降的问题，都与有机碳缺乏而导致的养分不平衡有关。
　　赵秉强也表示，“碳短板”制约植物养分平衡，使作物品质变差和抗逆性减弱。部分科学论文已报道了高等植物对有机物的吸收研究，但主要集中在作物对有机氮营养的吸收与利用上。研究证实，氨基酸、尿素等可直接被作物吸收，且氨基酸等有机氮对作物的营养效应优于无机氮。但是，这方面的研究均从氮磷营养的角度来开展，未注意到有机碳架，尤其是不含氮的有机碳架进入植物体后的转化机制与作用机理。
　　“一般有机肥的当季肥效不明显，实际上，有机肥的肥效不一定慢，慢是因为其有效碳含量低。若提高其有效碳含量，肥效则快，尤其是在化肥用量偏高的情况下，补充有效碳，可消除‘碳短板’而恢复碳平衡，且见效快速。目前平衡施肥中缺乏对解决‘碳短板’的技术措施，若能改进，可收到‘四两拨千斤’之功，使平衡施肥的效果更上一层楼。”廖宗文说。
　　据廖宗文介绍，有机碳肥一直难以在平衡施肥中得以应用，主要原因是有机物种类太多，难以一一计算并调节其平衡。他认为，可以从有机物的碳链、碳环入手，将各种有机物均归纳为碳，以碳氮比为量化指标，则可实现以简驭繁，指导肥料生产及施用。研究证明，有机与无机元素配合，可大大提高养分的有效性及生理功能，从而更好地实现养分平衡。
　　补碳还需有机碳肥
　　长期以来，作物依靠自然状态获得碳营养，远远未能满足其需求而处于“碳饥饿”中。通过有机碳肥补碳，可以有效地消除“碳饥饿”而实现碳平衡。“碳能生物水溶肥的效果明显就在于它加速了植物新陈代谢和光合速率，同样投入情况下投入产出比更高，靠有机碳肥补充‘碳短板’是可行的。”张铭强介绍说。
　　“通过补碳来实现碳与其他元素平衡是完全可以的，这方面已有一些成功的例子。如福建、广东、山西和内蒙古均有一些企业生产出水溶性很高的有机碳系列肥料，增产效果很明显。”廖宗文说。 
　　据悉，有机碳肥是指能够提供水溶性高、易被植物吸收的液体或固体有机碳营养的肥料，例如糖、酸、醇类及氨基酸等。有机碳肥可为液态、固态，使用较气态碳肥方便，可广泛用于大田及大棚。就形态、应用范围及条件而言，有机高效水溶碳肥较二氧化碳更为优越。
　　众所周知，有机碳肥已经是有机态，无需消耗光能进行有机物转化，这部分节省的光合能可用于其他生化反应，制造其他必需物质，从而促进作物更好、更快地生长。有效地消除“碳短板”，可使作物的产量、品质跃升到一个新的台阶。目前，中国已经出现了一些有机碳肥的成功企业，其有机质水溶性高达50%～90%，是普通有机肥的20倍，增产增收效果明显。
　　廖宗文告诉记者，根据原料及加工技术的特点，有机碳肥生产技术大致有三类：一是以发酵工业废液（酒精、味精、酵母）和生物质（蔗渣、秸秆）为原料，通过活化降解废液提高有机碳产物活性。对于蔗渣则采取以厌氧为主的少翻堆技术，减少氧化以免二氧化碳损失，同时促进有机物分子降解为小分子，提高其活性。二是以中药渣等生物质为原料，通过分解反应使有机物降解为小分子，但不是彻底分解为二氧化碳和水，而是以高活性小分子有机碳形式存在。三是以褐煤为原料，通过加碱及微生物进行化学及生化反应，生成水溶性高、生理活性高的腐植酸系列产品。
　　“锌腐酸肥料增效剂以风化煤或褐煤为主要原料，利用专门的微生物发酵技术，提取浓缩后形成的高分子活性腐植酸增效液，该增效剂为天然物质提取，安全环保，其中含有大量羧基、酚羟基、羰基等活性基团，可调节作物有机碳营养平衡。因此在促进作物生长，增强光合作用，促进作物增产优质方面效果明显。”化肥增值产业技术创新联盟、秦皇岛五弦维爱科技开发有限公司总经理田耀雄对公司的招牌产品锌腐酸增值肥有着这样的定位。
　　推广应用效果良好
　　廖宗文告诉中国化工报记者，其实在生产实践中，基层农技人员和农民已经有应用有机碳营养的经验。例如，山东农民在樱桃开花期喷施白糖，可使花期延长，授粉率提高；广东、山东的农民对于受农药危害或受寒露风危害的水稻等作物喷施红糖也有良效。这与受害作物的光合作用受阻、碳水化合物合成不足有关，喷糖可以补充光合产物，因而可减轻药害或冷害。
　　“在生产实践中，有机碳肥显示出很好的增产效果。锦州保丰肥业有限公司利用有机碳营养理论建成有机碳控释尿素生产线，产品在内蒙古通辽玉米上效果明显，对比等价值施用有机碳控释尿素和传统尿素，玉米增产8%～15%，亩增产值100元以上，而且玉米籽粒成熟早、不秃尖。”廖宗文举例说。
　　廖宗文表示，水溶性有机碳营养的优越性表现在，跨越了从二氧化碳经过光合反应生成有机物的过程，因而节约了光能，肥效快，而且便于在大田施用，这些突出特性是二氧化碳不能比拟的。因此，开发非气态有机碳肥消除“碳短板”，在改善碳营养、活化矿物养分及调控土壤微生态方面均有明显的效果。有机碳肥的研究及应用，将改变千百年来农作物“靠天补碳”的状态，开创“有机碳肥补天缺”的高产新途径。它不仅是肥料技术创新的一个制高点，植物营养研究中富有生机的学术点，而且是肥料企业效益新的增长点。
　　“随着新型肥料的发展和碳营养逐步被农民认可，有机碳营养水溶性肥料或液体肥料、有机碳营养型复混肥料或有机无机复混肥料、有机碳营养型有机肥料、有机碳营养型肥料助剂等必定会快速发展。”赵秉强对有机碳肥的前景非常看好。中国化工报记者发现，除了山西奥德福生物科技有限公司、锦州保丰肥业有限公司外，福建省绿洲生化有限公司、广西地源之本肥业有限公司等企业都在涉足“碳营养”领域，并积极推出市场欢迎的碳肥产品。