自然狀態的靠天補碳途徑從初始反應開始,而有機高效碳肥補碳則跨越了初始反應而直接進入後續反應中,初始反應消耗的光合能被節省下來用於後續反應中,從而可促進作物更快生長。
在經典植物礦質營養理論中,碳是名列首位的營養元素,但是在化肥工業中卻長期缺乏相應的產品開發,其原因在於認識上的偏差。有機碳營養來源於大氣中的CO₂,但靠天補碳的CO₂僅為植物需求的20%,作物實際上處於嚴重的「碳飢餓」中,是最突出的營養短板。若能開拓施肥補碳的新途徑,減輕「碳飢餓」,即可明顯提質增效且節肥。理論研究和有機碳肥的實踐都證明,有機營養是植物中碳的重要來源之一。20世紀70年代,浙江農業大學孫羲先生對含氮的有機營養作了大量研究,證實可以被作物吸收。近年來,也陸續有文獻報導不含氮的有機碳也可以被作物吸收,有明顯的增產、提質、抗逆作用。有機碳和CO₂都是碳的來源,「天補」非唯一來源,還有「肥補」這一新途徑,是值得重視的化肥科技創新前沿。
2.2 有機肥與有機碳不能混淆
有機碳營養是指水溶性高、易被植物吸收的有機碳化合物,如糖、醇、酸(含胺基酸)等,即不僅有含氮的有機碳營養(如胺基酸),還包括不含氮的碳營養,兩者有明顯的區別。
一般有機肥為大分子,難溶、用量大,其肥效主要是通過改良土壤而慢慢顯現出來。而有機碳則是小分子,水溶性高、見效快,在抗逆(如低溫、寡照、旱、澇、病蟲等)方面更為突出。
明確有機碳的概念對於肥料科技創新十分必要。水溶性高和各種功能團是2個顯著特徵,不僅有別於有機肥,而且還有別於光合反應的原料(CO₂)。在很多情況下,二者通稱為碳肥,同樣提供碳營養,但前者需經過光合作用才能轉化為有機態,而後者已經為有機態,遠勝於無機態的CO₂。
如果把有機肥與有機碳混為一談,這就封閉了進入創新的思維通道,即使研發工作已經到了有機碳的大門前而仍止步於有機肥的水平,就無法獲得突破性進展。
2.3 有機碳肥與有機氮肥不能混淆
有機氮一定是有機碳,而有機碳未必是有機氮,但可包含有機氮,兩者的大小和從屬關係不能顛倒。
一些含氮有機碳營養的作用往往歸功於氮,而忽略了其中的碳,如胺基酸、多肽類肥料的突出肥效都歸功於氮的作用。研究顯示,不含氮的有機碳營養,如採用α-酮戊二酸、丙三醇、蔗糖等進行試驗,也顯示了明顯的肥效。由此可表明有機碳概念的重要性,可糾正「見氮不見碳」的片面認識。其實,有機氮的肥效優勢在相當大程度上源於其中的有機碳架以及其中化學鍵所含有的光合能量,但這往往被忽略了。
3 有機碳營養的獨特優勢
3.1 施碳增氮
有機碳有明顯的增氮作用,噴碳增氮的增幅超過施氮增氮的增幅,其原因在於碳對氮平衡有重要作用。增施的氮若無相應的碳架以合成各類有機物(如胺基酸、酶等),則所吸收的離子態氮(如NH4+、NO3-等)會逐漸積滯,影響吸收和轉化。有機碳的補充則可以促進氮合成胺基酸、多肽、蛋白質等各類有機物,減少無機態氮在植株內的積滯,從而促進作物對氮的吸收和同化。
3.2 施碳促碳(CO₂的吸收)
研究顯示,有機碳可顯著提高蕹菜葉片碳含量。少量噴施有機碳,蕹菜葉片含碳質量分數增加了2%~3%,其乾物質中碳的增長量大大超出所噴入的有機碳量,顯示了有機碳四兩撥千斤的槓桿作用。增長的碳主要是空氣中的CO₂,有機碳處理加速了光合循環,促進了CO₂的吸收及同化。
3.3 施碳補微量元素(Fe、Zn)
Samuel等在《Nature》上發表的論文提出,大氣CO₂濃度的升高,會導致作物鐵、鋅和粗蛋白含量顯著降低。但筆者的研究表明,在適宜的氮水平下,噴施有機碳可提高蕹菜、水稻的鐵、鋅和全氮的含量,增幅達16%~21%。有機碳處理使作物對鐵、鋅的主動吸收更為順暢,因而含量增加,這也顯示了有機碳相對於CO₂的明顯優越性。
3.4 對衝低溫寡照的能量效應
缺碳和弱光是作物生長的兩大制約因素。有機碳可彌補因弱光導致的光合碳產物缺乏,從而促進生長,產量增幅可高達33%,促進氮吸收的增幅可達21%。
在春季低溫寡照的情況下,會出現光合作用弱、土壤氮肥相對偏多的情況,此時補充有機碳可減少光弱的不利影響,有效減少僵苗、死苗數量。
3.5 從生化反應角度認識有機碳的優勢
植物的生長變化就是一系列生化反應過程,其影響因子為光能、水和肥,可表達為關於產量的函數式