原標題：給土壤「定向」補充有機碳分子
有機碳肥技術建立大物質循環示意圖
產品圖
作物缺碳病是造成我國農業損失的最重要病害，而農業重大的提升空間也是在補碳。
我國耕地土壤貧瘠化嚴重。據初步統計，耕地有機質平均含量僅為2.08%，不但達歷史最低點，並已接近生態「警戒線」。更讓人擔憂的是，耕地有機質還在以每年0.05個百分點的趨勢在下降。
福建綠洲生化有限公司技術帶頭人、高工李瑞波說，發達國家對耕地有機質含量的要求超過3%。我國土壤有機質「失血」如此嚴重，是由於20多年來農田基本上不搞物質循環，沃土肥田的優良傳統被丟棄。本應撐起沃土肥田重任的有機肥料工業又因標準科學性等問題，市場亂象叢生，農民難以買到優質肥。
全國農業技術推廣中心研究員田有國、中國農業大學教授王敬國等專家一致表示，福建綠洲生化有限公司等自主研發的「富含活性有機碳的肥料」已獲得多項發明專利，水平達到國際先進。開發的系列富含活性有機碳的水溶及生物有機肥料配方先進、適用性強，經福建、江蘇、河北、河南、廣東和海南等地多家用戶使用，反映良好。
土壤有機質低使農作物患「缺碳病」
碳元素是土壤有機質的重要組成部分，但如果碳與氧合成二氧化碳進入空氣中，就成為重要的溫室氣體。在去年的巴黎氣候大會上，我國承諾，二氧化碳排放2030年左右達到峰值並爭取儘早達峰，單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%—65%。
根據《第一次全國汙染源普查公報》，畜禽養殖業糞便產生量2.43億噸，尿液產生量1.63億噸。畜禽養殖、食品工業產生了大量的固體、液體有機廢棄物，當前多數是亂棄直排，汙染了環境和水資源。這也是我國水體富營養化，藍藻頻發的重要因素。
李瑞波說，畜禽養殖、食品工業產生的大量固體、液體有機廢棄物中，富含碳元素。而植物的碳養分來源是「二通道」。即葉片吸收二氧化碳經光轉化是「主通道」；根系吸收有機碳養分是另一「碳通道」，並對光合作用效率起到四兩撥千斤的作用。當前，土壤板結和貧瘠，使土壤中的微生物得不到碳能源而不能正常繁殖，這使植物根系衰弱，並引起農作物患上「缺碳病」。
「作物缺碳病是造成我國農業損失的最重要病害，而農業重大的提升空間也是在補碳。」李瑞波說，傳統化肥的利用率低是由於植物缺碳，離子態的礦物質養分無法在足夠的碳框架下「組裝」，大量滯留在細胞外液中，阻斥了後續礦物質養分的進入，並使農作物口感變差、質量下降。
李瑞波說，福建綠洲生化有限公司專業研發生物腐植酸（BFA），在與中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所開展的聯合研究中發現，BFA裡最具活性的水溶物質是小分子有機碳；實踐也證明，長時間低溫寡照農作物嚴重缺碳時，用這種物質對農作物衝施能迅速治癒缺碳症狀。「於是，我們找到了一種可水溶、能速效、植物根系能直接吸收的有機質養分——小分子水溶有機碳。這是一種在水溶液中分子粒徑小於800納米的雲團狀物質，能隨水流進入孔徑小得多的根毛吸收孔。」
解決微觀分析等技術難題
李瑞波說，企業在大量研究和實踐後決定，研發富含小分子水溶有機碳的有機碳肥，來替代傳統「粗、重、慢」有機肥。
但其主要技術難點有三。一是對小分子水溶有機碳的微觀分析。「在華東理工大學周霞萍團隊的協助下，我們得到小於800納米的小分子水溶有機碳分子粒徑數據，以及這種小分子在水溶液中呈現的雲團狀特性，明確了其隨水流進入根毛吸收孔的原理。」李瑞波說。
第二個技術難點是，探尋把濃縮有機廢水的有機大分子「打碎」的最佳辦法。福建綠洲團隊，通過多種配方比對，找到了最佳的強氧化催化法、衝擊波氨化法兩種工藝配方。
「利用強氧化裂解法或衝擊波氨化法，把濃縮有機廢液中的大分子有機物分解為小分子的活性有機碳化合物，耗能低、效果好又不產生新汙染物」，王敬國說。
第三個技術難點是，在生產工藝中對物料溫度的控制。固體有機碳肥各品種均必須經過乾燥才能成為產品。由於小分子水溶有機碳在高溫狀態下會出現兩種變化，即在富氧環境會氧化成二氧化碳揮發掉，在貧氧環境會縮合成大分子失去「小分子」的親水性、生理活性。「我們經反覆多次試驗，掌握了各品種有機碳肥產品適宜的最高工藝溫度，即固體小於65攝氏度、液態小於90攝氏度，並通過自建或外購合適的工藝設備來保障工藝要求。」李瑞波說。
單位肥力提升十多倍，增產環保
近年來，福建綠洲生化有限公司創新生產了一系列有機碳肥產品。2014年，其中的「液態有機碳肥」產品獲得福建省技術發明三等獎。據測算，有機碳肥單位面積用量是傳統有機肥料的5%—10%，即單位用量的肥力相當於傳統有機肥的10—20倍。
李瑞波說，一般優質有機肥中含小分子水溶有機碳約1%，每畝地需要10公斤的小分子水溶有機碳，需投入1噸有機肥，用量太大，難以適應精細化農業。有機碳肥將小分子水溶有機碳含量提高到5%—15%，那麼相同面積的土地，對比傳統有機肥，用量減少了80%至93%，這就大幅減少了肥料運輸與施用成本。其中的液態有機碳肥是全水溶肥料，更是解決了水肥一體化設施農業中，有機營養無法通過管道輸送施入的難題。可用於山地梯田、大棚作物、滴噴灌、無土栽培甚至航灑等傳統有機肥到不了的領域。
據海南省鶯歌海利農哈密瓜種植專業合作社出具的用戶證明，在海南板橋鎮的85畝哈密瓜上，每畝用液態有機碳肥25升、固態有機碳肥220公斤。每畝減少有機肥800公斤、減少人工投入8工/天；85畝產同比增產55250公斤，產品質量同比增加5.8%；每畝每茬增收3654元。
「有機碳肥以畜禽糞便、工業有機廢渣、高濃度有機廢水為原料。全國18億畝耕地每年需要有機碳肥約7000萬噸，按此計算，每年可減排化學需氧量（COD）800多萬噸、減少化肥流失約900萬噸。」李瑞波說，突出的環保功能除了體現在原料上，還表現在生產過程中。
據悉，用裂解法把濃縮有機廢水中的大分子有機物分解為小分子有機碳，加工2噸液態有機碳肥僅用不到50分鐘，耗能僅10度電；用生物腐植酸為發酵劑，採用免翻堆半厭氧發酵法和高堆燜幹工藝，生產高碳有機肥。比傳統的好氧高溫發酵、多次翻堆和高溫烘生產有機肥生產工藝，設備投資、單位產品耗能均減少2/3，而產品的有機肥效提高50%以上。
在日前舉行的「首屆中國富碳農業高峰論壇」上，國務院參事徐錠明等專家表示，將工農業生產中產生的固液有機廢棄物，通過生物發酵和化學裂解等技術，生產富含活性有機碳的有機碳肥，創造了國際先進水平的向耕地和農作物補碳的新技術，開創了富碳農業的「地補」渠道。
(來源:科技日報)