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植物营养中碳的“名”与“实”

华南农业大学资环学院新肥料资源研究中心 廖宗文 刘可星 毛小云

    编者按: 

    植物营养元素中,碳居于各元素之首,基本源于大气二氧化碳。但大气为作物提供的碳元素仅为其需求量的1/5,这导致作物长期碳饥饿。华南农业大学教授廖宗文说:“在养分配方设计中纳入碳营养计算,将使平衡施肥的效果冲破碳短板的限制而更上一层楼。有机碳肥在实践中显示了高效、抗逆的优点。”这一论点也得到学界的支持。郑州大学教授许秀成也认为应重视发展有机碳肥等高效植物有机营养新肥种,走出化学农业的固有模式。正是基于这样的认识,《中国农资》将刊发“植物碳营养系列报道”,通过专家解读、企业案例,探讨肥料科技的创新与发展。

    植物营养元素中,碳营养居于各元素之首,是构成植物体的最大量元素,对植物的生长有决定性的影响。然而,长期以来,作物获得碳营养的途径,基本靠大气二氧化碳的自然供应,即靠天补碳。化肥工业在这方面的作为之少,与碳营养的重要性是极不相称的。这是一个需要我们认真思考的重大问题。

    经典植物营养理论中有碳营养的位置,已包含在16种大、中微量元素之中,现代化肥据此生产各种肥料。但化肥中却无碳肥产品。在平衡施肥研究中,也不研究碳平衡(碳与其他元素平衡)。二氧化碳作为气肥仅用于大棚,很少在大田使用。自化肥工业诞生至今100多年来,碳肥的研究、生产和应用一直处于“有名无实”的状态:理论中有其名而肥料中缺其用。这是植物营养理论与化肥生产的“名”与“实”脱离的奇怪现象。究其原因,是因为对碳营养,主要是有机碳营养的重大作用的认识缺位。

    碳营养的重要性,在于它提供构建植物体内各有机成分的必需成分——碳架,包括链状、环状的各类碳架,是植物合成糖类、蛋白质、氨基酸、酶、激素、信号传递物质的基础物质,它既关系构建作物体的原料是否充足,也关系到新陈代谢的运转是否顺利。

    当今国内外许多重大肥料问题,如平衡施肥、水体富营养化、农产品高产优质、提高肥料利用率等,都与碳营养有密切关系。目前大气二氧化碳浓度约为360ppm,株间实际浓度200ppm,而光合作用的最佳浓度为1000ppm左右,自然状态补充仅为其需求量1/5,实际上作物长期处于碳饥饿状态。

    多种营养元素都实现了人工施肥补充,碳却是唯一的例外——靠天补碳,远不能满足需要而导致碳饥饿。在化肥量大的情况下,更为严重。一般有机肥是否能够作为植物的碳源呢?有机肥虽然含有大量的碳,但因其有效性甚低,水溶性一般小于10%,大都在2%左右,难以作为补碳的有效途径。

    经典植物营养原理的最小因子律表达为木桶原理图,它形象地显示了营养元素短板对增产的重要性。但是碳在经典理论上虽有其名而在木桶图中却无其位。长期以来,人们虽然知道大气二氧化碳远远不能满足作物需求,但是却习以为常,没有进一步考虑开发有机碳液肥粒肥,以摆脱靠天供碳的局面。正是对碳短板认识的缺位导致了农作物的碳饥饿。

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