[科普中国]-液态碳肥

碳是植物必须的六种大量元素之首。碳占农作物有机质的58%，干物质的30%~35%。农作物所需的碳，主要由叶片气孔吸收空气中的二氧化碳，经叶绿素的光合作用转化为碳水化合物，组成农作物的组织结构。植物的根部也由土壤中的有机质直接吸收溶解于水的碳，输入植物内部经另一性质的电化学反应形成。

碳肥是农作物必须的肥种众所周知：碳是植物必须的六种大量元素之首。碳占农作物有机质的58%，干物质的30%~35%。农作物所需的碳，主要由叶片气孔吸收空气中的二氧化碳，经叶绿素的光合作用转化为碳水化合物，组成农作物的组织结构。植物的根部也由土壤中的有机质直接吸收溶解于水的碳，输入植物内部经另一性质的电化学反应形成

植物的组织结构，特别是纤维素、糖分等等。在原生态环境中，亿万年来形成的各植物物种，都有各自从空气中得碳和从土壤中得碳的某种比例。但在人工种植中，尤其是忽视有机肥偏施化肥的情况下，这种比例失衡了。这就出现了作物叶片变薄、茎干虚胖（干物质少）、口感差、容易发病和植株早衰等问题。这也反过来证明：作物气孔吸收二氧化碳不能替代根部吸收水溶碳的作用。给农作物根部施加碳肥是必不可少的。

有机肥是缓效肥料，它的有机质含量虽高，但大部分在短近期不能溶于水。大部分有机质以矿化腐殖质形式存在，须经土壤微生物长时间分解才能逐渐释放出水溶性碳。笔者曾试验：将有机肥兑4倍水混匀置于密闭容器中100天，测试其溶于水的有机碳仅1%！可见，施进土壤的有机肥，其当季被吸收的有机营养（主要是水溶有效碳）是非常少的。有机肥之所以有肥效，一是它改变了土壤的结构，提高了土壤的物理肥力和生物肥力；二是它所含的N、P、K营养元素（一般在5%左右）作用发挥得比较充分，具备了一定的化学肥力。而其短近期内发挥作用的有机质肥力——水溶有机碳则很有限的，每100公斤仅1公斤左右。这就说明：连续地大量地使用合格有机肥，才能保证农作物根部吸收所需的有效碳。

农业生产的现状证明：“连续地大量地使用合格有机肥”是一件困难的事。有些地方人们得不到合格有机肥的供给；有些地方大量有机肥到达不了；有些地方雇不到足够的劳动力把“大量”的有机肥施到地里……因此就造成不少农作物或者农田长期得不到有机肥的补给，这不但使土地日趋贫瘠化，也使农作物的产量和质量不断下滑。

有机肥的精细化高效化是农业摆脱“有机肥荒”的希望。

怎么造出“精细高效”的有机肥？找到有机肥的精华，就能造出精细高效有机肥。有机肥的精华是什么？是水溶有机碳。这是不容置疑的。但从100公斤有机肥里提取1公斤水溶碳显然是不现实的。如果我们能用另一种方法制得富含水溶有机碳的物质，且这种方法又经济可行，那么就能造出“精细高效”的有机肥！这种方法找到了，开发“碳肥”就由“必要”变为“可能”了。

产品特点看着许多河沟流淌着黑色的污流，大家都知道这是在乱排污水，但可曾想到这里流淌着大量“水溶碳”？我们对碳肥的开发就从这里开始。

将有机废水沉淀或过滤后去除不溶物，经工业装置浓缩成含水率低于一定指标的浓缩液，再经特殊工艺加工就制造出了液态碳肥。

液态碳肥的比重1.28～1.30，其技术指标如下：

水溶有机碳含量≥12.5 %（160g/L）

水溶碳在慢速定量滤纸自然过滤率（50倍液）≥95%

以上是两个主要指标，标明了该碳肥含水溶有机碳的12.5%以上，其所含的水溶有机碳在50倍液状态下有95%以上能自然通过慢速定量滤纸。而有机肥中的水溶有机碳仅50%左右能通过这种滤纸。水溶物只有分子团粒径足够小才能被植物根部吸收，水溶有机碳分子团应小到能通过某种规格的滤纸，才是成为碳肥的有效碳。据此可以判断：该液态碳肥的有效碳相当于普通市场销售有机肥有效碳的20倍以上。这就说明液态碳肥的短近期肥效相当于普通有机肥的20倍左右。这种推论得到大量应用实例的证明，以下举二组实例。

表1 液态碳肥在花菜的实验 (2011.11.27～2012.3.6)

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说明：试验在同一块地，各1亩，同样的水肥管理，A组追施一次液态碳肥每亩2.5公斤，B组基肥中加有机肥每亩100公斤。

表2 液态碳肥在西瓜的试验 （2012.5.5～2012.7.28）

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说明：同样水肥管理，A在移苗后25天施加每亩5kg液态碳肥，B在移苗前下基肥时加施每亩150公斤有机肥。

由以上二组试验结果可以看出：每亩加施2.5kg液态碳肥（有效碳0.3kg），其在花菜种植中的增产效果接近100公斤有机肥；每亩加施5kg液态碳肥（有效碳0.6kg），其在西瓜种植中的增产效果超过150公斤有机肥。A、B组西瓜还原糖含量指标基本在一个水平上，分别比对比组西瓜还原糖的含量提高15%和16%。这证明液态碳肥的有机肥特征明显。

2012年4月6日在某种植大户菜椒的应用试验，显示了液态碳肥对作物抗逆机能的重要作用。该用户大棚种植菜椒22亩，间隔棚使用液态碳肥共11亩，使用27.5kg。5月中旬至6月底当地连续阴雨，由于该地块排水系统不够完善，经常大雨后一、二天后还有积水。未使用液态碳肥的11亩菜椒在6月上旬开始黄叶，不能正常产椒，6月中旬已绝收，而使用液态碳肥的11亩至6月底还很少出现黄叶，正常采椒。当地因长时间阴雨，各类蔬菜都产量锐减，菜价飙升，该菜农11亩试验地由于没减产而大增收，共卖了27万元。

在四季豆、西红柿、苦瓜等生长期较长，边收获边生长的作物中，液态碳肥的取得了

比短季蔬菜更显著的增产效果，增产率都在50%以上。证明了液态碳肥使作物抗旱衰的作用突出。证明了许多生长长期的农作物早衰，主要在于缺碳1。

液态碳肥中碳的存在形式自然界单质碳都以多种不同的形态组成各种十分稳定的结构，因此用这些物质做碳肥毫无意义。正像几乎所有矿质营养元素一样，碳肥也不是以单质碳的型式存在的。它必须形成某种易溶于水的化合物才便于使用，这种化合物就是黄腐酸。这种结构不是加工工艺刻意制造的，而是我们使用的原料——有机废水所特有的。用于制造液态碳肥的有机废水浓缩液，其源头是生物质经微生物发酵，会产生生物黄腐酸。当主产品（酒精、酵母等）被提取后，黄腐酸就随同其他废弃物被用水冲掉。我们利用其浓缩液（这时黄腐酸分子团变大，接近棕腐酸）进行深加工，把这些“钝化”了的腐植酸变成更小分子量的水溶腐植酸——黄腐酸。碳是黄腐酸分子团芳香核的主要构成物质，占黄腐酸质量的40%～50%。由于小分子量黄腐酸水溶性好、渗透性和扩展性强，这就把碳变成水溶性好的易被作物根部吸收的有效碳。因此液态碳肥不但是高效有机肥，还是速效有机肥，这就和其他化肥营养——氮、磷、钾等一起站在了精细化、速效化的肥料行列中了。有机肥能像化肥一样精细、一样快效、一样随水而行，这个多少人梦寐以求的境界，在液态碳肥得到实现。

液态碳肥的作用机理大量的实验证明：在没有足量有机碳的土壤种植的农作物都是处于“亚健康”状态的。以为在这种土壤中，碳成了肥料“木桶”的短板。液态碳肥使“短板”不短，使作物的营养均衡，摆脱“亚健康”状态，发挥出更佳的生产能力，这是其直接的作用。

液态碳肥提高了土壤的碳氮比（C/N）使土壤微生物获得良好的繁殖条件。土壤微生物的大量繁殖提高了土壤的生

物肥力和物理肥力，从而进一步提高了土壤中N、P、K等矿质营养元素的利用率。使用过液态碳肥，土壤变疏松，作物根系更发达。这也证明土壤板结主要是因为缺碳，而不是由于使用了化肥。

所以液态碳肥对土壤和农作物的作用，既有如化肥营养那样的直接向作物输入营养成分的作用，也有由它而提升了化肥利用率和改良土壤而产生的综合效应的作用。向土壤施加了“有效碳”，整个小环境的生态都改变了，土壤三种肥力都得到了提升，这就是碳肥的威力，这才能解释为什么几公斤的液态碳肥（有效碳不足1公斤），能造成那么惊人的增产效果2。

开发液态碳肥的意义从产业视角看，成功开发液态碳肥，将在我国甚至全世界启动一个新的特大肥料产业。若干年后该产业的产值将不亚于氮、磷、钾三大肥种中的任何一个。

从农业生产角度看，液态碳肥弥补了有机肥的缺陷和应用领域的局限，这就使土壤改良与作物高产优质同步，使土地永续耕作变为可能。在肥水一体化管道输送中，液态碳肥解决了有机肥随水而行的难题，避免设施农业重走化学农业的老路。

从对环保和节能减排的贡献看，每生产应用1吨液态碳肥可节省1.5吨化肥（同等产量计），还相当于完全回收利用5吨有机废水。如果把液态碳肥做到年产1000万吨，可节约1500万吨化肥，还可减排有机废水5000万吨，其节能和减排的贡献十分显著。

从学术价值评价，液态碳肥的理论和实践把生物腐植酸理论从矿质腐植酸理论的框框中解脱出来，走向以“有效碳”为核心的实用理论体系——“生物腐植酸土壤肥料学”，这是一个学科交叉的崭新理论体系。仅仅是该理论体系的开创期，随着该理论体系的发展和丰富，必将为肥料产业的第二次飞跃——有机肥的精细化高效化作出里程碑式的贡献，从而托起一个世界性的碳肥产业，为全球农业粮食和环境问题的解决开拓出新的更加光明的前景3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学