碳是生命之本、土壤之源

编者按：说起大量元素，人们首先想到的就是氮、磷、钾，而不会去提及碳、氢、氧。从营养元素的功能和施肥实践来看，植物对碳、氢、氧虽然需求很大，但它们来源于取之不竭、用之不尽的空气和水分，在植物生长中，一般不需要人为供给，所以，一般不会引起农业生产者的关注。

当然，梦想着在火星上种土豆的有志之士除外。今天我们来聊一聊植物中的碳元素，它约占植物干物质的38%，是构成有机物骨架的基础，如同一栋楼房的钢筋一样。同时，碳能与氢、氧元素形成多种多样的碳水化合物，这些碳水化合物不仅构成植物永久的骨架，而且也是植物临时储藏食物或者参与体内物质新陈代谢活动。简而言之，它真的很重要！

我们的地球被称为碳星球，因为在这个星球所有的生命体中，碳是基础元素，由碳为框架形成的有机质是生命的基础物质。

碳是生命之本。

19世纪40年代在西方形成的“化学植物营养学”虽然认识到碳在植物物质中占较大比例，但由于时代的局限性，对碳养分的来源及作用等等没有正确的必要的论述。在我国开始组建自己的土壤肥料学科的年代，我们照搬了西方“化学植物营养学”。

几十年来，讲到肥料，从学者到农夫只知氮磷钾等矿物质元素，不知道碳。

由于对碳的漠视，从我国阶段性的土地短期承包制开始，尤其是农村劳动力大量向城市转移以后，农者不爱惜耕地，不培肥地力，一种依赖化肥和农药的“化学农业耕作”模式在我国亿万亩耕地上普及了，我们整整30年对耕地土壤进行碳掠夺！

千百年来由我们的先辈用堆肥和秸秆还田形成的土壤中的碳库（有机质），被不断施加的矿物质养分洗劫一空！时至今日，我国耕地平均有机质含量只有2.08%，而且还在以每年0.05个百分点下滑，此势头若不遏止，再过20年我国大部分耕地有机质含量将下降到危线——1%以下，这是荒漠化的土地，还能搞农业现代化吗？

历史留给我们挽救的时间不足20年了！

耕地总面积的减少是减法，耕地质量的下降是除法。我们必须参考某些发达国家的标准，把耕地有机质含量3%划作土壤质量的红线，与耕地面积红线一起严防死守，才能保证我国农业的持续发展。

但是纵观我国农业界的管理部门和理论学术队伍，对此远远没有形成共识更没作好准备。

我们的测土配方施肥还是在测配矿物质养分，即使发现有机质含量太低，也只是“建议施用有机肥”，却不能像对矿物质养分那样提出明确的指标，结果就是流于空谈。我们现在大力提倡土壤修复，各种土壤修复剂井喷而出，但却几乎都无视土壤缺碳这一主要矛盾，土壤修复也就佐使不分而变成隔靴搔痒。

我国的化肥利用率仅仅是发达国家的60%左右，虽然我们在化肥利用率的提高方面做了极大努力，但十几年来化肥利用率几乎还在原地踏步。再看看近年迅速发展起来的设施农业，只要是冲施肥或无土栽培，几乎都在使用纯化肥，还是在延续化学农业耕作模式，不但产量低，而且口感普遍失去原生态风味。

为什么世界上最大的农业国会存在如此严重的土壤肥料积弊呢？问题就出在“本”和“源”上。

碳是生命之本，也是植物的基础元素，而不是并列的大量元素，这个“本”没有被确立起来。

“源”是学术理论。我们几十年沿用西方“化学植物营养学”理论，不知“碳”为何物，它从哪里来，它的载体物质是什么，它的有效性的指标是什么，怎么检测，它与矿物质养分之间“结伴”的规律怎样，等等这些重大问题，我们没有权威的、能取的学界共识的，能正确指导农业技术的新的土壤肥料理论体系，也就是这个“源”不清。

在我国耕地和农作物的碳危机已经严重到如此地步，可我们农业界的主流理论仍然在漠视碳！正因为如此，我国耕地贫瘠化（板结、荒漠化、盐碱化）严重，中低产田占74%，导致农作物普遍根系衰弱、亚健康，病害频仍，农产品安全问题成了民众和政府共同的纠结。

可是历年中央出台的关于农业的文件却都毫无例外的提不出肥料产业技术改造的明确思路。就连万众瞩目的每年1号文件也都欠缺肥料技术这条腿。可见土壤肥料理论正本清源的任务之重了。重大理论的错漏其危害是历史性的，全局性的。土壤肥料理论是正本清源的时候了！

一、碳肥基本理论

2011年以来，本人多次在大型学术研讨会上公开提出有机碳肥概念。随后又于2014年初由化学工业出版社出版发行了《生物腐植酸与有机碳肥》一书，提出了有机碳肥的基本理论。概要地说，有机碳肥是以小分子水溶有机碳为有效物质的新型有机养分肥料，它可取代传统有机肥，其有效物质含量是传统有机肥的5至20倍（不同品种），因此它的单位面积用量是传统有机肥的5%至20%，而且有的品种全水溶可管道输送。这是一种可速效的高效肥，是可计量应用的有机营养肥料，它已经突破了传统有机肥“粗重慢臭”的低劣层次，站到了与高品质化肥相同的技术层面了。

有机碳肥的理论要点概括如下：

植物碳养分不仅来自二氧化碳经叶绿素光合转化这个“通道”，还来自根系从土壤中吸收的另一通道。叶片吸收转化是碳积累的主力军，而土壤碳养分能对土壤三种肥力（即物理肥力，化学肥力、生物肥力）产生连环促进和能量传递，促成土壤对肥料的二次加工，从而直接影响叶吸通道的光合转化效率，起到四两拨千斤的作用。

土壤有机质是天然的“碳库”，但有机质里的碳不能直接被植物吸收，只有通过生化作用逐渐微量地分解出小分子水溶有机碳，这才是真实的植物碳养分。肥料中碳养分含量决定该肥料的有机肥效。

土壤碳养分与其他养分之间的关系，确切地表达应该是阴阳关系，类似阴阳太极图。碳养分与其他养分是按既定比例组装成植物组织的，两类养分合比例就是阴阳平衡。把矿物质元素之间的“木桶原则”溶入此图，就形成如下的“土壤肥力阴阳平衡动态图”：

（该图中阴面代表有机碳养分，阳面代表无机养分，S线代表氢和氧（H2O），EF线处于阴阳最丰足最平衡状态，代表农作物的最高收获，而任何一种其他阴（碳养分）阳（无机养分）配比所对应的农作物收获，都可以从此图推算出来，这就形成施肥数学模型。推算公式是：W=W0·2LRM/LEF

注：W0是EF相应的农作物收获量；LRM为阴阳平衡动态图“阴区”某水平线段长度）

碳养分是土壤三种肥力的基础物质。土壤缺碳使三种肥力式微，微生物失去能源而不能繁殖，这是土壤板结的根源，也是化肥利用率低的主要原因。

土壤缺碳导致耕地贫瘠化，造成农作物根系衰弱、亚健康、光合作用能力差（低产），这就是农作物的缺碳病。缺碳病又削弱了防病抗逆机能。因此缺碳病造成我国农业损失超过农作物其他任何一种病害。农业要上新台阶，粮食要安全，最大的提升空间在补碳。

肥料产品的最高境界是“有机碳—无机—功能菌”高有效成分的合理组合。其中“有效碳/无机养分=0.25，功能菌每克2亿个”，这样的组合可取代有机肥、化肥和微生物肥，每亩每茬用100～150公斤，与施用同等重量无机养分的纯化肥比较，产量可提高30%～50%，农产品品质还大幅提升。且连年施用土壤会不断改良。因此有机碳肥技术可推动化肥工业的技术改造和转型升级。

有机碳肥的主要原料是固液有机废弃物。这就可以把环保技术对有机废弃物“处理—达标—排放”的传统线性模式，转变为“生化技术处理—有机碳肥—农田”的资源化利用的环形模式。如果有机碳肥年产量达到7000万吨（有效碳平均10%计），则每年可减排COD（包减排CO2的折算当量）800多万吨，化肥少损失900万吨。

二、怎样实施富碳农业耕作模式

大量事实证明：在有机质含量5%左右的土地种植，加施少量化肥，农作物就能获得大丰收。而农作物环境二氧化碳浓度由一般的0.03%提高到0.07%，或者夜间补光（LED照明），农作物产量也能大幅度提升。这些都说明，实施富碳农业，可以获得好收成。富碳农业就是实行碳养分的“天补”和“地补”。双补齐进，大多数农作物产量翻一番不是神话！

“天补”是补二氧化碳浓度或增加总光通量，这主要在设施农业实施。现在也有喷施二氧化碳凝集剂。

“地补”就是提高土壤有机质（有机碳养分）含量。可以采取的措施就更多了。单地说就是对耕地尤其是贫瘠化的耕地，实施多渠道多层面的碳覆盖:

对耕地常态化地施用有机碳肥。对化肥工业实行“碳改造”，让化肥带着碳走。

推广有机碳技术就地快速腐解秸秆，实行大面积秸秆还田。

提倡规模农场搞种养结合，实行局部物质循环。

以乡镇为单位建立堆肥厂生产半厌氧免翻堆发酵、高堆焖干的高碳有机肥。

把沼液和化粪池液进二次分解成有机碳水肥去沃土肥田。

把大养殖场搬到盐碱地边缘去，实行大型“种养”结合，利用畜禽粪便和有机污水造肥改造盐碱地，种植饲料作物，创建中国式环保型大养殖业。

通过以上实行对耕地多渠道多层面的碳覆盖，传承中国几千年农业文明的遗传密码——物质循环，并利用现代科技加以提升，这就是行天道，就能保我中华二十多亿亩耕地永续耕作，为农业现代化造就富饶厚实的土肥基础。