新型肥料---有機(jī)碳肥

1、有機(jī)碳肥與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有機(jī)碳肥與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)李群良李群良 廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2015.12.26第三屆液體肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇第三屆液體肥料產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇報(bào)告內(nèi)容 碳素重新認(rèn)識及定位 碳短板及補(bǔ)碳 碳肥及其分類 有機(jī)碳肥定義、功能及意義 有機(jī)碳肥生產(chǎn)技術(shù)及工藝 國內(nèi)外碳肥生產(chǎn)概況 我們的研究進(jìn)展及未來發(fā)展植物必需營養(yǎng)元素及可利用形態(tài)17種植物必需元素，C重新定位植物含植物含 C 55%，HO 34%，NPK11% 植物植物C與其他植物養(yǎng)分比例與其他植物養(yǎng)分比例植物營養(yǎng)中的“碳饑餓” C、 H O、N P K 、Ca Mg S 、Fe Cu Mn Zn Mo Cl B Ni 大中微肥唯缺

2、C（僅氣肥用于大棚)，大田C長期缺位。 大氣CO2， 300-350ppm 最佳濃度，1000ppm 株間實(shí)際濃度，200ppm自然差距3-4倍！田間差距5倍倍 ，碳成碳成短板！短板！靠天補(bǔ)靠天補(bǔ)C-碳饑餓碳饑餓，需肥補(bǔ)！，需肥補(bǔ)！碳短板嚴(yán)重制約作物養(yǎng)分平衡最小養(yǎng)分律-木桶理論(缺碳)NPK等元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)超量，而等元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)超量，而C卻得不到補(bǔ)充，造成養(yǎng)分極不平卻得不到補(bǔ)充，造成養(yǎng)分極不平衡，作物產(chǎn)量無法提高、品質(zhì)無法改善！衡，作物產(chǎn)量無法提高、品質(zhì)無法改善！ 有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥沃程度的指標(biāo)有機(jī)質(zhì)含量是土壤肥沃程度的指標(biāo) 有機(jī)質(zhì)土壤肥沃程度分類圖 富線良線紅線貧線危線%54321 FeCa 碳營養(yǎng)是

3、土壤肥力的基礎(chǔ)物質(zhì)碳營養(yǎng)是土壤肥力的基礎(chǔ)物質(zhì)C/N3+B1B1B1B2B2B2B2B2B2B2B2B3 B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3B3Mg2+NPZnCaKMnFeB2+有機(jī)融合態(tài)礦物營養(yǎng)（生物肥力）微膠質(zhì)物（腐殖質(zhì)）（有機(jī)酸）（化學(xué)肥力）（物理肥力）（松土）增O2C碳吸收通道？ 幾乎所有教科書都認(rèn)為：碳元素通過植物葉片光合作用而獲得！ 事實(shí)上，植物存在多種方式和途徑吸收碳元素！碳素吸收“二通道”氣孔氣孔葉葉肉肉葉綠體葉綠體有機(jī)碳養(yǎng)分有機(jī)碳養(yǎng)分+ + + 礦礦物營養(yǎng)物營養(yǎng)+水水光能光能CO2O2有機(jī)碳養(yǎng)分有機(jī)碳養(yǎng)分有機(jī)碳養(yǎng)分有機(jī)碳養(yǎng)分 +礦礦物營養(yǎng)物營養(yǎng)+水水二通道（

4、事實(shí)存在）氣孔氣孔葉葉肉肉葉綠體葉綠體有機(jī)碳養(yǎng)分有機(jī)碳養(yǎng)分光能光能CO2O2有機(jī)碳養(yǎng)分有機(jī)碳養(yǎng)分一通道（傳統(tǒng)學(xué)說）兩種原料（兩種原料（CO2，有機(jī)碳）比較，有機(jī)碳）比較 光（時(shí)、強(qiáng)）合成少有機(jī)碳有機(jī)碳（跳過光合跳過光合作用，節(jié)能作用，節(jié)能）+NPK合成多合成多無機(jī)無機(jī) - 有機(jī)有機(jī)+NPK1. 天補(bǔ)天補(bǔ) - 缺碳缺碳+受制于受制于光光2. 肥補(bǔ)肥補(bǔ) 有機(jī)碳有機(jī)碳 少少 受制于受制于光光 有機(jī)碳形成碳骨架有機(jī)碳形成碳骨架、節(jié)能、節(jié)能 、高效！、高效！有機(jī)碳-無機(jī)碳的對比 碳肥定義及其分類 碳肥是指能為作物提供有效碳素營養(yǎng)的肥料； 按碳素物理形態(tài)，可分為氣態(tài)碳肥、液態(tài)碳肥和固態(tài)碳肥； 按碳素存在化

5、學(xué)性質(zhì)，可分為無機(jī)碳肥和有機(jī)碳肥。氣態(tài)碳肥 主要是CO2-主要表現(xiàn)在增加光合作用。已在大棚成功應(yīng)用，獲得良好增產(chǎn)效果； 富碳農(nóng)業(yè)概念將工業(yè)CO2排放與農(nóng)業(yè)增碳有機(jī)聯(lián)系起來。液態(tài)碳肥 液態(tài)碳肥由高濃度有機(jī)廢水通過生物化工的方法催化控制性降解，釋放出大量小分子水溶有機(jī)碳加工而成，主要優(yōu)勢： a. 一個(gè)新型特大肥料產(chǎn)業(yè) b. 彌補(bǔ)了有機(jī)肥的缺陷和應(yīng)用領(lǐng)域 c. 具有環(huán)保和節(jié)能減排效應(yīng) d. 具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值固態(tài)碳肥 固態(tài)碳肥-主要由固體有機(jī)廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵控制性降解形成大量小分子水溶有機(jī)碳。創(chuàng)新路徑：有機(jī)物料創(chuàng)新路徑：有機(jī)物料 有機(jī)大分子有機(jī)大分子 有機(jī)小分子有機(jī)小分子 有機(jī)碳肥有機(jī)碳肥+微生物微

6、生物Production of organic carbon fertilizers from organic wastesOrganic wasteEnergy HumificationCompostCompostingControlled degradation Innovative pathwayOrganic carbon fertilizersTraditional Aerobic Composting ProcessLignocellulose degradation有機(jī)廢棄物控制性降解商品有機(jī)肥理論、標(biāo)準(zhǔn)和工藝的不妥之處：1. 傳統(tǒng)有機(jī)肥理論要點(diǎn)：制造“礦化腐殖質(zhì)”，沒有“有機(jī)碳

7、養(yǎng)分”的要求。 標(biāo)準(zhǔn)： 有機(jī)質(zhì)含量45% 總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）5%2. 生產(chǎn)工藝：好氧、高溫、翻堆高溫烘干有機(jī)質(zhì) CO2 + H2O+ M 控制性降解 小分子有機(jī)碳有機(jī)碳營養(yǎng)與普通有機(jī)肥比較大分子 活性官能團(tuán)很少難直接吸收有機(jī)碳利用率低 普通商品有機(jī)肥 有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)有機(jī)肥有機(jī)肥有機(jī)營養(yǎng)有機(jī)營養(yǎng)有機(jī)碳有機(jī)碳成分成分匹配匹配-優(yōu)化（優(yōu)選好成分優(yōu)化（優(yōu)選好成分-碳鏈長短、性狀、官能團(tuán)等）碳鏈長短、性狀、官能團(tuán)等）有機(jī)營養(yǎng)肥有機(jī)營養(yǎng)肥 小分子小分子 活性官能團(tuán)多活性官能團(tuán)多 直接吸收直接吸收 有機(jī)碳利用率高有機(jī)碳利用率高 有機(jī)碳肥有機(jī)碳肥無機(jī)碳肥 無機(jī)碳肥-主要包括H2CO3、CO2、 HC

8、O3- 、CO32- 等 碳酸氫鹽的代謝途徑碳酸氫鹽的代謝途徑有機(jī)碳肥 有機(jī)碳肥就是富含植物所需有機(jī)養(yǎng)分的肥料，而植物有機(jī)養(yǎng)分的有效物質(zhì)就是植物根系可直接吸收的小分子水溶有機(jī)碳。包括以下內(nèi)涵： a. 小分子，即分子量通常在600 Da； b. 水溶性好，能直接溶于水，可被微生物 或植物吸收利用； c. 有機(jī)化合物，含有碳骨架，也可包含N、P等元素。 d. 是一種具有能量的肥料！唯一！是一種具有能量的肥料！唯一！有機(jī)碳肥功能 物質(zhì)性-補(bǔ)碳，構(gòu)建植物體內(nèi)各有機(jī)成分的必需成分-碳骨架！ 能量性-為作物生長節(jié)省了能量-節(jié)能！ 營養(yǎng)吸收的組織者-可促進(jìn)NPK等元素吸收利用！ 可改善作物品質(zhì)和提高其免疫力

9、！ 是激活土壤微生物的必需口糧！ 環(huán)保功能！有機(jī)碳肥生產(chǎn)工藝固體有機(jī)廢棄物、畜禽糞便有機(jī)碳菌劑（BFA）建堆半?yún)捬醢l(fā)酵高堆燜干高碳有機(jī)肥產(chǎn)品A混合適溫 干燥固體有機(jī)碳肥產(chǎn)品B氧化劑、催化劑濃縮有機(jī)廢液反應(yīng)罐液態(tài)有機(jī)碳肥產(chǎn)品C化肥混溶器有機(jī)碳復(fù)混液肥產(chǎn)品D注：在適當(dāng)環(huán)節(jié)加入功能菌，就可形成另一系列有機(jī)碳菌肥。正午：未施用液態(tài)有機(jī)對照（每畝施復(fù)合肥正午：未施用液態(tài)有機(jī)對照（每畝施復(fù)合肥40公斤）公斤）; 施用施用液態(tài)有機(jī)碳肥試驗(yàn)（施肥同對照，每畝加施液態(tài)有機(jī)碳肥液態(tài)有機(jī)碳肥試驗(yàn)（施肥同對照，每畝加施液態(tài)有機(jī)碳肥3公斤）公斤）對照：每畝底肥施復(fù)合肥50kg；B方案：底肥在對照基礎(chǔ)上加施有機(jī)碳菌劑40kg；A方案：在B方案基礎(chǔ)上噴施2次液態(tài)有機(jī)碳共400ml碳循環(huán)促進(jìn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)液體有機(jī)碳肥粒徑分布液體有機(jī)碳肥粒徑分布Fig.13 FTIR spectra in compostFig. 14 1H NMR spectra in compost1: Terminal CH3 and CH2, CH of methylene chains .2: CH3 and CH2, CH proton to aromatic or carb