自从1840年德国人李比希发表《化学在农业和植物生理学上的应用》一文，创立“植物矿物质营养学说”以来，世界便开启了“化学农业”纪元，人们一直就在这一理论指导下进行着化学肥料生产与应用。近些年来，通过对化学农业所带来一系列问题的透析和反思，福建绿洲生化有限公司董事长李瑞波教授从理论和实践上对业界主流的植物矿物质营养学说提出了质疑，进行了大量的研究探索和生产实践，发表了一系列关于植物有机营养学说新观点，为我们发展生态循环农业和生产施用有机肥料提供了重要启示和有益借鉴。下面是笔者对其主要理论观点的学习理解：

一、对植物矿物质营养学说的质疑

1.矿物质营养学说没有认识到碳对植物生长的重大作用，忽视了碳的重要地位。所有教科书都认为植物主要营养元素分为:大量元素碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、钾(K),中量元素钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、氯(CI)、硅(Si)，微量元素铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、硼(B)、钼(Mo)。实际上有机质占植物干物质的70%左右，而有机质中碳元素占58%,也即碳约占植物干物质的40%。可见，植物中碳所占的比重比其它所有元素的总和还要多，和其它元素根本不在一个数量级上。这种对碳所应有的地位定位不准确，就导致植物营养理论和肥料理论长期漠视碳。肥料界只生产氮肥、磷肥、钾肥，近年又强调中微量元素肥，但却总忽视了碳肥。即使生产有机肥，也对碳养分认识不足，有机肥被制造成“无害化”的土壤改良剂。





2.矿物质营养学说认为植物生长所需的碳，全部是从空气中的二氧化碳中获得。“作物所需的碳、氢、氧营养可以从空气和水中获得，而其他大量元素肥料要由化学肥料提供矿物质营养予以补充供给”，这是植物矿物质营养学致命的缺陷。氢和氧由空气和水是可以提供的，但碳却未必。再加上“二氧化碳取之不竭”的观点普遍存在，植物碳养分的供给长期没受到重视，土壤碳养分缺失，大面积农作物患“缺碳病”。

3.矿物质营养学说认为植物仅仅通过叶片气孔吸收二氧化碳，经叶绿素的光合作用转化为碳水化合物(营养积累)，没有认识到植物根系也能直接吸收水溶性有机碳，进行营养积累。这种对植物碳营养吸收途径的看法是一个最重大的失误。这种把二氧化碳气体当作植物唯一碳营养来源的观点，导致了一系列施肥措施、有机肥和有机无机复混肥的技术标准和制造工艺不合理性。

4.矿物质营养学说只提到元素对植物的营养作用，却忽略了植物新陈代谢的“能源物质”，这种“能量元素”对植物的生长起到至关重要的作用。也就是说，该学说只能指导人们向农作物施加“营养”，却无法指导补充“能源”，这种能量物质就是碳。

5.植物矿物质营养学虽然注意到土壤生物肥力的作用，但却没有对土壤微生物和土壤生物多样性的培养和保护给予关注。土壤板结的根本原因是微生物含量低，而微生物繁殖的主要能源是碳和氮，最佳碳氮比是(20~30):1。当耕地有机质含量降到1.5%以下，也即碳含量不足0.9%的情况下，人们却没有认识到需要提高土壤的碳氮比来拯救土壤微生物。





6.矿物质营养学说认为矿物质营养是以离子态被植物吸收的，但实际上矿物质营养也很有可能形成有机化合态被植物吸收。在原生态的植物生长环境中，矿物质营养是由土壤腐植酸和根系分泌的有机酸分解岩石，使之溶解(吸附、整合、络合)成有机化合态矿物质营养，以水溶液的形态不断被植物根部吸收，这就是几十亿年来植物的生长史和进化史，这是植物矿物质营养进入植物的正常态、合理态。而当土壤中有机质极其匮乏时，化学肥料所提供的矿物质营养就被“离子化”进入植物内部，这种营养物质供应形态，很有可能会给植物带来负面作用。








由于长期的“化学农业耕作”，导致我国耕地有机质含量平均每年下降0.05个百分点，现在已经降到2.08%，跌破了3%的有机质含量“红线”触到了“贫线”，大量耕地板结、沙化和盐渍化，同时造成大量农作物经常处于缺碳的状态，还导致化肥营养利用率越来越低，这将对农业的可持续发展产生极大的不利影响。目前各地开展的测土配方施肥，也没有把土壤有机质含量作为施肥的量化目标，普遍以化肥补充矿物质营养元素的短缺为目标。这对耕地的治理没有根本上的意义，充其量只是使化肥利用率提高一些而已。






二、植物有机营养新观点

1.碳营养是土壤肥力的核心物质

碳是生命之本，水(氢和氧)是生命之源，碳营养才是土壤肥力的核心物质。土壤肥力是一个复杂的概念，不是仅仅补充氮、磷、钾元素那么简单。可以把土壤肥力分成三种不同概念肥力来理解：即物理肥力、化学肥力和生物肥力。






物理肥力 —— 土壤物理成分及其比例，土壤的水、气、热，土壤团粒结构状况等。

化学肥力 —— 土壤中植物各种必需营养元素的含量及其有效性。

生物肥力 —— 土壤中以微生物为基础的生物群系的丰富程度及各种群的组合状况，也包括植物活的根系。





三种肥力丰富和协调，组成土壤复杂的肥力体系，推动土壤中营养成分的转化和能量的传递，维系土壤的生命力，促进农作物的生长发育。研究发现，土壤三种肥力都离不开碳。正是由于碳营养，物理肥力尤其是团粒结构和水、气、热的协调才得以形成，各化学元素得以“有机”化而提高其利用率，微生物才能获得碳能而繁殖，从而推动土壤生物链的运转。因此碳(营养)就是土壤三种肥力形成的参与者，是土壤肥力的核心物质。






2.植物碳营养二通道观点

植物不仅仅通过叶片气孔吸收二氧化碳，经叶绿素的光合作用转化为碳水化合物，同时植物根系也直接吸收水溶性有机碳。
有效碳代表有机碳营养，施到土壤中直接作用于以下三部分：一部分被土壤微生物(B)直接吸收，使微生物大量繁殖。大量微生物会对土壤有机质加速分解，产生更多有机碳营养供给更多微生物的扩繁。这就在刺激根系发育的同时，造成土壤疏松，使土壤涵水通气机能改善。另一部分有机碳养分使土壤中无机养分大多以有机化合态被吸收，化肥利用率得到明显提升。第三部分是由于AOC的进入，促进根系快速生长，根部对植物叶片的水肥供给增强了，叶片宽厚，叶绿素丰富，植物光合作用效率大大提高。


3.植物营养的有机无机和谐之道——土壤肥力营养平衡图

植物所需营养最高效、最科学的组配是有机和无机合理结合。没有足够无机养分的供给，农作物不能高产;没有足够有机养分的供给，化肥利用率就低，不但不能高产，还会造成土壤生态一系列恶性循环，摧毁农业发展的基础。在此基础上提出了造肥施肥“阴阳平衡”的原则，在这种阴阳太极图中，把植物所需营养元素分为以下三大类：阴面是有机碳养分;阳面是矿物质营养;阴阳的分界线S线代表氢和氧，即水，没有它，阴阳不能结合。




①水平方向阴区和阳区弦段等长，表示有机营养与无机营养平衡，总有效弦段的长度用来表示作物产量。

②阴阳平衡图EF线段，是水平方向弦最大处(即直径)，表示农作物收获最大。从EF往上，阴阳比例逐渐变小，阴阳失衡逐渐加大，有效弦段逐渐变短，即越是阴衰阳盛，农作物收获越小。从EF往下，阴阳比例逐渐变大，有效弦段亦复逐渐变短，即越是阴盛阳衰，农作物收获越小。同等化肥施用量，只有阴阳平衡，农作物收获才能足够大。

③EF线以上位置，按“阴阳”比例和谐原则，阴面水平线段与阳面水平线段等长，农作物收获区就H-R-E-Q-F-G-V-H 范围内，阴对阳形成制约。称之为阴制阻理论区。因此在此区外的“纯阳区”H-V_G-Z-F-H内，矿物质养分是无效的，这可解释贫瘠土地化肥利用率为什么低。

④EF线下位置，按“阴阳”比例和谐原则，也是阴面水平线段与阳面水平线段等长，农作物收获区S-F-L-Q-J-E-T-S 范围内，阳对阴形成制约，称之为阳制阴理论区。因此在此区外的“纯阴区”S-T-E-S内，有机碳养分(对农作物)是不起作用的，这可解释有机种植盲目排斥化肥为什么农作物低产。

⑤以上③、④都是以矿物质养分无“短板”的假设为基础的。如果出现“短板”，按“木桶法则”，木桶装的水到短板顶线为止，也即化学肥力打了折扣。假设打了6折，这就出现了Z-L-S 折扣线。阳区的H-V-G-Z-L-S线和阴区的S-J-R-H线，两条线所包围的面积才是阴、阳肥力有效区。可以据此分析农作物收获情况。

⑥阳区纯阳面内数个“+”号点表明:在阴衰到十分严重时，所需与之平衡的矿物质养分不多，所以即使化肥肥力打了6折，其“短板”的限制作用尚未表达，这种情况起限制作用的是缺阴。


三、有机碳肥——生物腐植酸肥料

在植物有机碳营养理论的支撑下，李瑞波教授的研究团队所开发的具有国际先进水平的有机碳肥获得国家专利并被列入国家科技成果库。

碳广泛存在于有机质中，有机质是碳库。从有机质到碳养分有一种中间物质，就是有机质的衍生物腐植酸(HA)。





生物腐植酸是一大类以生物质为原料经生物的或化学的，或者生物加化学的或者物理加化学的工艺过程而形成的制品。这是一种以黄腐酸(FA)为主要成分，而又包含诸如氨基酸、维生素、糖类和肌醇等物质的混合物。化学分析表明，不论用什么工艺方法制取的生物腐植酸，其植物营养物质的主要成分是水溶有机碳。但这种水溶有机碳并不是单质碳，它存在于黄腐酸、氨基酸、维生素、葡萄糖甚至萜和其他有机物质之中，没有碳，就不存在这些物质。

生物腐植酸就是肥料，而水溶有机碳(DOC)就是生物腐植酸的“核”。有些工艺方法加工制造的生物腐植酸富含功能菌，可以成为肥效更加显著的“超级有机肥”，其肥效相当于普通有机肥的20倍以上。这是因为生物腐植酸中的功能菌(B)和水溶有机碳(DOC)的合成作用。功能微生物的加入，直接利用FA中的水溶有机碳作碳源，繁殖力迅速提升，使土壤疏松并促进植物根系的生长，反过来促进了植物对水溶有机碳和其他植物营养元素的吸收利用，使土壤物理肥力、化学肥力和生物肥力都得到提升并互相促进。所以B和C相加，形成1+1>2的效果。



除作为高效有机肥料外，生物腐植酸还可以用作秸秆腐熟剂和有机肥发酵剂。作为一种独特有机肥发酵剂，BFA(生物腐植酸粉)开创了一种免翻堆、免烘干的低成本、高肥效的有机肥制造工艺。这种工艺使有机肥厂设备投资减少2/3，单位产品能耗减少3/4，同样原材料制成的有机肥黄腐酸含量提高1倍，有机肥力提高50%以上。

在有机废弃物资源化利用中，沼液、化粪池液以及食品工业、制药工业和造纸工业的有机废渣废水，都可利用BFA发酵技术或其他生化活化技术，进行无害化处理，成为农用腐植酸液，进而生产肥效绿色环保肥料。



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