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补充“碳营养”,促进“碳减排”——创新技术体系,发展“富碳肥料”

文章附图

碳减排”的农业路径——创新技术体系,发展“富碳肥料”

碳中和、碳达标是我国政府的郑重承诺。中央经济工作会议明确提出 “ 十四五”期间,要强化GDP能耗强度和能源消费总量双控指标,探索二氧化碳排放强度和总量双控,确保“十四五”期间碳强度持续下降。

化肥是一个高能耗的产业,通常在高温,强酸条件下进行生产。开发低碳技术以节能降耗,推动能源消费的碳排放总量达峰是一项重大课题。近日,华南农业大学廖宗文教授诠释了肥料产业碳减排发展思路,提出了自己的观点与思考,他认为创新技术是肥料产业实施碳减排、创制富碳肥料的关键。

碳饥饿”限制了增产

有机碳肥指水溶性高易被植物吸收的有机碳化合物,如糖、醇、酸(含氨基酸)等,即不仅有含氮的有机碳营养(如氨基酸),还包括不含氮的碳营养。是一种明显优于二氧化碳的新型肥料,长期以来,作物的C营养基本依赖无机二氧化碳,但远不能满足需要,仅达1/5 。因此,作物处于“碳饥饿”而限制了增产。换言之,一般的高产纪录或多或少都受制于碳饥饿。

通过施肥补碳克服靠天补碳短板的限制,将开辟出一条高产施肥的新途径。迄今肥料产品中,除了大棚二氧化碳之外,几乎没有碳肥产品。这与现有植物营养理论体系局限于矿质框架有关。矿质营养理论中,碳居首位,但只是无机的是二氧化碳,不涉及有机碳形态。这一矿质理论体系的局限,限制了碳营养形态研究。只关注无机二氧化碳,对于种类繁多的有机碳营养长期缺乏认识,几为空白。构成作物体最高比例(50%以上)的碳营养,在主流肥料中却难觅踪影,长期以来,作物靠天补碳导致作物“碳饥饿”。只有突破经典理论的矿质框架,才能开拓“施肥补碳”新路,才能为有机碳肥的研发提供基本的理论支撑。把碳的形态从矿质营养框架的无机态延伸到有机态进行研究,就不难发现有有机碳确实是一个营养宝库。不仅对作物增产,而且对对碳减排都有重要作用。

补充“碳营养”,促进“碳减排”

有机碳消除碳饥饿,使养分平衡,尤其是使CN平衡上升到新的高度,从而更好地实现肥料的减量增效。同时也促进了碳减排。因为增产所需求的养分减少了,与养分相应的碳耗也随之降低了。因此对确保“十四五期间碳强度持续下降”的碳中和目标将作出重大贡献。确立有机碳营养的概念,不仅对植物营养有重要意义,还可为实现碳减排的目标发挥重大作用。一方面是可以把很多副产品,如秸秆类生物质作为原料生产有机碳产品。还可为废水的环保处理提供新的技术路线,即废物不是作为无害物达标排放,而是处理成有机营养而回收。这一从达标排放到回收利用的技术方向转变,将进一步促进碳强度持续下降。

富碳肥料产品进展

经过多年不懈努力,基于有机碳营养新概念的低碳工艺已获得重要成果,一系列富碳肥料产品陆续问世。

西北农业大学以果渣、中药渣等生物质为原料,研发成功的高效降解新技术,在4小时可降解为水溶性有机碳,转化率高达90%。该成果已通过了省级科学鉴定,在多省市实现了产业化,肥效显著。

北京某公司用企业独创的专利技术研发的聚碳系列肥料,真正实现了“减肥增效”与“增加投入大增产”的功效,还有效地提升农产品品质,增强农作物的抗逆性。

国外部分特肥企业的含碳肥料也陆续进入中国市场,意大利菲奇比公司的“全营养碳基缓释肥”;意大利斯凯姆(SCAM)公司的“有机矿物缓释肥”、“微活力冲施肥”,都含有数量不等、品质高、易吸收的“有机碳”,在提供优质“碳营养”的同时,还能促进其他成分的吸收、利用效率,发挥更好功能。

在常规有机肥生产过程中,相当大部分原料的潜在有机碳营养被转化为二氧化碳排放而浪费掉,同时又消耗了更多的能源。对此,华南农业大学研发的控氧堆肥技术,既可减少曝气的能耗,又避免过分氧化,保留了更多的水溶性小分子有机碳营养,其中有相当一部分氨基酸类的有机氮,肥效明显优于传统堆肥产品。这一技术路线还可应用有机废水的环保处理,改达标排放为回收利用有机碳营养,这样不必耗费大量电能曝气把原料分解为无机氨氮和二氧化碳而排到大气中。这样不仅节能减排,还获得了有机碳营养,开拓了绿色环保的肥料生产新技术途径。

创新思维,推动“碳减排”

肥料产业的碳减排技术可归纳为:降低工艺的碳(能)耗和增加产品的有机碳营养,即以低碳工艺生产富碳肥料。在这两方面都需要有创新,在体系内外都要创新。体系外的创新难度更大,需要要突破原有理论体系和技术体系的框架,摆脱长期形成的惯性思维。就植物营养理论而言,经典矿质营养体系不应该成为探索创新的边界和禁区,而应该成为向有机营养拓展的基础和阶梯。就环保技术路线而言,有机废物的处理要从达标排放外拓至有机碳营养的回收,而不是作为无机物氮气和二氧化碳排放到大气环境中去。

体系外的突破性创新不可能在原有体系内进行渐进式生长,必须突破原有的理论体系、技术体系及其思维模式。这就必然产生冲突,受到质疑甚至是反对。这种阻力往往比体系内的创新大得多。因此,需要付出更多的努力,克服更多困难。这类技术创新不仅要在理论上进行说明,还要在实践上做出更多的肥效验证。各类协会和科技平台在这方面大有作为,可发挥重要作用。例如对企业群体的组织、联络,学术交流作用等。在此基础上,再进一步延伸至技术示范和推广,逐步打造成技术创新链条,将对全行业的碳减排做出新的更大的贡献。



——本文根据农资导报文章编录,略有改动。