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文檔簡介
1、有機碳肥與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有機碳肥與現(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)展論壇報告內(nèi)容 碳素重新認(rèn)識及定位 碳短板及補碳 碳肥及其分類 有機碳肥定義、功能及意義 有機碳肥生產(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!靠天補靠天補C-碳饑餓碳饑餓,需肥補!,需肥補!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等元素遠遠超量,而等元素遠遠超量,而C卻得不到補充,造成養(yǎng)分極不平卻得不到補充,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! 有機質(zhì)含量是土壤肥沃程度的指標(biāo)有機質(zhì)含量是土壤肥沃程度的指標(biāo) 有機質(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+有機融合態(tài)礦物營養(yǎng)(生物肥力)微膠質(zhì)物(腐殖質(zhì))(有機酸)(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碳養(yǎng)分有機碳養(yǎng)分+ + + 礦礦物營養(yǎng)物營養(yǎng)+水水光能光能CO2O2有機碳養(yǎng)分有機碳養(yǎng)分有機碳養(yǎng)分有機碳養(yǎng)分 +礦礦物營養(yǎng)物營養(yǎng)+水水二通道(
4、事實存在)氣孔氣孔葉葉肉肉葉綠體葉綠體有機碳養(yǎng)分有機碳養(yǎng)分光能光能CO2O2有機碳養(yǎng)分有機碳養(yǎng)分一通道(傳統(tǒng)學(xué)說)兩種原料(兩種原料(CO2,有機碳)比較,有機碳)比較 光(時、強)合成少有機碳有機碳(跳過光合跳過光合作用,節(jié)能作用,節(jié)能)+NPK合成多合成多無機無機 - 有機有機+NPK1. 天補天補 - 缺碳缺碳+受制于受制于光光2. 肥補肥補 有機碳有機碳 少少 受制于受制于光光 有機碳形成碳骨架有機碳形成碳骨架、節(jié)能、節(jié)能 、高效!、高效!有機碳-無機碳的對比 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),可分為無機碳肥和有機碳肥。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)增碳有機聯(lián)系起來。液態(tài)碳肥 液態(tài)碳肥由高濃度有機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碳加工而成,主要優(yōu)勢: a. 一個新型特大肥料產(chǎn)業(yè) b. 彌補了有機肥的缺陷和應(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)價值固態(tài)碳肥 固態(tài)碳肥-主要由固體有機廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵控制性降解形成大量小分子水溶有機碳。創(chuàng)新路徑:有機物料創(chuàng)新路徑:有機物料 有機大分子有機大分子 有機小分子有機小分子 有機碳肥有機碳肥+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有機廢棄物控制性降解商品有機肥理論、標(biāo)準(zhǔn)和工藝的不妥之處:1. 傳統(tǒng)有機肥理論要點:制造“礦化腐殖質(zhì)”,沒有“有機碳
7、養(yǎng)分”的要求。 標(biāo)準(zhǔn): 有機質(zhì)含量45% 總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)5%2. 生產(chǎn)工藝:好氧、高溫、翻堆高溫烘干有機質(zhì) CO2 + H2O+ M 控制性降解 小分子有機碳有機碳營養(yǎng)與普通有機肥比較大分子 活性官能團很少難直接吸收有機碳利用率低 普通商品有機肥 有機質(zhì)有機質(zhì)有機肥有機肥有機營養(yǎng)有機營養(yǎng)有機碳有機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、官能團等)碳鏈長短、性狀、官能團等)有機營養(yǎng)肥有機營養(yǎng)肥 小分子小分子 活性官能團多活性官能團多 直接吸收直接吸收 有機碳利用率高有機碳利用率高 有機碳肥有機碳肥無機碳肥 無機碳肥-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碳肥 有機碳肥就是富含植物所需有機養(yǎng)分的肥料,而植物有機養(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!有機碳肥功能 物質(zhì)性-補碳,構(gòu)建植物體內(nèi)各有機成分的必需成分-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!有機碳肥生產(chǎn)工藝固體有機廢棄物、畜禽糞便有機碳菌劑(BFA)建堆半?yún)捬醢l(fā)酵高堆燜干高碳有機肥產(chǎn)品A混合適溫 干燥固體有機碳肥產(chǎn)品B氧化劑、催化劑濃縮有機廢液反應(yīng)罐液態(tài)有機碳肥產(chǎn)品C化肥混溶器有機碳復(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碳菌肥。正午:未施用液態(tài)有機對照(每畝施復(fù)合肥正午:未施用液態(tài)有機對照(每畝施復(fù)合肥40公斤)公斤); 施用施用液態(tài)有機碳肥試驗(施肥同對照,每畝加施液態(tài)有機碳肥液態(tài)有機碳肥試驗(施肥同對照,每畝加施液態(tài)有機碳肥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)上加施有機碳菌劑40kg;A方案:在B方案基礎(chǔ)上噴施2次液態(tài)有機碳共400ml碳循環(huán)促進清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟液體有機碳肥粒徑分布液體有機碳肥粒徑分布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
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