我們的地球被稱為碳星球，因為在這個星球所有的生命體中，碳是基礎(chǔ)元素，由碳為框架形成的有機(jī)質(zhì)是生命的基礎(chǔ)物質(zhì)。碳是生命之本。19世紀(jì)40年代在西方形成的“化學(xué)植物營養(yǎng)學(xué)”雖然認(rèn)識到碳在植物物質(zhì)中占較大比例，但由于時代的局限性，對碳養(yǎng)分的來源及作用等等沒有正確的必要的論述。在我國開始組建自己的土壤肥料學(xué)科的年代，我們照搬了西方“化學(xué)植物營養(yǎng)學(xué)”。幾十年來，講到肥料，從學(xué)者到農(nóng)夫只知氮磷鉀等礦物質(zhì)元素，不知道碳。而當(dāng)初建立有機(jī)肥工業(yè)時也拜錯了師門，不師從我們祖先的堆肥技術(shù)，卻搬來了一套化學(xué)工藝，把碳養(yǎng)分當(dāng)做排除對象，結(jié)果制造出一堆“腐殖化”的空殼，有機(jī)肥成了“粗重慢臭”的質(zhì)劣價貴的土壤改良劑。本應(yīng)撐起肥料半邊天的商品有機(jī)肥，在我國農(nóng)資市場的肥料賬單上，銷量卻總在5%上下徘徊。

由于對碳的漠視，從我國階段性的土地短期承包制開始，尤其是農(nóng)村勞動力大量向城市轉(zhuǎn)移以后，農(nóng)者不愛惜耕地，不培肥地力，一種依賴化肥和農(nóng)藥的“化學(xué)農(nóng)業(yè)耕作”模式在我國億萬畝耕地上普及了，我們整整30年對耕地土壤進(jìn)行碳掠奪：千百年來由我們的先輩用堆肥和秸稈還田形成的土壤中的碳庫（有機(jī)質(zhì)），被不斷施加的礦物質(zhì)養(yǎng)分洗劫一空！時至今日，我國耕地平均有機(jī)質(zhì)含量只有2.08%，而且還在以每年0.05個百分點下滑，此勢頭若不遏止，再過20年我國大部分耕地有機(jī)質(zhì)含量將下降到危線——1%以下，這是荒漠化的土地，還能搞農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化嗎？歷史留給我們挽救的時間不足20年了！

耕地總面積的減少是減法，耕地質(zhì)量的下降是除法。我們必須參考某些發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)，把耕地有機(jī)質(zhì)含量3%劃作土壤質(zhì)量的紅線，與耕地面積紅線一起嚴(yán)防死守，才能保證我國農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

但是縱觀我國農(nóng)業(yè)界的管理部門和理論學(xué)術(shù)隊伍，對此遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有形成共識更沒作好準(zhǔn)備。我們的測土配方施肥還是在測配礦物質(zhì)養(yǎng)分，即使發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量太低，也只是“建議施用有機(jī)肥”，卻不能像對礦物質(zhì)養(yǎng)分那樣提出明確的指標(biāo)，結(jié)果就是流于空談。我們現(xiàn)在大力提倡土壤修復(fù)，各種土壤修復(fù)劑井噴而出，但卻幾乎都無視土壤缺碳這一主要矛盾，土壤修復(fù)也就佐使不分而變成隔靴搔癢。我們農(nóng)業(yè)部門推行多年的那個有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY525），盡管充滿邏輯錯誤，使有機(jī)肥工業(yè)失去了方向，并導(dǎo)致假劣有機(jī)肥橫行天下，卻至今還死抱著不改。

我國的化肥利用率僅僅是發(fā)達(dá)國家的60%左右，雖然我們在化肥利用率的提高方面做了極大努力，但十幾年來化肥利用率幾乎還在原地踏步。再看看近年迅速發(fā)展起來的設(shè)施農(nóng)業(yè)，只要是沖施肥或無土栽培，幾乎都在使用純化肥，還是在延續(xù)化學(xué)農(nóng)業(yè)耕作模式，不但產(chǎn)量低，而且口感普遍失去原生態(tài)風(fēng)味。

為什么世界上最大的農(nóng)業(yè)國會存在如此嚴(yán)重的土壤肥料積弊呢？問題就出在“本”和“源”上。碳是生命之本，也是植物的基礎(chǔ)元素，而不是并列的大量元素，這個“本”沒有被確立起來。“源”是學(xué)術(shù)理論。我們幾十年沿用西方“化學(xué)植物營養(yǎng)學(xué)”理論，不知“碳”為何物，它從哪里來，它的載體物質(zhì)是什么，它的有效性的指標(biāo)是什么，怎么檢測，它與礦物質(zhì)養(yǎng)分之間“結(jié)伴”的規(guī)律怎樣，等等這些重大問題，我們沒有權(quán)威的、能取的學(xué)界共識的，能正確指導(dǎo)農(nóng)業(yè)技術(shù)的新的土壤肥料理論體系，也就是這個“源”不清。

在我國耕地和農(nóng)作物的碳危機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重到如此地步，可我們農(nóng)業(yè)界的主流理論仍然在漠視碳！正因為如此，我國耕地貧瘠化（板結(jié)、荒漠化、鹽堿化）嚴(yán)重，中低產(chǎn)田占74%，導(dǎo)致農(nóng)作物普遍根系衰弱、亞健康，病害頻仍，農(nóng)產(chǎn)品安全問題成了民眾和政府共同的糾結(jié)?？墒菤v年中央出臺的關(guān)于農(nóng)業(yè)的文件卻都毫無例外的提不出肥料產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造的明確思路。就連萬眾矚目的每年1號文件也都欠缺肥料技術(shù)這條腿?？梢娡寥婪柿侠碚撜厩逶吹娜蝿?wù)之重了。重大理論的錯漏其危害是歷史性的，全局性的。土壤肥料理論是正本清源的時候了！

一、碳肥基本理論

2011年以來，本人多次在大型學(xué)術(shù)研討會上公開提出有機(jī)碳肥概念。隨后又于2014年初由化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行了《生物腐植酸與有機(jī)碳肥》一書，提出了有機(jī)碳肥的基本理論。概要地說，有機(jī)碳肥是以小分子水溶有機(jī)碳為有效物質(zhì)的新型有機(jī)養(yǎng)分肥料，它可取代傳統(tǒng)有機(jī)肥，其有效物質(zhì)含量是傳統(tǒng)有機(jī)肥的5至20倍（不同品種），因此它的單位面積用量是傳統(tǒng)有機(jī)肥的5%至20%，而且有的品種全水溶可管道輸送。這是一種可速效的高效肥，是可計量應(yīng)用的有機(jī)營養(yǎng)肥料，它已經(jīng)突破了傳統(tǒng)有機(jī)肥“粗重慢臭”的低劣層次，站到了與高品質(zhì)化肥相同的技術(shù)層面了。

有機(jī)碳肥的理論要點概括如下：

●植物碳養(yǎng)分不僅來自二氧化碳經(jīng)葉綠素光合轉(zhuǎn)化這個“通道”，還來自根系從土壤中吸收的另一通道。葉片吸收轉(zhuǎn)化是碳積累的主力軍，而土壤碳養(yǎng)分能對土壤三種肥力（即物理肥力，化學(xué)肥力、生物肥力）產(chǎn)生連環(huán)促進(jìn)和能量傳遞，促成土壤對肥料的二次加工，從而直接影響葉吸通道的光合轉(zhuǎn)化效率，起到四兩撥千斤的作用。

●土壤有機(jī)質(zhì)是天然的“碳庫”，但有機(jī)質(zhì)里的碳不能直接被植物吸收，只有通過生化作用逐漸微量地分解出小分子水溶有機(jī)碳，這才是真實的植物碳養(yǎng)分。肥料中碳養(yǎng)分含量決定該肥料的有機(jī)肥效。

●土壤碳養(yǎng)分與其他養(yǎng)分之間的關(guān)系，確切地表達(dá)應(yīng)該是陰陽關(guān)系，類似陰陽太極圖。碳養(yǎng)分與其他養(yǎng)分是按既定比例組裝成植物組織的，兩類養(yǎng)分合比例就是陰陽平衡。把礦物質(zhì)元素之間的“木桶原則”溶入此圖，就形成如下的“土壤肥力陰陽平衡動態(tài)圖”：

（該圖中陰面代表有機(jī)碳養(yǎng)分，陽面代表無機(jī)養(yǎng)分，S線代表氫和氧（H2O），EF線處于陰陽最豐足最平衡狀態(tài)，代表農(nóng)作物的最高收獲，而任何一種其他陰（碳養(yǎng)分）陽（無機(jī)養(yǎng)分）配比所對應(yīng)的農(nóng)作物收獲，都可以從此圖推算出來，這就形成施肥數(shù)學(xué)模型。推算公式是：W=W0·2LRM/LEF

注：W0是EF相應(yīng)的農(nóng)作物收獲量；LRM為陰陽平衡動態(tài)圖“陰區(qū)”某水平線段長度）

●碳養(yǎng)分是土壤三種肥力的基礎(chǔ)物質(zhì)。土壤缺碳使三種肥力式微，微生物失去能源而不能繁殖，這是土壤板結(jié)的根源，也是化肥利用率低的主要原因。

●土壤缺碳導(dǎo)致耕地貧瘠化，造成農(nóng)作物根系衰弱、亞健康、光合作用能力差（低產(chǎn)），這就是農(nóng)作物的缺碳病。缺碳病又削弱了防病抗逆機(jī)能。因此缺碳病造成我國農(nóng)業(yè)損失超過農(nóng)作物其他任何一種病害。農(nóng)業(yè)要上新臺階，糧食要安全，最大的提升空間在補(bǔ)碳。

●肥料產(chǎn)品的最高境界是“有機(jī)碳—無機(jī)—功能菌”高有效成分的合理組合。其中“有效碳/無機(jī)養(yǎng)分=0.25，功能菌每克2億個”，這樣的組合可取代有機(jī)肥、化肥和微生物肥，每畝每茬用100～150公斤，與施用同等重量無機(jī)養(yǎng)分的純化肥比較，產(chǎn)量可提高30%～50%，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)還大幅提升。且連年施用土壤會不斷改良。因此有機(jī)碳肥技術(shù)可推動化肥工業(yè)的技術(shù)改造和轉(zhuǎn)型升級。

●有機(jī)碳肥的主要原料是固液有機(jī)廢棄物。這就可以把環(huán)保技術(shù)對有機(jī)廢棄物“處理—達(dá)標(biāo)—排放”的傳統(tǒng)線性模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧夹g(shù)處理—有機(jī)碳肥—農(nóng)田”的資源化利用的環(huán)形模式。如果有機(jī)碳肥年產(chǎn)量達(dá)到7000萬噸（有效碳平均10%計），則每年可減排COD（包減排CO2的折算當(dāng)量）800多萬噸，化肥少損失900萬噸。

二、怎樣實施富碳農(nóng)業(yè)耕作模式

大量事實證明：在有機(jī)質(zhì)含量5%左右的土地種植，加施少量化肥，農(nóng)作物就能獲得大豐收。而農(nóng)作物環(huán)境二氧化碳濃度由一般的0.03%提高到0.07%，或者夜間補(bǔ)光（LED照明），農(nóng)作物產(chǎn)量也能大幅度提升。這些都說明，實施富碳農(nóng)業(yè)，可以獲得好收成。富碳農(nóng)業(yè)就是實行碳養(yǎng)分的“天補(bǔ)”和“地補(bǔ)”。雙補(bǔ)齊進(jìn)，大多數(shù)農(nóng)作物產(chǎn)量翻一番不是神話！

“天補(bǔ)”是補(bǔ)二氧化碳濃度或增加總光通量，這主要在設(shè)施農(nóng)業(yè)實施?，F(xiàn)在也有噴施二氧化碳凝集劑。

“地補(bǔ)”就是提高土壤有機(jī)質(zhì)（有機(jī)碳養(yǎng)分）含量?？梢圆扇〉拇胧┚透嗔?。簡單地說就是對耕地尤其是貧瘠化的耕地，實施多渠道多層面的碳覆蓋:

●對耕地常態(tài)化地施用有機(jī)碳肥。

●對化肥工業(yè)實行“碳改造”，讓化肥帶著碳走。

●推廣有機(jī)碳技術(shù)就地快速腐解秸稈，實行大面積秸稈還田。

●提倡規(guī)模農(nóng)場搞種養(yǎng)結(jié)合，實行局部物質(zhì)循環(huán)。

●以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位建立堆肥廠生產(chǎn)半?yún)捬趺夥寻l(fā)酵、高堆燜干的高碳有機(jī)肥。

●把沼液和化糞池液進(jìn)二次分解成有機(jī)碳水肥去沃土肥田。

●把大養(yǎng)殖場搬到鹽堿地邊緣去，實行大型“種養(yǎng)”結(jié)合，利用畜禽糞便和有機(jī)污水造肥改造鹽堿地，種植飼料作物，創(chuàng)建中國式環(huán)保型大養(yǎng)殖業(yè)。

通過以上實行對耕地多渠道多層面的碳覆蓋，傳承中國幾千年農(nóng)業(yè)文明的遺傳密碼——物質(zhì)循環(huán)，并利用現(xiàn)代科技加以提升，這就是行天道，就能保我中華二十多億畝耕地永續(xù)耕作，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化造就富饒厚實的土肥基礎(chǔ)。

注：本文獲得第十三屆中國科學(xué)家論壇優(yōu)秀論文二等獎