元素百科-碳,第一元素,生命之根

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《自然的基本材料》一书中写道:“对于生命来说,没有任何元素比碳更重要”。 由于其独特的物理性质,碳可以与碳及其他化学元素结合形成数千种化合物。 今天,科学家们仍在发现和合成新的碳化合物。

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碳是构成生物和食物等有机化合物的基本元素。 由于碳原子可以结合形成不同的形状,包括链、金字塔、环、片、管等,因此具有多种同素异形体,在各个领域发挥着重要作用。 近年来备受关注的纳米材料,如碳纳米管、富勒烯等,都是碳的同素异形体。

今天我们以植物为例,看看碳对生物体有什么影响。

1、碳对农作物的重要性

1、碳是作物17种必需养分中含量最多的营养元素(基本元素),占植物必需养分总量的50%以上,占植物干物质的35%,远远超过大、中、小三种元素的总和微量元素。 好几倍。 碳是农作物最重要的元素之一。

2、碳元素的充足补充是其他矿质元素均衡施肥的前提。 有机碳养分与生物肥力结合,形成土壤肥力的阴面,而矿质养分则为阳面。 阴阳平衡充沛,农作物就会优质高产。 阳强阴弱或阴强阳弱,就不会获得高产。 忽略有机碳营养物并单独研究它们。 矿物质营养素之间的平衡是缓解瘙痒的关键。

3、碳氮比:微生物适当分解有机物的碳氮比为25:1; 水稻秆、玉米秆、杂草等一般禾本科作物茎部碳氮比为60~100:1; 豆科作物茎部碳氮比为15-20:1; 高产蔬菜叶片碳氮比为70:1,果树叶片碳氮比为30:1。

4、碳是结合矿质营养素的骨架,提供构建植物体内各种有机成分所必需的成分——碳骨架,包括各种类型的链状和环状碳骨架,植物利用碳骨架合成糖、蛋白质、氨基酸、和酶。 、激素、信号物质等

5、土地是有生命的有机体,维持土地生命活动的主要能量来源是有机碳养分。 目前,我国耕地普遍缺碳,农作物缺碳病害已成为常态,造成农业损失超过其他农作物病害。 农业最大的空间在于补碳。

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2. 碳的来源

1、自然给予。 主要是叶子的气孔吸收空气中的二氧化碳进行光合作用,将太阳能转化为化学能形成碳水化合物,形成作物的内部组织和能量来源。

2、根部施有机碳肥。 植物的根部从土壤中吸收溶解在水中的小分子有机碳肥,输送到植物内部,通过电化学反应形成植物内部组织和能源。 主要是纤维素、木质素、糖、蛋白质、氨基酸等。土壤有机质中所含的碳并不是真正的有机碳养分。 传统非水溶性有机肥(鸡粪、猪粪、羊粪、牛粪等动物粪便)和高分子腐植酸有机肥(传统有机肥)补碳能力有限。 肥料需要5个月才能释放0.5%的有机碳源),不能有效及时补充碳源; 能被植物根系和土壤微生物直接吸收的碳养分必须是可溶性小分子有机碳。

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3、缺碳的原因

土地是有生命的有机体,维持土地生命活动的主要能量来源是有机碳养分。 小分子有机碳的含量决定了有机肥的肥效。 目前,我国耕地普遍缺碳。 检测结果显示:不到5%的土样有机质含量大于2%,80%的土样有机质含量小于1.5%,近15%的土样有机质含量小于1% 。 众所周知,有机物的碳系数为1.724,即1.724有机物有1个碳。 土壤有机质含量太低,意味着农作物基本无法从土壤中吸收水溶性有机碳。 农作物无法从根部获得碳供应,从而导致碳缺乏。

1.在人工种植条件下,特别是在贫瘠的土地或温室种植中,CO2的供应(浓度)不足。 空气中CO2的含量约为0.03%。 从植物光合作用需求的角度来看,这个值是比较低的。 当空气中CO2浓度增加到0.1%时,光合强度可显着增加,作物产量增加。 大棚蔬菜一天大部分时间都处于“碳饥饿”状态。

2、夜间、阴雨天、雾霾天没有光合作用时,植物的碳源供给不足。 然而,它不断的新陈代谢会消耗“碳”,这是透支的;

3、长期以来,理论界普遍认为CO2是植物唯一的碳源,而没有关注土壤中的水溶性有机碳是植物另一个重要碳源的客观事实。 这实际上形成了忽视有机营养的“阳盛阴衰”现象。 施肥途径,导致大量农作物经常处于“碳饥饿”状态。

4、氮磷钾肥施用量大幅增加的同时,却没有考虑补碳,使得“碳短板”更加尖锐。

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4、碳缺陷对农作物造成的直接危害

1、根系弱点:

什么促进根系生长?

首先是根系生长缺乏内在刺激:根系喜水、喜肥的倾向,给根系提供了向外、向下延伸的内在刺激。 含有机质的土壤含水量较差,各种肥料溶液对根系的“表达”能力较差,导致根系生长受到抑制;

其次,根系生长的外源刺激不足。 土壤微生物与根系相互作用。 土壤中微生物繁殖所需的有机质和碳源不足,导致根际微生物群落稀疏。 根系生长的外界刺激太弱,根系失去生长的外界刺激。

因此,土壤缺乏能被根系和土壤微生物直接吸收的水溶性有机碳——有效碳,直接造成作物根系的衰弱和老化。 这是农作物减产、抗逆性差的根本原因。

2、过早衰老

农作物早衰的原因自然与根系衰弱有直接关系。 这里需要提到的是,作物的其他器官和内部组织,特别是木质素、纤维素和糖,转化为根部吸收的有效碳所需的能量相对较低,即使是在夜间和雨天,或者在能量不足的情况下。温室环境中的二氧化碳。 在阳光较弱的情况下,这种转化和积累可以继续进行,植物内部组织可以获得养分供应。 相反,根部基本上不能吸收有效碳。 农作物仅依靠叶片的光合作用来转化CO2,同样积累所需的转化能量要大得多。 白天阳光充足时,能量得以供给,但到了夜间或阴雨天,这种转化和积累就变少,新陈代谢消耗了作物内部的能量。 这种能量预算的不平衡是植物过早衰老的另一个原因。 这种情况在生长期较长的瓜类、豆类、蔬菜和果树上尤为明显。 试验表明,使用等量的肥料,在基肥中添加足量的有机肥,可使绿豆、苦瓜、黄瓜、茄子等作物的收获期延长1~2个月,总产量提高。可增加30-60%。 有机碳充足,植物生命力强,寿命长,产量高; 否则,植物会过早衰老,产量会降低。

3、黄叶病、失绿症

阴雨天,光合作用接近停止,空气中的二氧化碳无法正常吸收和转化,农作物的碳营养和碳能均减少。 如果持续下雨,叶子就会发黄,一些农作物的新叶也会出现褪绿现象。 一般被误认为是“水涝”。 其实,只有烂根才是“涝”。 一般不是“水涝”,而是缺碳。

4、亚健康

什么是农作物“亚健康”? 即植物没有明显症状,但萎缩生长缓慢,或细长无力,完全失去了原有的气味。 造成亚健康的原因有很多。 除自然灾害后遗症外,还有种子质量、药害肥害后遗症、营养不良等。目前一般农作物化肥养分供应充足,但有机肥往往严重短缺。营养物质,即碳的缺乏。 空气中不是有取之不尽用之不竭的二氧化碳吗? 请不要忘记:空气中的二氧化碳转化为植物首先依靠光合作用。 这种转变几乎在夜间停止,但农作物仍在新陈代谢和消耗能量。 如果有根吸收水溶性有机碳作为补充,不仅可以继续物质转化和积累,还可以供给代谢能量。 一旦缺碳,这种情况就无法持续下去,所以植物就会昼夜交替,经历间歇性的“透支”。 这使得植物无法正常生长和完成物质积累,处于“亚健康”状态。

5、抗病、抗应激能力下降

农作物有一套内部机制来应对寒冷、炎热、干旱、洪水等逆境,预防病虫害,这就是它们产生的能量、“信息素”和“修复物质”。 但如果缺乏必要的信号物质及其传递和接收,作物就无法发挥其抗逆功能,“碳短板”抑制了抗逆信号物质的产生和传递。 同样,为了抵抗病虫害,利用作物的固有机制,我们也需要克服“碳缺点”,充分发挥其作用。 当环境条件恶化时,正常的光合作用就无法进行。 这时,更需要从根部吸收可用碳来补充能量。 这表明缺碳对于陷入困境的植物意味着什么。 当植物受到病虫害胁迫时,会释放一定的“信息素”,使病源“退却”。 如果植物组织受损,也会产生“修复物质”进行修复(或再生)。 这些“信息素”和“修复物质”都含有碳元素。 有机营养物质越丰富,这些物质就越强烈。 这就是为什么弱植物比强植物更容易受到疾病的影响。 根系供应的有效碳不足,不仅减少了养分积累,而且削弱了防病抗病机制,是植物病害发生的内在原因。 因此,毫不夸张地说,缺碳是农作物万病之源。

6、品质低下、品种退化

农产品品质下降,如果蔬口感差、维生素C含量低、硝酸盐含量高、不耐贮藏等。 当然,这只是表象,但本质是:“化肥作物”内容物的物质成分比例各异,代谢衍生物异常,导致作物遗传信息表达缺失或紊乱,不仅降低影响农作物产品的质量,同时也造成物种退化。 除了杂交品种外,一般纯种作物都可以代代相传,但现在连普通农民也很少保存自己的种子,因为这种“代代相传”已经不再可靠。

5、有机碳肥应运而生

平衡施肥是农作物高产优质的重要技术。 要想平衡施肥,首先要补充碳。 植物营养平衡中的碳平衡不仅是植物营养学的重大理论问题,也为肥料新产品的开发提供了新的技术制高点。 农作物依靠天然二氧化碳获取营养。 这种从天上补充碳的方法只能满足他们五分之一的需求。 农作物长期以来一直处于“碳饥饿状态”。 通过有机碳肥补充碳,可以有效消除“碳饥饿”,实现碳平衡。 有机碳肥的研究和应用,将改变农作物几千年来“靠天补碳”的状态,开创“有机碳肥补天缺”的高产新途径。

1、有机碳肥定义:有机碳肥是指能提供水溶性高、易被植物吸收的液体或固体有机碳养分的肥料,如糖、酸、醇、氨基酸等。 有机碳肥可以是液体或固体形式,比气态碳肥使用方便,可广泛用于田间和温室。 从形态、施用范围和条件来看,有机高效水溶性碳肥均优于二氧化碳。

2、有机碳肥的优点:

A、吸收更快、更直接:有机碳肥已经处于有机状态,跨越了二氧化碳通过光合作用反应生成有机物的过程。 有机物的转化不需要消耗光能,从而节省了光能。 这部分节省的光合能量可用于其他生化反应,产生其他促进作物更好更快生长的必需物质。

B. 肥料在田间和温室中施用快速且容易。 这些突出的特性是二氧化碳无法比拟的。

C、水溶性小分子有机碳肥的碳源利用效率是传统有机肥的100倍以上。

D、非气态有机碳肥消除“碳短板”,在改善碳营养、提高作物产量和品质、活化矿质养分、调节土壤微生态等方面具有明显效果。

3、有机碳肥生产技术

一是以发酵工业废液(酒精、味精、酵母)和生物质(甘蔗渣、秸秆)为原料,通过对废液进行活化、降解,提高有机碳产品的活性。 对于甘蔗渣,采用厌氧低转技术,减少氧化,避免二氧化碳损失,同时促进有机分子降解为小分子,提高其活性。

二是以中药渣等生物质为原料,通过分解反应将有机物降解为小分子,但不是完全分解为CO2和H2O,而是以高反应活性的小分子有机碳的形式存在。 4小时内反应完成,水溶性达到90%以上。

三是以褐煤为原料,添加碱和微生物进行化学生化反应,生成一系列水溶性高、生理活性高的腐植酸产品。

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