炭素は生物や食物などの有機化合物を構成する基本元素です。 炭素原子は結合して鎖、角錐、環、板、管などさまざまな形を作ることができるため、複数の同素体を持ち、さまざまな分野で重要な役割を果たしています。 近年注目を集めているカーボンナノチューブやフラーレンなどのナノマテリアルは、いずれも炭素の同素体です。
今日は植物を例に挙げて、炭素が生物にどのような影響を与えるかを見ていきます。
作物にとっての炭素の重要性
1. 炭素は作物にとって必須の17栄養素の中で最大の栄養素（基本元素）です。 これは植物の必須栄養元素の合計の 50% 以上を占め、植物乾物の 35% を占め、これは大量元素、中量元素、微量元素の合計の数倍です。 炭素は作物にとって最も必要な元素の一つです。
2. 炭素元素の適切な補給は、他のミネラル元素のバランスのとれた施肥の前提条件です。 有機炭素栄養素と生物学的肥沃度は土壌肥沃度のマイナス面を形成しますが、ミネラル栄養素はプラス面です。 陰と陽のバランスが取れて豊かであれば、作物は高品質で多収になります。 陽が強くて陰が弱い、あるいは陰が強くて陽が弱いと、高い収量は得られません。 有機炭素栄養素を無視して、ミネラル栄養素だけのバランスを研究するのは一歩先です。
3. 炭素対窒素の比率: 微生物による有機物の適切な分解のための炭素対窒素の比率は 25:1 です。 一般に、イネ茎、トウモロコシ茎、雑草などの草作物の茎の炭素窒素比は60～100：1です。 マメ科作物の茎の炭素と窒素の比率は 15 ～ 20:1 です。 高収量野菜の葉の炭素と窒素の比率は 70:1 です。 果樹は30：1。
4. 炭素は、ミネラル栄養素を組み合わせるための枠組みであり、植物のさまざまな有機成分を構築するために必要な要素、つまり炭素枠組みを提供します。 さまざまな種類の鎖状および環状の炭素骨格を含み、植物が糖、タンパク質、アミノ酸、酵素、ホルモン、シグナル伝達物質などを合成するための基礎物質です。
5. 土地は生き物であり、土地における生命活動を維持するための主なエネルギー源は有機炭素養分です。 現在、我が国の耕作地は概して炭素が不足しており、作物の炭素欠乏性疾患が常態化しており、他のどの作物疾患よりも多くの農業損失を引き起こしています。 農業にとって最大の余地は炭素の補給にあります。
炭素源
1. 自然に与える。主に光合成のために葉の気孔を通して空気中の二酸化炭素を吸収し、太陽エネルギーを化学エネルギーに変換して炭水化物を形成し、作物の内部組織とエネルギー源を形成します。
2.有機炭素肥料を根元に施します。植物の根は、水に溶けた低分子有機炭素肥料を土壌から吸収して植物の内部に輸送し、そこで電気化学反応を通じて植物の内部組織とエネルギー源を形成します。 主成分はセルロース、リグニン、糖、タンパク質、アミノ酸などです。土壌有機物に含まれる炭素は真の有機炭素栄養素ではありません。 従来の非水溶性有機肥料 (鶏糞、豚糞、羊糞、牛糞、その他の動物糞尿) や高分子フミン酸有機肥料では、炭素の補充が限られています (従来の有機肥料では、炭素が放出されるまでに 5 か月かかります){{4} }.5% の有機炭素源）が含まれており、炭素源を効果的かつタイムリーに補充することができません。 植物の根や土壌微生物が直接吸収できる炭素養分は、可溶性の低分子有機炭素でなければなりません。
炭素欠乏の原因
土地は生き物であり、その土地で生命活動を維持するための主なエネルギー源は有機炭素養分です。 有機肥料の肥料効率は小分子有機炭素の含有量によって決まります。 現在、私の国の耕作地は概して炭素が不足しています。 試験結果によると、土壌サンプルの有機物含有量が 2% 以上であるのは 5% 未満、有機物含有量が 1.5% 未満であるのは 80%、そして有機物含有量が 1% 未満の土壌サンプルはほぼ 15% です。 皆さんが知っているように、有機物の炭素係数は 1.724 です。つまり、1.7224 個の有機物には 1 個の炭素が含まれています。 土壌有機物の含有量が低すぎるため、作物は基本的に土壌から水溶性有機炭素を吸収できません。 作物は根から炭素の供給を受けられないため、炭素欠乏が生じます。
1. 人工植栽条件下、特に不毛地や温室植栽では、CO の供給（濃度）が低下します。2COの含有量が不足しており、2空気中では約 0.03% です。 植物の光合成要件の観点からは、この値は比較的低いです。 COのとき2空気中の濃度が 0.1% に増加すると、光合成強度が大幅に増加し、作物の収量が増加します。 温室野菜は一日のほとんどが「炭素飢餓」状態にある。
2.夜間、雨の日、霧の日などに光合成が行われない場合、植物の炭素源の供給が不足します。 しかし、その絶え間ない新陳代謝により過剰な「炭素」が消費されます。
3. 長い間、理論界は一般に CO を考慮してきました。2土壌中の水溶性有機炭素が植物にとってもう一つの重要な炭素源であるという客観的事実に注意を払うことなく、植物の唯一の炭素源として考えられています。 その結果、実際には有機栄養を無視した「陽の繁栄、陰の衰退」の施肥ルートが形成され、多くの作物がしばしば「炭素飢餓」の状態に陥ることになる。
4. 窒素、リン、カリウム肥料の量は大幅に増加しているが、炭素の補充は考慮されておらず、「炭素不足」はさらに深刻になっている。
炭素不足による作物への直接的な害
1. ルートシステムの弱点
根系は成長を促進するために何に依存していますか? 1 つ目は、根の成長に対する内部刺激の欠如です。根は水と肥料を好む性質により、根系に外向きおよび下向きに伸びる固有の刺激を与えます。 有機物を含む土壌は水分含有量が低く、さまざまな肥料溶液が根に「表現」する能力が低くなります。 その結果、根の成長が阻害されます。 第二に、根の成長に対する外因性刺激が不十分です。 土壌微生物は根系と相互作用します。 土壌中では微生物の繁殖に必要な有機物や炭素源が不足しており、根圏微生物群集がまばらになっている。 根系の成長に対する外部刺激が弱すぎるため、根系は成長に対する外部刺激を失います。
したがって、土壌には根や土壌微生物が直接吸収できる水溶性有機炭素（有効炭素）が不足しており、作物の根の弱体化や老化を直接引き起こします。 これが作物の収量の減少とストレス耐性の低下の根本原因です。
2. 早期老化
作物の早期老化の原因は、当然、根の弱さに直接関係しています。 ここで言及すべきことは、作物の他の器官や内部組織、特にリグニン、セルロース、糖は、根が吸収した有効炭素を変換するために比較的低いエネルギーを必要とするということです。 夜間や曇りや雨の日、COが発生する温室環境でも2不足し、日光が弱い場合でも、この変化と蓄積は継続し、植物の内部組織は栄養補給を受けることができます。 それどころか、根は基本的に利用可能な炭素を吸収することができません。 作物は葉の光合成のみに依存してCOを変換します2、同じ蓄積に必要な変換エネルギーははるかに大きくなります。 日中は太陽の光が十分にあればエネルギーが供給されますが、夜間や雨の日などは変換・蓄積が少なくなり、作物内の代謝によりエネルギーが消費されてしまいます。 このエネルギー収支の不均衡は、植物の早期老化のもう 1 つの原因です。 この状況は、成長期間の長いメロン、マメ科植物、野菜、果樹で特に顕著です。 試験の結果、インゲン、ゴーヤ、キュウリ、ナスなどは、元肥に同量の有機肥料を十分に加え、同量の肥料を添加することで収穫時期が1～2ヶ月延長され、総収量も向上することが確認されています。 30-60% 増加させることができます。 十分な有機炭素があれば、植物は強い生命力、長寿、そして高い収量を得ることができます。 そうしないと、植物が早期に老化し、収量が減少します。
3. 黄葉病と萎黄病
曇りや雨の日は、光合成が停止に近くなり、二酸化炭素が発生します。2空気中の炭素は正常に吸収、変換できなくなり、作物の栄養炭素と炭素エネルギーが減少します。 雨が続くと、黄色い葉が落ち、一部の作物の新葉は萎黄病になります。 一般に「水浸し」と間違われます。 実際、「水浸し」になるのは腐った根だけです。 一般に、それは「水の滞留」ではなく、炭素欠乏です。
4. サブヘルス
作物の「亜健康状態」とは何ですか? これは、植物に明らかな症状はありませんが、ゆっくりと縮んで成長したり、葉が短くなったりして、本来の匂いが完全に失われていることを意味します。 サブヘルスの原因は数多くあります。 自然災害の後遺症に加え、種子の品質、薬害や肥料障害の後遺症、栄養失調などもあります。 現在、一般作物に対する化学肥料の養分は十分に供給されていますが、有機肥料の不足が深刻な場合が多いです。栄養素、つまり炭素の不足です。 COの変換2空気中で植物に取り込まれるのは、まず光合成に依存します。 この変化は夜になるとほぼ止まりますが、作物は依然として代謝してエネルギーを消費しています。 水溶性有機炭素をサプリメントとして吸収する根があれば、物質の変換と蓄積を続けるだけでなく、代謝エネルギーを供給することもできます。 炭素が不足すると、この状況は進行しなくなるため、プラントは昼と夜を交互に繰り返し、断続的な「過剰ドラフト」を経験します。 これにより、植物は正常に成長して物質を完全に蓄積できなくなり、「準健康」状態になります。
5. 耐病性とストレス耐性の低下
作物には、寒さ、暑さ、干ばつ、洪水などの逆境に対応し、病気や害虫を防ぐための内部機構があり、それが生み出すエネルギーである「フェロモン」や「修復物質」です。 しかし、必要な信号物質とその送受信が不足すると作物はストレス耐性機能を発揮できなくなり、「カーボンショートボード」がストレス耐性信号物質の生成と伝達を阻害します。 同様に、害虫や病気と闘い、作物本来の仕組みを活用するためにも、その役割を十分に発揮するには「炭素の欠点」を克服する必要があります。 環境条件が悪化すると、正常な光合成ができなくなります。 現時点では、エネルギーを補充するために根から利用可能な炭素を吸収することがさらに必要です。 これは、炭素欠乏が悲惨な状況にある植物にとって何を意味するかを示しています。 植物は病気や害虫によってストレスを受けると、病気の原因を「退避」させるために特定の「フェロモン」を放出します。 植物組織が損傷すると、修復（または再生）するために「修復物質」も生成されます。 これらの「フェロモンホルモン」や「修復物質」には炭素元素が含まれています。 有機栄養素が豊富であればあるほど、これらの物質はより強力になります。 弱い植物が強い植物よりも病気にかかりやすいのはこのためです。 根から供給される利用可能な炭素が不足すると、栄養素の蓄積が減少するだけでなく、植物の病気の本質的な理由である病気の予防と抵抗力のメカニズムが弱まります。 したがって、炭素欠乏は作物のすべての病気の根源であると言っても過言ではありません。
6. 品質の低下、収量の低下、種の劣化
味が悪く、ビタミンC含有量が低く、硝酸塩含有量が高く、保存が困難な果物や野菜など、農産物の品質は低下しています。 もちろん、これは単なる見かけにすぎませんが、本質は、「化学肥料作物」の内容物中の物質の割合の変動や代謝の異常により、作物の遺伝情報の発現が欠落したり乱れたりするだけでなく、農作物の品質を低下させるだけでなく、種の劣化も引き起こします。 雑種を除けば、一般に純血種の作物は世代から世代へと受け継がれますが、現在ではこうした「世代から世代への継承」が当てにならないため、一般の農家ですら自分で種を保存することはほとんどありません。
有機炭素肥料の誕生
バランスのとれた施肥は、多収で高品質な作物を生み出すための重要な技術です。 肥料のバランスを整えたい場合は、まず炭素を補給する必要があります。 植物の栄養バランスにおける炭素バランスは、植物栄養の主要な理論的問題であるだけでなく、新しい肥料製品の開発に新たな技術的優位性を提供します。 作物は自然状態では二酸化炭素の栄養に依存しています。 空から炭素を補給するこの方法では、ニーズの 5 分の 1 しか満たせません。 作物は長い間「炭素飢餓」に陥っている。 有機炭素肥料を通じて炭素を補充すると、「炭素飢餓」を効果的に解消し、炭素バランスを達成できます。 有機炭素肥料の研究と応用は、「炭素の補充を天に依存している」という何世紀にもわたる農作物の状態を変え、「天の不足を有機炭素肥料で補充する」という高収量の新しい方法を生み出すでしょう。
1. 有機炭素肥料の定義
有機炭素肥料とは、糖、酸、酵素、アミノ酸など、水溶性が高く植物に吸収されやすい液体または固体の有機炭素養分を提供できる肥料を指します。 有機炭素肥料は液体または固体の形であり、気体炭素肥料よりも使いやすく、畑や温室で広く使用できます。 形態、施用範囲、条件の点で、有機高効率水溶性酸性肥料は二酸化肥料よりも優れています。
2. 有機炭素肥料のメリット
A. より速く、より直接的な吸収: 有機酸肥料はすでに有機状態にあり、光合成反応を通じて二酸化炭素から有機物を生成するプロセスに及びます。 有機物の変換に光エネルギーを消費する必要がないため、光エネルギーを節約できます。 この節約された光合成エネルギーは、他の必要な物質を製造するための他の生化学反応に使用できるため、作物のより良い、より速い成長が促進されます。
B. この肥料は畑や温室に素早く簡単に適用できます。 これらの優れた特性は、二酸化炭素には匹敵しません。
C. 水溶性小分子有機炭素肥料は、炭素源の利用効率が従来の有機肥料よりも 100 倍以上優れています。
D. 非ガス状有機間引き肥料は「炭素不足」を解消し、炭素栄養の改善、作物の収量と品質の向上、ミネラル栄養素の活性化、土壌微生物生態の調整に明らかな効果をもたらします。
3. 有機炭素肥料の製造技術
① 発酵産業廃液（アルコール、グルタミン酸ナトリウム、酵母）とバイオマス（バガス、わら）を原料として、廃棄物を活性化・分解することで有機硝酸塩製品の活性を高めます。 バガスについては、嫌気性低回転技術を採用して酸化を低減し、二酸化炭素の損失を回避しながら、有機分子の低分子への分解を促進し、その活性を向上させます。
②漢方薬残渣などのバイオマスを原料として、有機物は分解反応により低分子に分解されますが、完全に002とH20に分解されるわけではなく、反応性の高い低分子有機炭素の形で存在します。 反応は4時間以内に完了し、水溶解度は90w以上に達します。
③ 還元石炭を原料として、アルカリや微生物を加えて化学・生化学反応を起こし、水溶性が高く生理活性の高いフミン酸系生成物を生成します。
