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富碳农业

袁东来:能源、食品、耕地日渐萎缩 我们应该如何调整和改革?

时间:2016-10-11 21:42:32  作者:袁东来  来源:国粹网  浏览:679  评论:0
内容摘要:作者:北京林业大学教授、北京交通大学富碳农业研究中心常务副主任袁东来当前,不断增长的工业化生产在提升人民群众物质生活水平的同时,产生的大量碳排放也给全球气候和生态环境带来了影响,全球大气、水资源、耕地污染情势严峻,气候、粮食、能源安全已成为经济发展的主要制约因素。处理好这个两难问...

作者:北京林业大学教授、北京交通大学富碳农业研究中心常务副主任袁东来

当前,不断增长的工业化生产在提升人民群众物质生活水平的同时,产生的大量碳排放也给全球气候和生态环境带来了影响,全球大气、水资源、耕地污染情势严峻,气候、粮食、能源安全已成为经济发展的主要制约因素。处理好这个两难问题对于我们这样一个发展中大国来说至关重要,目前提出的节能减排对策只能缓解这一矛盾,并非根本之策。我们认为问题的根源之一是碳循环的严重失调。

2014313日,在“两会”闭幕的当天,北京林业大学袁东来教授等人在《人民日报》理论版发表“富碳农业—为二氧化碳找出路”,以及2015323日《科技日报》头版的“探索‘富碳农业’的发展模式”等系列文章,系统提出了富碳农业“生态建设产业化、产业发展生态化,工业经济低碳化、农业经济富碳化”的发展创新理念。325日中央政治局会议首次提出绿色化,并在中央五中全会上写入国家十三五规划蓝图中。实现工业排碳与农业固碳的良性循环,解决生态问题,最终得到生态系统最大效能的发挥,改变一个农业大国生产方式和生活方式。

 

一、富碳农业——生产方式改革

自然界中万物的变化,无外乎是为了生存而改变自己。一切生物的进化,皆是由于环境倒逼而成就。在人类经过了几百年的后工业化的今天,以雾霾为典型的大气环境成为环境问题的核心。  面临气候变化,能源、食品、耕地日渐萎缩等重大生态环境变迁,我们的生产方式应当进行什么样的调整和改革?“富碳农业”提出了“生态建设产业化、产业发展生态化,工业经济低碳化、农业经济富碳化”全新生产方式的发展理念和模式。即“将工业生产的、巨量的、大自然已不能通过自身循环和自然消纳的二氧化碳富集后用于现代化农业生产中,以高于大气二氧化碳含量数倍的浓度,作为气肥释放在相对密闭的小区域中,辅以光、电、热、无土栽培和自动气候调节等科技手段,创造一个高效率的光合作用环境,培养种植各类作物,使作物单产大幅提高,形成一个巨大的新兴产业,通过富碳农业创建科技创新多轮驱动战略产业园区,打造以碳、氢、磁、菌、水、光等六大元素为核心的研究型和创新型企业。努力找到顺应能源大势之道,创造性的形成可再生能源全面发展的能源供给体系,着力发展新能源,可再生能源多轮驱动的能源供应体系,推动能源技术革命,带动市县乡(镇)三级产业升级,以此来分类推动技术创新,产业创新,商业模式创新,还能源的商品属性。创造出极大的经济效益和社会效益”。

实现工业排碳与农业固碳的良性循环,既可利用碳资源节能减排,消纳碳资源,解决日益突出的生态环境问题,又可以促进相关工业生产,改变一个农业大国生产方式和生活方式。探索和实践富碳农业的发展方式,有助于系统解决我国经济社会发展面临的应对气候变化、能源危机、粮食短缺、困难立地四大综合性难题

二、 “疏堵结合”——平衡碳的泛滥

社会的命脉是经济,自然生态的命脉则是碳。自然万物的生长和繁衍,实际上是碳循环的不同表观形式。大量研究表明,由于几百年的工业化的蓬勃发展,过量积累的二氧化碳排放是造成生态破坏.气候变化的祸因,使人们对碳排放产生了妖魔化的理解。为了应对这个难题,从而提出低碳和节能减排是解决这个世界性难题的主要对策。这个对策只能缓解,并不能根治。

在解决碳的泛滥和治理温室气体的问题上,中国的鲧禹治水给我们提供了一定的教训。启示我们思考如何变废为宝,应通过不同维度的整体论证变废为宝,给多余的二氧化碳找到出路,把工业排放的二氧化碳变为农作物生长原料的系统方法,而不是纯粹地减少或者掩埋它们。运用碳捕集技术,发展富碳农业,平衡碳的泛滥,修复大自然与人类生存环境,达到碳的循环和利用,有效解决了将二氧化碳由有害气体物质变为一种资源和能源的路径,造福人类。这又应验了那句俗话:在这个星球上,没有无用的废物,只有未被利用的资源。

富碳农业可以比拟成经过大禹治理后的洪水,将二氧化碳变成了灌溉良田的生命之源。摆脱束缚着经济发展的“碳枷锁”,创造出全新的“疏堵结合”的碳排放治理方法,解决了本世纪人类生存和发展的难题和认识误区。富碳农业则是科学家对破除这种误区的一个重要阐释。

三、温室气体——气候变化成因

在我们的星球上,二氧化碳的变化远不是完全由人类活动造成的。陆地上因植物的光合作用,所引起的二氧化碳周期变化的气通量达到每年 1200 亿吨,要比人类活动燃烧化石能源所产生的气体排放高出几个数量级, 地球表面的70%以上的面积是由海洋所占据的,由于海洋的水表面与大气中的二氧化碳的压力的不同,而引起的大气与海洋的二氧化碳气体交换每年可达到900亿吨。浩瀚的海洋本来可以作为温室气体的仓库缓解大气中的温室效应,可惜海水中过度地吸收二氧化碳会使海水酸化而阻止进一步的气体的溶入。现在的生态环境中已经形成了一种危险的正反馈:粮食安全的要求使人们更多地使用储存在地下、海下的化石能源,由此而大量产生的二氧化碳又在全球中形成了单方向增强的温室效应,直接或间接地使极端气候的现象愈演愈烈,十分显然,各种极端的气候变化又导致了粮食安全的困难。恶性的正反馈是形成我们社会目前困境的主要原因。

数据显示,北极今年的年度平均气温上升了1.3摄氏度,是自1900年以来的最高纪录。同时,每年2月冰层结构最厚的阶段也创下了1979年以来最薄的纪录,冰雪覆盖的面积和1979年相比缩减了18%。

同时,格陵兰岛正遭遇2012年以来最严重的融冰现象,地表超过一半的结冰已消失不见。

四、二氧化碳 ——绿色资源宝藏

化石能源是人类生存发展的重要物质基础。前身是亿万年前的绿色植物。富碳农业就是把黑色的化石能源燃烧产生的二氧化碳还原成绿色的资源,把高碳的资源转变成绿色的财富。

目前,国际上比较公认的是,由于燃烧化石能源而排放的温室气体约为每年200 亿吨,这相当于每年燃烧掉 60 亿吨的碳相当的化石能源,占已探明的可开采的化石能源总量5万亿吨的大约千分之一。

富碳农业所提出的现代化工农业生产一体化的富碳农业工厂方案,是将人类生产活动而产生的60 亿吨的二氧化碳,在尽量减少排放的同时,加入植物的光合作用的循环之中,全部消化掉并转化成食物和生物燃料,成为新的能源和资源,使其既能减少碳排放,又能增加人类食物生产,逐渐平息极端气候变化的发生和振幅,是我国现代化新兴农业必由之路,是解决近代四大难题的科学命题。 

五、应对减排 —— 植物光合功效

地球上的植物,不管是早期的裸子植物,还是后期进化成的被子植物,是地球上各种物种的基础的食物,而植物生长的主要食物是由水、二氧化碳通过太阳光的光合作用转化来的,任何干物质的植物的组成,主要成分是碳、氧、氢,其中 45%是碳、45%是氧、6%是氢,剩余的 4%是氮、磷、钾、钙、镁、硫等元素。 

应对减排与气候变化方面。绿色植物在光合作用过程中,可以主动大量吸收利用并固定二氧化碳形成碳水化合物并放出氧气,不需要付出额外的成本,就可降低大气中二氧化碳的浓度,是目前最经济有效的二氧化碳利用途径。

中国农科院.山西农大等科研单位在富碳农业利用CO2方面开展了深入研究和实践,设施农业CO2需求及固碳潜力巨大,植物光合作用理想的CO2浓度为800-1800ppm,大气CO2浓度仅为380ppm,由于设施系统内相对密闭,植物光合作用时CO2处于严重亏缺状态(常常低于200ppm),严重限制了植物生产潜力的发挥。如果能通过工业源排放气体并得到纯净的CO2,不仅可以大幅增加植物产量,而且还可以实现CO2减排(减少污染排放)。

富碳农业植物工厂可以使用目前大量存在的废矿井、岩洞、废煤层、盐碱地、沙漠地、荒漠地等进行改造,更能有效利用占我国960万平方公里国土总面积四分之一的困难立地,从空间上可采用多层次立体栽培,其固碳能力是露地生产的数十倍,固碳和控污潜力巨大。从时间上,植物工厂可周年连续生产,一年四季均具有强大的固碳能力,富碳农业在设施农业植物工厂的前景广阔。

按照目前世界上先进温室的CO2单位面积每平方米35公斤施用量计算,山西的180万亩温室大棚,一年的CO2施用量可达420亿公斤,相当于山西全省的碳减排任务。

六、二氧化碳的捕集与应用

作为国内率先践行富碳农业理念的国有大型企业,中电投集团已经在重庆合川双槐电厂正式投运国内第一个万吨级燃煤电厂二氧化碳捕集装置。捕获提纯产生液体二氧化碳的单位成本已可低至300-500元/吨。工业碳捕集系统的成功实施,不但验证了“富碳农业”中碳捕集环节的有效性和低成本,更完成了“富碳农业”产业链中最重要的环节——二氧化碳的系列商品化。二氧化碳正式从工业废气变成了价值不菲的商品。

通过二氧化碳捕集,建设工业级干冰生产项目,生产出的干冰为粮仓提供全封闭冷库保鲜储存,年度可节省粮仓人工及运营成本超千亿元,并为农副产品提供保鲜存储以便反季节销售,提升农副产品附加值。

进行生态修复,维基百科中记载,中国湿地面积约占世界湿地面积的10%,是世界上湿地类型齐全、数量丰富的国家之一。有“地球之肾”美称的湿地在中国分布类型齐全,数量丰富。湿地是指常年积水和过湿的土地,湿地的重要功能之一是净化水质。中国淡水资源主要来自于河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和库塘湿地,这些湿地保存着大陆96%的可利用淡水资源。此外,湿地还是数千种动植物赖以生存的家园。但由于不合理利用及人为破坏,湿地面积正急剧缩减。据林业局第二次全国湿地资源调查结果显示,10年间,中国湿地面积减少339.63万公顷,接近于一个海南省的总面积,富碳农业将二氧化碳转化为干冰,并由国家集中统一使用,在北方七省缺雨地区实施“天河工程”进行人工降雨,每年降雨2000-3000mm,五年内便可彻底地对该地区进行生态修复和地下水的有效补充。从根本上治理黄河因生态问题造成的缺水危机,和不合理利用及人为破坏,湿地面积急剧缩减危机。其带来的有形和无形效益已无法用经济学数字进行评估。

七、金融创新---打造全新生态计价体系

生态资源本身就是一种生产力,它不仅能产生木材等大量的实物产品,同时还提供释放氧气、水土保护等生态效能,这些资源和效能让工业、农业文明的发展得到了补充,与工业、农业产品一样,都是有价值的。“如果企业为环境带来了污染,那么它就该付出相应的生态成本,治理需要多少成本,企业就该付出多少成本”,必须发展绿色GDP,让工业生产和农业生产付出使用或污染生态环境的成本,用于环境建设和恢复的资金投入,这是保持生态文明和农业文明、工业文明平衡共存的有效途径。生态资源应该被记入价格体系的良性循环,将为世界输出中国的宝贵经验。

“富碳农业”事业,打造全新的金融创新模式——富碳经济、造福人类。使中国走上生态保护与经济发展的“健康新常态”。

八、富碳农业社会经济效益

按照IPCC对全球的减排目标,我国如果承担3.6亿吨二氧化碳的年减排量,势必对工业生产造成影响。如果不是减排,而是通过富碳农业工厂把这些工业生产中产生的二氧化碳为资源应用于农业生产,充分利用则可产出7.2亿吨农林干物质(植物、粮食等),其中2.5亿吨可以作为食物,是2014年全国粮食总产量的43%。这样既不影响工业生产,又可增加食物供给。

解决食物短缺方面。遵照自然法则,通过光合作用,提升农产品的数量和质量。对于大部分植物,在充分具备水、光、二氧化碳三要素的条件下,这样的极限效率可以达11%左右。这是一个同近代农业的常规效率(约为0.8%左右)差距很大的数据。这个由人类经过数百年实践得出来的数据给出了农业的进一步增产的更大空间。

解决给土壤"定向"补充有机碳分子,碳元素是土壤有机质的重要组成部分,我国耕地土壤贫瘠化严重。据初步统计,耕地有机质平均含量仅为2.08%,不但达历史最低点,并已接近生态“警戒线”。更让人担忧的是,耕地有机质还在以每年0.05个百分点的趋势在下降。发达国家对耕地有机质含量的要求超过3%。

我国土壤有机质“失血”如此严重,是由于30多年来农田基本上不搞物质循环,沃土肥田的优良传统被丢弃。本应撑起沃土肥田重任的有机肥料工业又因标准科学性等问题,市场乱象丛生,农民难以买到优质肥。而植物的碳养分来源是“二通道”。即叶片吸收二氧化碳经光转化是“主通道”;根系吸收有机碳养分是另一“碳通道”,并对光合作用效率起到四两拨千斤的作用。当前,土壤板结和贫瘠,使土壤中的微生物得不到碳能源而不能正常繁殖,这使植物根系衰弱,土壤有机质低使农作物患“缺碳病”。

“作物缺碳病是造成我国农业损失的最重要病害,而农业重大的提升空间也是在补碳。传统化肥的利用率低是由于植物缺碳,离子态的矿物质养分无法在足够的碳框架下“组装”,大量滞留在细胞外液中,阻斥了后续矿物质养分的进入,并使农作物口感变差、质量下降。

富碳农业创造了国际先进水平的向耕地和农作物补碳的新技术,开创了富碳农业的“地补”渠道。

城镇化产业基石方面。城镇化是我国经济社会发展战略之一,实施富碳农业工厂可以作为城镇化的完美的产业落脚地:培养新型农业产业工人,为返乡城市务工人员创造就业,化解农村劳动力老龄化;消纳钢铁、水泥、玻璃等行业部分过剩产能;拉动富碳农业上下游产业链。

通过大面积建设富碳农业工厂,直接消化掉来自工业排放收集的二氧化碳并实现农作物大幅度增产,这样就可以通过占用少量土地,来供应人类生存需要,从而可以解放出的大量土地用于种树,形成森林,使整个生态系统进行调整和休养生息,在供应人类粮食实现生存发展的同时,修复了地球生态。这个过程实际上是实现了碳的逆向循环,从根本上降低大气中二氧化碳的浓度。使生态趋于健康的平衡态。

我国目前发展富碳农业的基本条件已经具备,现代科学技术和工业的发展已经提供了所有实现富碳农业的基础技术条件,只是技术及其资源分布在各自相对独立的专业领域和管理体系内,只需要把这些技术和资源按照富碳农业的自身规律和理论有机的综合起来,并不断优化,从而实现碳循环的循环利用,解决生态问题。目前发生在全球范围内的气候变化以及它所产生的对人类生存的严重威胁,已经倒逼我们不得不走向富碳农业的道路。这便是发展“富碳农业”的科学依据。

九、应对全球气候危机利器

“富碳农业”是践行国家主席习近平在巴黎气候变化大会承诺“将2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%。”目标的得力保障。可以从根本上解决全球世界气候治理和经济发展之间的矛盾,翻开中国乃至世界生态经济发展的全新篇章。中国愿意和世界其他国家共同努力,推动第21届联合国气候变化大会取得预期成果。为完善全球气候治理体系发挥建设性作用。

 让“富碳农业”和有中国特色的生态经济成为中华民族和全中国人民都为之自豪的国家名片,承担起连美国等西方发达国家都无法承担的国际生态保护责任和义务,使中国政府在国际舞台上具有更强大的话语权,并为全人类的可持续发展做出新的贡献和表率!“富碳农业”是我国国民经济发展新的拉动极!


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