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富碳农业——为二氧化碳找出路

毛如柏陈应天袁东来 //www.auribault.com 2014-03-13 来源：人民日报

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　　在经历了几百年工业化的今天，人类面临气候变暖以及能源紧缺、食品安全、耕地减少等重大资源环境问题，我们的生产方式应当进行怎样的调整和改革？富碳农业的提出，为解决全球经济发展和生态环境问题开出了一剂处方。大禹治水的故事告诉我们，对气候变暖的治理应当是为二氧化碳找出路，而不仅仅是减少排放或简单地掩埋它。富碳农业就是在解答这样的世界性课题中产生的新的技术命题。

　　富碳农业的内涵和意义

　　富碳农业（包括富碳林业）是指将人类活动特别是工业生产中产生的二氧化碳捕集后，以高于大气中二氧化碳含量几倍的浓度，释放在密闭的人造气候小区域中，利用相关科学技术，创造一个高效率的光合作用环境，从而极大提高农林作物的产量。也就是说，富碳农业是将多余的二氧化碳转化为碳水化合物并以粮食或其他干物质的形式储存在地球表面的一种碳储存方法，同目前国际上所提倡的碳捕集和储存技术异曲同工。它所转化成的碳水化合物不仅包括粮食，而且包括目前需要大量碳排放才能获得的钢材、水泥、化学纺织品、化石燃料等。随着人口增加和人类生活质量的不断提高，对这些碳水化合物的刚性需求不断增长。

　　富碳农业符合自然界中碳循环原理。将使用化石能源所产生的碳排放通过植物转化为有用的食品和用品，是缓解工业化引起的生态失衡问题的重要思路和有效举措，对于保护和优化生态环境具有积极意义。结合我国目前的实际情况，大规模发展富碳农业可以起到一石四鸟的作用：利用盐碱地、沙漠地、荒漠地等解决土地短缺问题；有利于解决粮食短缺问题；缓解能源危机；有效应对全球气候变化。同大规模的农业机械化生产不同，小区域人造气候中的富碳农业工厂是在农业温室、大棚等农业科技的基础上发展起来的新的生产方式。它将许多科学技术包括光伏光热技术、气肥技术、发光二极管技术、机器人技术、光导纤维技术、建筑控温技术、新种子技术、超净无菌车间技术等有机融合到新的农业生产中。

　　发展富碳农业的技术途径

　　农业生产离不开光合作用，富碳环境是提高光合作用效率的重要生态条件。其中，密闭的人造富碳小区域可以利用目前大量存在的废地下室、废矿井、岩洞、盐碱地、沙漠地、荒漠地等进行改造建设，所需要的能源应以太阳能、风能等再生能源为主，再生能源可以分布式电站的形式就地生产、就地使用。相对于近年来发展迅速的温室蔬菜、水果遇到的由于控温要求而大量耗能和由于保留高浓度二氧化碳气体而需要密封温室所产生的高成本，富碳农业工厂可以建造在难以利用的土地上或地下空间，使用地热和太阳能光热相结合的方法进行控温，使用太阳能直接光照、人造光源和太阳光导相结合的方法提供植物生长所需要的光能。

　　植物以水和二氧化碳为原料，在光的催化下生成碳水化合物并释放氧气。对于一部分植物，在充分具备光合作用三要素的条件下，其理论极限效率可以达到11%左右，甚至可同光伏电池的光电效率相比拟。这远高于传统农业的常规效率（约为0.8%），为农业生产在养分（主要是二氧化碳）极其丰富的情况下进一步增产提供了可能性。光合作用所需要的二氧化碳可以通过人工方法进行补给，气体来源主要是工业生产所释放的二氧化碳。现代技术已经能够以较低的成本实现二氧化碳的捕集、运输和在密闭场所的释放，这是实现富碳农业的气的技术途径。

　　植物光合作用的科学研究显示，叶绿素对阳光的吸收光谱主要呈现两个峰值：红光和紫光。所以，太阳光的全色光谱中只有部分谱线是对光合作用作出贡献的。另外，光合作用的光饱和点也并非全部太阳光强，其最佳光强是同二氧化碳浓度有关的，而且对于许多植物来说，光饱和点远小于太阳光强。基于这两点科学事实，在密闭环境下，使用最佳强度的红色、紫色人造光源代替或部分代替太阳光源的技术已经出现：一是单色的发光二极管，在目前成本每瓦几角钱的水平下，用于植物的光合作用，同所取得的农业干物质的价值进行比较计算，达到了初步可行的程度；二是对于距地面不是很深的密闭农业工厂，使用太阳光的光导纤维导入阳光，运用反射聚光的技术改进，可以大大降低成本，是采光的又一个技术方案。这是发展富碳农业的光的技术途径。

　　综上，科学技术发展使我们能在较低成本条件下获得富碳农业所需要的光和二氧化碳，从而打破传统农业生产需要使用阳光下的土地的限制。这样，就可以在密闭的人造气候中重新设计植物生产方法，实现农业生产工业化、生产线化、高效化。

编辑：尹盼秋