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董志龙:生态资本论引领富碳农业 推动中国经济转型

时间:2020-09-10 14:12:28 作者:董志龙来源:京都君


  摘要:庚子之年、天灾人祸肆虐全球,气候变化愈演愈烈,自然灾害频发,影响愈益广泛深远。气候的持续暖化及降雨量的时空剧变,全球新冠疫情、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。一方面,可以直接改变农业生物生存发育及地理分布区间,加剧沿海土壤盐渍化、沼泽化进程,导致农业生境萎缩;另一方面,则使原有农业生态系统和农业生物多样性遭受破坏。以特大干旱、旱涝急转、罕见暴风雨(雪)、沙尘暴、低温冰冻、高温酷暑、泥石流等为主导的极端异常天气与自然灾害的频现高发,已经并正在带来农业生态环境的直接损毁或破坏,加剧农业生物多样性危机。
  碳是生命之本。自然万物的生长和繁衍,实际上是碳循环的不同表现形式。
  农业,是人类生存的根本,是地球上最大的生态系统,它不只是为人类提供必需的生存、生活发展资料,而且提供生态环境,是人与自然和谐相处并可持续的“发展规律”,农业物质循环的主要内涵是碳循环。
  更新发展理念是转变经济发展方式的必要前提,有什么样的发展理念就有什么样的发展道路和经济增长模式。回顾人类文明曾经走过发展变革之路,没有一次不是首先在发展理念上的突破和创新。
  本文系统总结了国内外发展富碳农业相关研究进展,提出了发展富碳农业、《生态资本论》理论的可行性以及前景展望。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”发展的全新理念和模式。理论上是落实习近平“新时代中国特色社会主义思想”将马克思主义中国化的具体实践,方法上是哲学和自然辨证法的有机结合,其目的就是创新人类崭新的生产方式和生活方式,为实现绿水青山和金山银山,为实现民族的伟大复兴走出属于中国人创造的、适合全人类的道路。
  这项事业如能得到推广实施,将是一场环境与发展格局的巨变,是疫情之后国内新兴的万亿规模产业。
  一、 更新发展理念、创新生产方式是时代的使命
  人类社会发展到今天已经处在一个危险的十字关口,东西方文明的冲突已经渗透到各个层面角落。作为负责任的大国、作为人类历史上文明最悠久的民族,是到了彻底审视和检讨的时候了,如何真正意义上践行马克思主义中国化、如何真正意义上实现绿色发展理念、如何真正意义上彻底化解社会矛盾。
  英国著名历史哲学家阿诺德·汤恩比博士认为:“能够真正解决二十一世纪社会问题的,唯有中国的传统文化”。
  1,社会的命脉是经济,自然生态的命脉则是碳。
  我们的地球之所以被称为碳星球,是因为地球所有的生命体中,碳是基础元素,由碳为框架形成的有机质是生命的基础物质,地球生物生存是有机质的共同组份,其无机化合物二氧化碳,是碳循环中最关键的物质形态,地球植物光合作用每年吸收7000多亿吨二氧化碳,合成5000多亿吨有机物。人类在充分具备水、光、二氧化碳三要素的条件下,可利用的光合极限效率约为11%。但目前被我们有效利用的太阳能还不到地球吸收总量的1%,远低于西方发达国家的3%~5%。农业农村部农业信息化标准化重点实验室,中国农业大学富碳等离子体技术研究中心,在富碳农业利用二氧化碳方面开展了深入研究和实践,农业二氧化碳需求及固碳潜力巨大。
  从4亿年前远古生物的起源研究得出一个基本结论:在不同时期的二氧化碳的浓度变化:6000 ppm是这个星球上二氧化碳浓度的上限。在地球的造煤或造油的时代,其二氧化碳浓度确实远高于现代的水平。在白垩纪,空气温湿,温度平均高于近代地球温度4℃,氧的浓度比近代高出50%,而二氧化碳是近代水平的六倍。这就决定了当时的植物是处于营养极其丰富的时代,茂盛而高大的植物给恐龙提供了取之不尽的食物。
  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。
  也就是说,植物生长过程所需养分的90%以上是通过光合作用制造的。所以近代植物生长依赖的养料实际上是由目前我们星球上其成份只有 0.03%即 300 ppm的二氧化碳供应的,
  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。陆地上植物的光合作用,所产生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。
  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。
  植物光合作用理想的CO2浓度为800-1800ppm,大气二氧化碳浓度仅为380ppm,由于设施系统内相对密闭,植物光合作用时二氧化碳处于严重亏缺状态(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二氧化碳,不仅可以大幅增加植物产量,而且还可以实现二氧化碳减排。通过计算机对作物生育过程中的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等环境要素进行自动控制,实现了不受或很少受自然条件制约的作物生产,达到高效增产的目的。
  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,二氧化碳是绿色资源宝藏。
  富碳农业所提出的工农业生产一体化工厂的方案,将人类活动而产生的60 亿吨碳排放,加入植物的光合作用的循环,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,应当是解决近代四大难题的科学命题。
  2,气候变化问题的根源是碳循环的严重失调。
  目前采取的应对气候变化措施,主要是以“堵”的方式,即减少工业生产中的二氧化碳等污染物排放为主,虽然成效显著,但短期对于经济运行压力较大、长期一点存在技术瓶颈和减排“天花板”,对于恢复和促进自然碳循环的贡献较小,并非长期根本之策。为从根本上解决碳循环失调问题,2014年3月13日,在“两会”闭幕的当天,富碳农业首席科学家袁东来教授等人在《人民日报》理论版发表 “富碳农业—为二氧化碳找出路”,提出了“疏”的方式,即通过将工业生产排放的二氧化碳用于农业,带动并形成第三次革命(绿色革命)。同时,通过对二次产业(工业)中排放的碳进行工业化捕获、存储、输送,由此形成新的三次产业(服务业)的新业态、新服务、新模式,再反哺到一次产业(农业)中,从而形成一、二、三产业的高度融合。
  3,如何处置碳和利用碳实质就是赢得未来。
  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。如果在减排的同时,大规模采用富碳农业把这些工业生产中产生的二氧化碳作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2019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。2014年,作为国内率先践行富碳农业的山西省经过3年实施富碳农业得出结论:按照目前世界上先进温室的二氧化碳单位面积每平方米35公斤施用量计算,山西的180万亩温室大棚,一年的二氧化碳施用量可达420亿公斤,相当于山西全省的碳减排任务。
  可以预见的是,低碳经济将成为未来世界发展的主流,而碳排放权必然会成为各国争夺话语权的重要砝码,创造性的解决好碳的去处就为工业发展减轻了负担,为兑现“巴黎协定”创造了条件。
  因此,解决发展中的问题,必须还要回归到其产生和形成的源头,采用“堵”和“疏”相结合的方法,系统分析、统筹解决。
  二、 继承农耕文明、以哲学和自然辨证法创新发展理念。
  1,《生态资本论》是经济转型发展的理念创新。
  马克思主义中国化是新时期与时俱进最突出的标志,而《生态资本论》正是在马克思《资本论》的基础上,利用生态资本能够通过生态资源和生态环境带来经济和社会效益的实现,从而通过生产中形成的可再生资源进行价值再生产或再创造,带动资本去实现使用价值的交换和等价。
  生态代表可持续的有机循环,资本代表着资源或资金,生态资本即可以理解为可持续的资源能力,也可以理解为可持续的资金能力,而这背后一定有一套可以获取这些资源或奖金能力的获取系统,以保证整体可以形成闭环,相互支撑运转。
  《生态资本论》正是通过自然资源,自然辨证,自然农法对自然界中的碳、氢、磁、菌、水、光六大元素重新组合利用,走出一条道法自然,浑然天成的人类与自然和谐,可持续发展的绿色发展之路,使青山绿水通过碳循环和碳裂变作用变成真真意义上的金山银山。
  《生态资本论》诠释了人类与自然平衡发展的哲学关系,找到了人类与自然长期平衡发展的“必由之路”,是 “建设生态文明”事业的最有力的理论践行。《生态资本论》创新的、系统的提出了“生态建设产业化、产业发展生态化,工业经济低碳化、农业生产富碳化”的具有中国特色和大国担当的创新发展理念。
  2,富碳农业是实现《生态资本论》的具体形式
  依据植物学理论,提高光合速率和光能利用率才是使植物增加生物产量的基本要素和必由之路。也就是说传统农业调动的是4%的增产因素,而富碳农业开发的是96%的增产潜力,二氧化碳碳粮可使作物光能利用率提高50%~250%。
  “富碳农业”是全新的生态可持续理念,是在保护自然生态环境条件下,依据自然界植物生长规律,并遵循自然科学、生态环境学、能源经济学、循环经济学,土壤学、植物学、植保学等基本原理,通过哲学和辨证法结合,运用系统工程和现代科技成果,将工业生产活动中产生的、巨量的、大自然不能自然消纳的二氧化碳富集后,经过必要的施配后用于农作物生长,从而减少以至杜绝化肥农药使用,提高土壤有机质含量,提高农作物品质和产量。
  具体技术路线是,以高于大气中二氧化碳含量数倍的浓度,再根据需要混配其他的微量元素,形成固态、液态、气态形式的植物碳粮释放在设施农业或其他农业生产的小区域中,辅以光、电、热、无土栽培和自动调节等科技手段,创造一个高效率的光合作用环境,培养种植各类作物,促进农、林、牧、副、渔业单产大幅提高,并能可持续发展的、集约经营的高效大农业。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,又可以促进相关工农业生产。
  通过富碳农业的理论和方法,若将全国各地工业排放的二氧化碳捕集后,运用到青山绿水中。比如:树木、粮食、茶叶、花卉、瓜果蔬菜、中药材等,通过光合作用固碳,产生出几倍的干物质,即金山银山,造福当地人民促进绿色经济发展,摸索出一条工业排碳用农业来固碳的良性可持续发展,达到阴阳平衡,为世界的可持续发展摸索出一条宝贵经验。
  (1)利用困难立地方面。应用现代农业科技,质量不高的土地上也可建立富碳农业工厂。这样占我国国土1/4面积的盐碱地、沙荒地,目前大量存在的沟、坡、坎、塘、废矿井、土窑洞,以及采石、采矿、采砂、取土和砖瓦窑采区等困难立地等可得到部分改造利用,从而扩大种植面积,同时促进农业产业结构调整,将产生可观的效益。
  (2)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,实施富碳农业理念的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。
  (3)在二氧化碳捕集和使用方面。作为国内率先践行富碳农业理念的国有大型企业,国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。
  提供农副产品保鲜存储。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。
  中国现有18个产茶省茶园面积4316万亩,如全面开展实施富碳农业, 可固碳千万吨,即可通过二氧化碳碳肥增产,杀虫,修复土地,又可增加茶叶叶绿素的质量,再进行碳汇交易提高茶农收入,并利用干冰保鲜技术提升茶叶全生命周期的良性循环,出口全世界。
  (4)解决农业生物多样性危机、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。中国农业大学数据显示,目前中国26%耕地土壤的有机质小于1%,44.8%耕地土壤的有机碳小于1%,中低产田占比已达到65%。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%。
  作为健康中国的重要基石,有机农业避免破坏生态平衡,保护所有生物健康,已成为解决食品安全等问题的关键路径。
  据FAO估计,20世纪以来,全球农作物(品种)多样性不断丧失,3/4农作物遗传性已经丧失;美国97%曾经栽培的蔬菜品种已经消失;近15年间,印尼有1500个地方水稻品种已经消亡,3/4水稻品种来自单一的母体后代。据预测,到2050年,全球1/4的物种将陷入绝境。而一种植物的消失必将导致某一食物链断裂,或进一步诱致或加剧其他10~30种生物的生存危机。
  在中国,近半个世纪以来,有200多种高等植物已经灭绝,约4600种高等植物处于濒危状态;全国生物物种数量正以平均每天新增一个濒危甚至走向灭绝的速度减少,农作物栽培正以每年15%的速度递减;相当数量的农作物种质资源只能存活于实验室或种子库,很多种类尤其是野生种、半野生种、地方种或传统农家品种等早已在野外难觅踪迹或永远消逝。
  “吃种子,留种子”,农民天生就是育种专家;“饿死爹娘不吃种子粮”,有了种子就有了农业的自主权,农民对于种子是高度重视的。但自从有了有了转基因技术,有了资本为主导的种子公司,这一切都发生了根本的变化。农民每年种地都要买种子,还经常买到假种子。商业种子公司为了自身的利益,减少种子量,提高单价,搞种子包衣。种子外面包裹了农药,骗农民说是为了保障出苗率,其实是为减少种子量,好卖高价。种子外包农药,地下害虫不吃了,连老鼠都不吃了,或者老鼠被毒死了。农田里没有了老鼠,以老鼠为食的蛇、猫头鹰、黄鼠狼也基本绝迹。由此引发了更高级别的的生态失衡,从种子,到害虫,到鸟类,直到哺乳动物,人类也难以幸免。
  目标害虫不吃被转基因技术保护的庄稼了,改吃别的,原本处于次要地位的害虫成功上位,变成主要害虫,还得依赖农药来治;转基因作物能够防除草剂了,但杂草也进化了,变得更加高大难以控制,除草剂用少了都不管用;庄稼、水果、蔬菜甚至中草药抗病了,但食物或中草药本身可能也增加了抗生素含量,营养与中药治疗功能下降。转基因不能让农民留种,否则农民就不愿意买他的种子。人类驯化并保留了上万年的多种多样的种子,就这样无情地消失了。
  作物种质多样性、遗传多样性和基因多样性正面临前所未有的挑战、威胁或危机。
  我国土壤有机质“失血”如此严重,土壤有机质低使农作物患“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。自有化肥工业以来,作物产量大幅度提升了,然而连年持续高频率使用化肥,造成了土地板结、土壤酸化、食物质量下降。很多有益元素已严重低于历史的最好水平。比如钙质,用化肥生产出来的小麦面粉,比用有机农业模式生产的面粉缺钙76%,其余蔬菜、水果缺钙现象也是非常普通的。
  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“天补”和“地补”渠道。
  (5)富碳农业金融创新---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”。
  (6)富碳农业事业,全面推进生态修复。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。是数千种动植物赖以生存的家园。近些年来,伴随着GDP持续、高速和粗放式增长,我国以耕地、林地、草地和淡水为代表的农业自然资源数量与质量呈现持续大幅下降趋向。资料显示,自1958年开始,全国耕地总面积呈现持续减少态势。近50年来,国内主要天然内陆湖泊以年均约20个的速度减少,湖泊湖面湖容呈同步萎缩;林地面积较20世纪50年代初减缩近1/2;约1/4天然草原已经沙化;自然湿地面积近10年间减少近10%;以长江、黄河等为代表的主要江河流量锐减,诸多河流已成季节性河流或出现常年断流现象,农业用水缺口日益扩大,旱象日趋严重或频发;西部地区冰川与冻土层加速萎缩。同时,全国耕地40%以上出现退化现象,1.05 亿hm2草场不同程度退化;天然林比重日益缩减,林种日趋幼龄化、单一化,林地生态功能退化;农业淡水资源环境质量快速下降,湿地破碎化、人工化倾向凸显。以农田生态为核心的农业生态环境多样性正不断丧失,一些重要特殊的农业生态景观或生态类型面临濒危或永远消失,农业生态系统总体呈现萎缩退化和先天脆弱性强化,并不断向结构单一化或简单化、破碎化方向演进。
  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。水资源短缺已成为全球性问题,近三十年,黄河、海河、淮河三大流域河川径流呈下降趋势。据联合国世界水发展报告,2025年,中国北方或将面临物理性缺水的严重压力。
  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,“天河工程”是指基于大气空间的跨区域调水模式。项目旨在科学分析大气中存在的水汽分布与输送格局,进而采取人工干预手法,实现不同地域间大气、地表水资源再分配。
  水资源的极度不均一直是制约着中华民族的发展,我们在古代就有京杭大运河这样的水利工程。现在又建设了南水北调工程,都是为了平衡水资源的分配,近年我国科学家又提出了一个更加大胆的想法:在天上搭建一条调水的通道,这种天基跨流域调水新模式被称为“天河工程”。天河工程原理很简单可以理解为:一个高规格的人工降雨。根据科学研究在大气的边界层到对流层范围内存在稳定有序的水汽输送通道,水汽正是水循环的重要组成部分,在现实气候中是由东海形成的水汽通过大气流动来到我国的西北地区,再转头向南,最终在长江流域降雨导致长江流域洪水泛滥,而黄河流域却干旱成灾,如果可以采用技术手段截断水汽通道。让这些水汽在黄河的源头形成降雨,则变相实现了南水北调,在三江源地区的上空,是存在着来自西印度亚、东印度洋、云贵高原中亚等方向传输过来的水汽通道,空中云水资源有着巨大的开发潜力,如果采用人工干预在此处形成降雨,则有望在三江源、祁连山、柴达木盆地实现每年跨区域调水50亿立方米。大约就是相当于350个西湖的蓄水量。将大大的造福中国甚至是世界开创人类水利历史的先河。不过这个项目地核心困难,就在于人工降雨的位置和时机。整个地区的水汽的输入输出及流动能否达到一个系统的平衡,因此,科学家准备采用重量为20到30公斤的微卫星,执行观测任务,分析天空河流随时间的变化情况,计划在2020年完成“天河一号”卫星的首批双星发射,2022年完成六星组网建设,为天河工程提供技术支撑。
  富碳农业实施“天河工程”进行人工降雨,“这种新方案,对于改善黄河流域水资源短缺现状,开拓黄河流域水资源来源,对于保护三江源生态安全屏障及整个黄河流域经济社会腾飞具有重大作用。这项工程的应用前景非常广阔。”
  富碳农业“天河工程”的实施,是进行生态修复和地下水的最为有效补充。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,其带来的有形和无形效益已无法用经济学数字进行评估。
  通过富碳农业创建科技创新多轮驱动的大农业战略产业园区,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多轮驱动能源供给体系,推动农业的第三次(绿色)革命和新能源技术革命,带动市,县,乡(镇)三级产业升级,以此来分类推动技术创新,农业创新,产业创新,商业模式创新,通过生产要素的有序组合,极大的释放生产力,大幅度改善农作物品质,彻底解决农村环境问题和持续提高农民收入,创造出极大的经济效益和社会效益,形成一个巨大的新兴农业循环产业。
  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。
  经过综合的分折,我们得出结伦,现代科学技术的发展已经提供了所有实现以上要求的条件,只要在成本不高的条件下给我们提供充分的光和二氧化碳,我们就可以摒弃传统的使用阳光下的土地进行耕作的农业方法。重新设计植物生产方法,将农业生产工业化。这不仅会大大增加农作物的产量,而且可以有效地解决气候变化,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。
  人类与自然的平衡,是关系到人类是否能够与大自然共存的关键。只有满足了人类与自然平衡、社会平衡、政治平衡、人体平衡、心理平衡等条件,“生态健康”才能实现,天下才会太平。故,平衡,乃生态健康之本。
  在中国发展历史的长河中,黄河曾经有七次流碧水,是生态发展,最好的时期,中国梦的近期目标就是让黄河第八次流碧水,达到生态最好鼎盛时期,这是我们这代人共同努力发展的目标,实现中国梦。
  三、 富碳农业植物光合功效
  二氧化碳是光合作用的主要底物,高浓度的CO2能够提高植物光合作用,促进植物生长,同时刺激光合次生代谢过程,包括碳和氮代谢,细胞周期功能和激素调节。目前已知的90%的植物属于C3植物,在当前大气CO2浓度压下,光合作用并未达到饱和点,植物的光合作用和生物量有望在高浓度CO2条件下进一步提升。 光合效率的提升能够促进植株生长、增加产量已在大量研究中广泛报道。 因此CO2可以认为是提高全球粮食生产的主要推动力。高浓度的CO2不仅对植物生长、发育和生物量具有显著影响,同时还可以改变植物中营养元素含量,影响产品品质。深入了解植物对高浓度CO2的生理反应和遗传机制,针对高二氧化碳,进行遗传育种或品种改良是实现未来粮食生产目标的最有希望的方法之一。
  自从20世纪80年代中期开始,科学家们开发初开放式CO2富集装置即平台系统,用于研究高浓度CO2对植物生长发育的影响。目前该项技术已经广泛应用于多种农作物和水果蔬菜的研究中、包括小麦、水稻、马铃薯、大豆、棉花、大麦、木薯、葡萄、三叶草、咖啡、玉米和高粱等作物。近三十年来,国内外科学家通过温室或者室外CO2富集实验,对植物进行高浓度CO2处理,研究CO2对植物生长、发育的影响,以及植物对高浓度CO2的应答响应,深入探索CO2调控的分子机制。
  1,CO2浓度升高对植物生长发育的影响。
  (1)CO2浓度升高增加作物产量研究表明高浓度的CO2使大豆的平均产量增加31%,玉米产量增加25%。玉米和大豆籽粒的铁浓度相对增加10.5%和7.3%,玉米籽粒中磷和锰的浓度分别比对照增加7.3%和6.5%。藜麦在600 mmol mol?1CO2 的处理后,干重增加12%至44%,种子产量增加。二氧化碳浓度升高,大麦产量增加,种子数量增加约47%,油菜中增加26%。高浓度CO2使莴苣、胡萝卜和欧芹的产量分别提高18%、19%和17%。
  合适的CO2浓度促进作物的光合作用,可加快作物的生长发育。随着CO2浓度的升高,作物的株高,周长,叶数等生长指标均提高。高浓度CO2能够增强小麦、水稻、马铃薯、大豆等C3作物的光合作用,促进植株生长,CO2浓度升高200 mmol mol?1时,小麦干物质积累、生物量、茎粗、株高、子粒数和千粒重等显著增加。春小麦在CO2浓度为480 mmol mol?1和570 mmol mol?1的条件下,分别增产8.9%和19.9%。高浓度CO2能够促进水稻幼苗生长,株高、根长、叶面积、产量等在高浓度CO2下都有显著增长,其中在CO2浓度为550-582 mmol mol?1条件下,单株产量可增加12.2-34.7%。马铃薯单株结薯数、单个薯重和单株产量显著增加。CO2浓度升高100 mmol mol?1, 大豆株高、茎粗显著增长,节荚数虽然不受影响,但是空荚率降低10%左右,导致最终产量增加近20%。作为C4植物,玉米在2个高浓度CO2(450 mmol mol?1和 550 mmol mol?1)处理条件下,单株籽粒产量增加9.64%和11.83%,单株生物产量增幅为7.65%和9.40% 。因此,二氧化碳气体的人工补充被列为日光温室种植中作物增产的重要措施。
  (2)CO2浓度升高增加水果蔬菜产量。
  CO2富集技术对植物生长发育研究应用于多种水果蔬菜中,如番茄、黄瓜、辣椒、芹菜、葡萄、草莓等。CO2的升高对马铃薯具有重要影响,二氧化碳浓度升高增加可溶性糖、淀粉和有机酸的浓度,从而增加产量 。提高二氧化碳CO2和氮的浓度还可以使黄瓜产量、生物量增加33%。二氧化碳浓度升高,可促进植物的生长,使得植物的高生长与二氧化碳浓度正常时相比要高。
  高浓度CO2能够提升番茄的光合速率和水分利用效率、降低气孔导度和蒸腾速率,不仅能够提高番茄产量(增幅10.8-33.9%),还能提升番茄品质。高浓度CO2处理下,黄瓜的株高、茎粗、叶面积、地上部鲜重、干重、黄瓜长度和重量都显著增加。1200mmol mol?1的CO2对辣椒净光合速率的促进作用最为显著,同时提高辣椒生物产量和经济产量分别达到15.2%和13.0%。高浓度CO2增加芹菜、白菜、茄子、葡萄、草莓的产量。其中最显著的是葡萄,增产量为44.4%。
  (3)CO2浓度升高改变品质。
  CO2浓度升高促进蔬菜可食部分中的可溶性糖的积累,CO2富集可使蔬菜可食部分中果糖(14.2%)、葡萄糖(13.2%)、总可溶性糖(17.5%)、总酚(8.9%)、总黄酮(45.5%)、抗坏血酸(9.5%)和钙(8.2%)的浓度均增加。可滴定酸度、总叶绿素、类胡萝卜素、番茄红素、花青素、磷、钾、硫、铜和锰的浓度不受影响。
  高浓度CO2(700-800 mmol mol?1)可使樱桃番茄贝妮可溶性糖(18. 1%)、可滴定酸(16.1%)、可溶性固形物(5. 8%)和 VC(8. 1%)、番茄红素(11. 2%)的含量提高。CO2施肥使樱桃番茄千禧和贝妮的鉴评口感分别提高10. 5%和9.4%。增施 CO2后番茄对氮、磷、钾累积吸收量相比对照分别增加了42. 5% 、61. 1% 和 50. 6%。CO2施肥不仅可以增加番茄果实各个成熟时期中的可溶性固形物、可滴定有机酸、可溶性糖、糖酸比、维生素、番茄红素和类胡萝卜素的含量,而且还可以改变乙烯的释放量,以及番茄的挥发性芳香物质的释放量,从提高番茄的风味品质。在CO2浓度为800 mmol mol?1条件下,芹菜中可溶性固形物增加24%,vc含量增加61.7%,蛋白质含量增加10. 1%,叶绿素含量增加5.9%。1000 mmol mol?1 CO2是油麦菜中VC增加20.9%,可溶性糖增加35.7%,硝酸盐增加20.2%。CO2浓度为1000-1200 mmol mol?1时,黄瓜中VC和可溶性糖含量分别增加6.7%和9.8%。高浓度CO2可以提高可溶性固形物含量、增加草莓硬度,促进植株氮素转移,以降低母本植株的生长能力为代价增加了种子的竞争能力。高浓度CO2(950μmolmol-1)可使草莓果实中的总可溶性糖的含量增加20%。
  (4)其他性状。
  高浓度CO2促进苹果树根的生长,提高比根长、根长密度、根重密度和根系活力,促进根系向深层土壤扩展。CO2可以改变落叶松中MDA的含量,影响细胞质膜过氧化程度。咖啡树在高浓度CO2下,中上层叶片光合速率增加,但上层叶面积大大减少,可能引起冠层结构和功能发生改变 。随着CO2浓度的增加,豌豆叶片中可溶性糖的浓度和相对含水量逐渐增高,耐旱性也随之增加。700 mmol mol?1的CO2处理后,苜蓿种子的发芽率、发芽指数、发芽势、株高、叶面积、生物量随着CO2 浓度均升高。不同浓度的CO2施加,还可以改变灵芝的结构,延长子实体生长期,培育多造型芝体。同时,施加CO2可以影响蛹虫草菌丝与子座生长发育,同时也是决定子座产量与品质的主要环境因素之一。
  2,植物对CO2浓度升高的反应机制。
  CO2通过改变一系列生理过程,直接和或间接地影响植物生长和发育。 CO2可以直接影响光合作用和气孔导度,导致植物生长发生变化。另一方面CO2增加光合作用中碳的供应,影响后期生理生化过程中的碳-氮平衡,细胞周期特性和激素代谢。
  (1)促进光合作用。
  升高的CO2可以提升CO2固定位点的比例,降低光呼吸速率,从而增加二磷酸核酮糖羧化酶的羧化效率,促进作物生长和提高产量。
  升高的CO2可以促进光系统和光效率,增加三磷酸腺苷和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的产量。
  (2)碳-氮平衡。
  植物光合作用与叶片中碳氮含量高度相关。在多种植物中,如拟南芥、水稻、玉米种,高浓度CO2促进光合作用,激活蔗糖合成基因,积累大量的糖分,包括包括葡萄糖、果糖和棉子糖,对植物器官发育具有重要功能。高浓度CO2促进非结构性碳水化合物的积累、下调二磷酸核酮糖羧化酶大亚基和小亚基编码基因表达、降低二磷酸核酮糖羧化酶的含量;抑制叶片中硝态氮的同化、降低氮供应、影响氮离子流入流出平衡。
  (3)细胞周期。
  高浓度CO2能够增加细胞分裂、细胞生长和延伸、缩短细胞周期,促进植物早期生长和发育。高浓度CO2上调细胞扩展蛋白、果胶酶、葡聚糖酶等码编基因的表达,或者下调纤维素代谢关键酶木糖苷酶基因的表达,改变酶含量,使细胞壁变得松弛,进而促进细胞延伸和生长。
  富碳农业经过多年的科学研究与实践,取得了明显成效。
  番茄:可提前15天结果,果实增大三分之一,果实光亮有色泽,没有畸形果,含糖量提高20%多,口感很好,原来每株留5盘果,加二氧化碳后可留10一12盘,产量增加1倍多,整个生长期基本不用打农药。
  芹菜:成熟期提前15天,芹菜更嫩,口感好。
  黄瓜:1亩温室原来每天采摘200斤,可采摘60天,亩产1.2万斤;加CO2后每天可采摘290斤,采摘100天,亩产2.9万斤,甚至有的可采摘120天,亩产34800斤。
  茄子:加CO2后没有畸形果,茄子色泽光亮,出售价格每斤可增加0.2元。
  草莓:产量增加40一70%,含糖量增加20%,口感好,储存期限可比未加CO2前长5天。
  内蒙古农业大学在锡林郭勒草原上对牧草业进行加CO2效果很好,羊草、大针茅、冷蒿三种优势牧草地上生物量增产200%。
  富碳农业在东北三省农业大田实践中通过释放二氧化碳碳肥取得了以下数据:
  以上经过实践得出来的数据,不仅提高土地利用率也提高产品品质(品质经检测,其产品达到有机产品标准),给出了中国农业进一步增产和提质的更大空间。
  国外富碳农业案例:荷兰建温室,必须上二氧化碳的装置,增施二氧化碳在荷兰温室生产规程中是一项必备措施。发达国家80%的温室都在增施二氧化碳。美国研究增施二氧化碳,蔬菜增产90%,水稻70%,大豆60%,高梁达到200%。
  四、 富碳农业在社会经济转型发展中的使命和意义
  富碳农业发展模式系统提出了“生态建设产业化、产业发展生态化、工业经济低碳化、农业生产富碳化”的发展创新理念,实现农业4.0值钱,工业、科技4.0赚钱,金融4.0造钱从而反哺农业的生产方式的改变。
  这就是--富碳农业、《生态资本论所带来的社会可持续发展、集约化的高效大农业的愿景,必将起到共和国在构建人类命运共同体为目标的新时期社会发展,和实现“两个一百年”全局性的关键作用。
  1,富碳农业是农村脱贫以后迈向小康的重要手段。
  在脱贫后如何保持和稳固是一项长期且艰难的任务。但可以肯定的是,如果没有农业的稳固,脱贫是不可能长久的。也就是说,必须要保证农民的稳定向好收入,首先就是要保证农产品的质量和品质,而农产品的质量和品质必须要有最基本的农业生物遗传的完整性、多样性与生存能力、土壤、种植技术、良种和环境(水、大气)做保证。富碳农业,正是直接或间接的解决了土壤的有机质含量、解决了杜绝化肥和农药,改善了大气环境,从而使农产品有了其品质的最关键环节的保证。对于农民而言,一旦农产品值钱了、挣钱了,所谓“三农”问题就不可能再成为问题。同时,通过富碳农业作用下的形成有品质的“农产”,汇同老的“三农”,形成“四农”的新概念,将一举解决困扰多时的“三农”问题。
  2,富碳农业是全社会经济资源环境友好的重要体现。
  富碳农业的公共属性是践行总书记的“巴黎协定”承诺,立足全社会在不增加资源消耗和同时,彻底解决“碳”并充分利用“碳”。“富碳农业”(包括富碳林业) 用《生态资本论》理论为指导,以最符合历史、自之全新理念,在保护自然生态环境条件下,顺应自然界植物生长规律,遵循自然科学、生态环境学、能源经济学、循环经济学,土壤学、植物学、植保学基本原理,运用系统工程和现代科技成果,将工业生产活动产生的、巨量的、大自然不能自然消纳的二氧化碳富集后,用于工农业生产,并由此给人类社会带来基于社会经济资源环境友好的可持续发展。
  3,富碳农业是国家绿色发展和高质量发展的重要标志。
  “富碳农业”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,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,把废弃污染的高碳资源转变成绿色的财富。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,有效打通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,由此摆脱束缚着社会经济发展的“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,使绿色发展、高质量发展成为现实。
  富碳农业以自然资源、自然辨证、自然疗法为抓手,用大自然真正的规律去疏导解决人类可持续经济快速发展带来破坏环境这个悖论最有效的钥匙。
  富碳农业驯服了二氧化碳这匹“野马”,为破解“三农”难题出力,为现代农业服务,不但能使人类在农业方面获得更大自由,也关系到工业生产中作为废气处理的资源变废为宝和综合利用,更关系到人类当今和未来的生存环境与质量。富碳农业正是青山绿水也是金山银山的表现形式。
  富碳农业在中国及世界工农业发展中,第一次提出了对“碳”的全新认识、即利用农业碳汇功能来消纳碳实现工业排碳与农业固碳良性循环的全新经济发展模式。是中国农业的第三次(绿色)革命。
  富碳农业不但有助于“三农”问题的有效解决,也有助于国家经济结构调整和转型,更加有利于国际社会认同的“减排”和大国责任的体现。
  富碳农业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,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,把废弃污染的高碳资源转变成绿色的财富。
  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,有效打通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。
  富碳农业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。现有国内和国际的碳(排放)交易方式和方向实质是以堵为主,通过货币交换做排放置换,实质是一套虚拟数字指标,并没有真正的消纳掉排放的二氧化碳。而富碳农业的碳汇交易以疏为主,靶向性把工业排碳用于农林牧副渔业,产生干物质,并丰产粮食,造福人类,解决当今现实问题,真正的消纳二氧化碳,实质是解决碳排放的颠覆性思维模式的改变,由堵(限产、减排、物理固封等)到疏,打通工农业生产自然衔接环节,实现碳的有序循环,由无序的无机碳到有序的生物质能碳,是碳的大循环。以此碳汇构建全球碳排放交易新模式,实现碳金融对农业的反哺。富碳农业则是科学家对破除这种误区的一个重要阐释。
  富碳农业抓住了自然资源、自然辨证、自然疗法,用大自然真正的规律进行自然疗法修复土壤与环境,修复与驯化种子与作物,从而实现从微生物、植物、动物、人类生态大循环的修复与调整,通过提供有机的健康的粮食以至蔬菜瓜果肉蛋禽鱼等,不仅解决了健康问题。还疏导解决人类可持续经济快速发展带来破坏环境这个悖论最有效的钥匙。
  4,富碳农业、《生态资本论》将哲学和自然辩证法有机结合,采用“整体观念、辩证论治”的思路为国家健康提供了一条创新之路。
  富碳农业提出了一套较为完整的生态文明科学理论体系,不仅是农业科学技术的突破,而且是生态环境学、能源经济学、循环经济学的重大创新和突破,开辟了一条符合我国国情的生态安全与健康发展道路。
  没有中国农业的文明,就不会有社会的文明;没有农业的生态化,就不会有环境的生态化;没有农耕文明的伟大复兴,就不会有中华民族的伟大复兴。
  让我们在新时代中国特色社会主义思想引领下,按照大自然发展的规律做到人与自然的可持续发展,创新出一条人类崭新的生产方式和生活方式,拯救地球、拯救人类、拯救万物,实现碳星球苍生的《零饥饿》不仅要构建人类命运共同体,还要共建地球生命命运共同体,打造人类文明与地球文明新的“诺亚方舟”。( 董志龙、袁东来、高万林、赵永华、郑武生、黄 峰)
  附专家简介
  董志龙:著名经济学家、中国经济论坛创始人、中国资本论坛秘书长、代表作《资本革命》《资本农民》(人民出版社出版)、《法治政府》(中央党校出版社出版)
  袁东来:中国富碳农业《生态资本论》理论奠基人、首席科学家、
  农业农村部农业信息化标准化重点实验室 首席科学家、
  中国农业大学富碳等离子体技术研究中心 首席科学家、
  国家花卉工程技术研究中心政策分析研究员
  中国社科院新时代生态文明研究中心特聘研究员
  高万林:农业农村部农业信息化标准化重点实验室 主任
  中国农业大学富碳等离子体技术研究中心 主任
  赵永华:内蒙古自治区政协常委、农牧厅副厅长
  郑武生:国家电投远达环保集团董事长
  黄 峰: 农业农村部农业信息化标准化重点实验室副主任
  中国农业大学富碳等离子体技术研究中心副主任

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