在經(jīng)歷了幾百年工業(yè)化的今天，人類面臨氣候變暖以及能源緊缺、食品安全、耕地減少等重大資源環(huán)境問(wèn)題，我們的生產(chǎn)方式應(yīng)當(dāng)進(jìn)行怎樣的調(diào)整和改革？富碳農(nóng)業(yè)的提出，為解決全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題開(kāi)出了一劑處方。大禹治水的故事告訴我們，對(duì)氣候變暖的治理應(yīng)當(dāng)是為二氧化碳找出路，而不僅僅是減少排放或簡(jiǎn)單地掩埋它。富碳農(nóng)業(yè)就是在解答這樣的世界性課題中產(chǎn)生的新的技術(shù)命題。
富碳農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵和意義
富碳農(nóng)業(yè)（包括富碳林業(yè)）是指將人類活動(dòng)特別是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳捕集后，以高于大氣中二氧化碳含量幾倍的濃度，釋放在密閉的人造氣候小區(qū)域中，利用相關(guān)科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)造一個(gè)高效率的光合作用環(huán)境，從而極大提高農(nóng)林作物的產(chǎn)量。也就是說(shuō)，富碳農(nóng)業(yè)是將多余的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物并以糧食或其他干物質(zhì)的形式儲(chǔ)存在地球表面的一種碳儲(chǔ)存方法，同目前國(guó)際上所提倡的碳捕集和儲(chǔ)存技術(shù)異曲同工。它所轉(zhuǎn)化成的碳水化合物不僅包括糧食，而且包括目前需要大量碳排放才能獲得的鋼材、水泥、化學(xué)紡織品、化石燃料等。隨著人口增加和人類生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)這些碳水化合物的剛性需求不斷增長(zhǎng)。
富碳農(nóng)業(yè)符合自然界中碳循環(huán)原理。將使用化石能源所產(chǎn)生的碳排放通過(guò)植物轉(zhuǎn)化為有用的食品和用品，是緩解工業(yè)化引起的生態(tài)失衡問(wèn)題的重要思路和有效舉措，對(duì)于保護(hù)和優(yōu)化生態(tài)環(huán)境具有積極意義。結(jié)合我國(guó)目前的實(shí)際情況，大規(guī)模發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)可以起到一石四鳥(niǎo)的作用：利用鹽堿地、沙漠地、荒漠地等解決土地短缺問(wèn)題；有利于解決糧食短缺問(wèn)題；緩解能源危機(jī)；有效應(yīng)對(duì)全球氣候變化。同大規(guī)模的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)不同，小區(qū)域人造氣候中的富碳農(nóng)業(yè)工廠是在農(nóng)業(yè)溫室、大棚等農(nóng)業(yè)科技的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新的生產(chǎn)方式。它將許多科學(xué)技術(shù)包括光伏光熱技術(shù)、氣肥技術(shù)、發(fā)光二極管技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、光導(dǎo)纖維技術(shù)、建筑控溫技術(shù)、新種子技術(shù)、超凈無(wú)菌車間技術(shù)等有機(jī)融合到新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。
發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)的技術(shù)途徑
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開(kāi)光合作用，富碳環(huán)境是提高光合作用效率的重要生態(tài)條件。其中，密閉的人造富碳小區(qū)域可以利用目前大量存在的廢地下室、廢礦井、巖洞、鹽堿地、沙漠地、荒漠地等進(jìn)行改造建設(shè)，所需要的能源應(yīng)以太陽(yáng)能、風(fēng)能等再生能源為主，再生能源可以分布式電站的形式就地生產(chǎn)、就地使用。相對(duì)于近年來(lái)發(fā)展迅速的溫室蔬菜、水果遇到的由于控溫要求而大量耗能和由于保留高濃度二氧化碳?xì)怏w而需要密封溫室所產(chǎn)生的高成本，富碳農(nóng)業(yè)工廠可以建造在難以利用的土地上或地下空間，使用地?zé)岷吞?yáng)能光熱相結(jié)合的方法進(jìn)行控溫，使用太陽(yáng)能直接光照、人造光源和太陽(yáng)光導(dǎo)相結(jié)合的方法提供植物生長(zhǎng)所需要的光能。
植物以水和二氧化碳為原料，在光的催化下生成碳水化合物并釋放氧氣。對(duì)于一部分植物，在充分具備光合作用三要素的條件下，其理論極限效率可以達(dá)到11%左右，甚至可同光伏電池的光電效率相比擬。這遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的常規(guī)效率（約為0.8%），為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在養(yǎng)分（主要是二氧化碳）極其豐富的情況下進(jìn)一步增產(chǎn)提供了可能性。光合作用所需要的二氧化碳可以通過(guò)人工方法進(jìn)行補(bǔ)給，氣體來(lái)源主要是工業(yè)生產(chǎn)所釋放的二氧化碳。現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)能夠以較低的成本實(shí)現(xiàn)二氧化碳的捕集、運(yùn)輸和在密閉場(chǎng)所的釋放，這是實(shí)現(xiàn)富碳農(nóng)業(yè)的氣的技術(shù)途徑。
植物光合作用的科學(xué)研究顯示，葉綠素對(duì)陽(yáng)光的吸收光譜主要呈現(xiàn)兩個(gè)峰值：紅光和紫光。所以，太陽(yáng)光的全色光譜中只有部分譜線是對(duì)光合作用作出貢獻(xiàn)的。另外，光合作用的光飽和點(diǎn)也并非全部太陽(yáng)光強(qiáng)，其最佳光強(qiáng)是同二氧化碳濃度有關(guān)的，而且對(duì)于許多植物來(lái)說(shuō)，光飽和點(diǎn)遠(yuǎn)小于太陽(yáng)光強(qiáng)?；谶@兩點(diǎn)科學(xué)事實(shí)，在密閉環(huán)境下，使用最佳強(qiáng)度的紅色、紫色人造光源代替或部分代替太陽(yáng)光源的技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)：一是單色的發(fā)光二極管，在目前成本每瓦幾角錢的水平下，用于植物的光合作用，同所取得的農(nóng)業(yè)干物質(zhì)的價(jià)值進(jìn)行比較計(jì)算，達(dá)到了初步可行的程度；二是對(duì)于距地面不是很深的密閉農(nóng)業(yè)工廠，使用太陽(yáng)光的光導(dǎo)纖維導(dǎo)入陽(yáng)光，運(yùn)用反射聚光的技術(shù)改進(jìn)，可以大大降低成本，是采光的又一個(gè)技術(shù)方案。這是發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)的光的技術(shù)途徑。
綜上，科學(xué)技術(shù)發(fā)展使我們能在較低成本條件下獲得富碳農(nóng)業(yè)所需要的光和二氧化碳，從而打破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要使用陽(yáng)光下的土地的限制。這樣，就可以在密閉的人造氣候中重新設(shè)計(jì)植物生產(chǎn)方法，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工業(yè)化、生產(chǎn)線化、高效化。
