1、山西省富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈前 言山西是高碳能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，也是全國(guó)碳排放最高的省份。節(jié)能并降低碳排放、固碳并轉(zhuǎn)化利用是山西實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要措施。富碳農(nóng)業(yè)可以將工業(yè)上過(guò)剩的CO2用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。開(kāi)展富碳技術(shù)研究、建立富碳農(nóng)業(yè)技術(shù)基地、進(jìn)行富碳農(nóng)業(yè)技術(shù)集成示范，最終實(shí)現(xiàn)廣泛推廣應(yīng)用，對(duì)于山西實(shí)現(xiàn)高碳資源低碳發(fā)展，黑色資源綠色發(fā)展，促進(jìn)富碳農(nóng)業(yè)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。“富碳農(nóng)業(yè)”是一種創(chuàng)新的理念和模式，從狹義理解，富碳農(nóng)業(yè)指將人類活動(dòng)特別是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2捕集后，以高于大氣中CO2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

2、。從廣義理解，富碳農(nóng)業(yè)是基于農(nóng)業(yè)的碳匯功能，指通過(guò)各種農(nóng)業(yè)措施高效固定人類活動(dòng)特別是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2，從而達(dá)到減排目的。因此，富碳農(nóng)業(yè)體現(xiàn)在固碳、減排、節(jié)能三個(gè)方面，在目前工業(yè)領(lǐng)域大規(guī)模捕集和封存CO2技術(shù)尚不成熟、利用途徑有限的情況下，利用綠色植物光合作用是目前最經(jīng)濟(jì)有效的減碳途徑。今年3月15日，李小鵬省長(zhǎng)在人民日?qǐng)?bào)刊載的文章“富碳農(nóng)業(yè)為二氧化碳找出路”上作了批示，對(duì)此，張復(fù)明副省長(zhǎng)批示：“請(qǐng)科技廳商農(nóng)業(yè)廳、林業(yè)廳，結(jié)合低碳創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃，提出我省發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)的具體意見(jiàn)，并對(duì)富碳農(nóng)業(yè)科技項(xiàng)目給予立項(xiàng)支持。”根據(jù)省領(lǐng)導(dǎo)的批示精神，科技廳組織專門人員編寫(xiě)了“山西省富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈”。山西

3、省富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈一、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)瓶頸（一）富碳農(nóng)業(yè)的五大獨(dú)特作用1.應(yīng)對(duì)氣候變化。綠色植物在光合作用過(guò)程中，可以主動(dòng)大量吸收利用并固定CO2形成碳水化合物，不需要付出額外的成本，就可降低大氣中CO2的濃度，是目前最經(jīng)濟(jì)有效的減碳途徑。一畝森林，每天可吸收CO267kg，l980-2005年中國(guó)造林活動(dòng)累計(jì)凈吸收約30億噸的CO2。因此，發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)可以有效控制CO2在大氣中的排放，從而有效地緩解氣候變化。2.緩解能源危機(jī)。富碳農(nóng)業(yè)工廠可以利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等再生能源，以分布式電站的形式就地生產(chǎn)、就地使用。富碳農(nóng)業(yè)工廠可以使用地?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

4、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。此外，還可以利用能源微藻高效轉(zhuǎn)化CO2生產(chǎn)清潔燃油，從而有效緩解能源危機(jī)。3.補(bǔ)充糧食短缺。當(dāng)溫室大棚內(nèi)CO2的濃度大于大氣中的23倍時(shí)，大部分蔬菜產(chǎn)量可以提高1倍。CO2濃度充足可使蔬菜提早上市，減少農(nóng)藥用量，改善作物品質(zhì)。按照IPCC對(duì)全球的減排目標(biāo)，中國(guó)如果承擔(dān)3.6億噸CO2的年減排量，通過(guò)富碳農(nóng)業(yè)工廠轉(zhuǎn)換為農(nóng)林產(chǎn)品，則可增產(chǎn)7.2億噸農(nóng)林干物質(zhì)，其中2.5億噸可以作為食物，是2011年全國(guó)糧食總產(chǎn)量的43%。這對(duì)于有效保障糧食安全意義重大。4利用困難立地。富碳農(nóng)業(yè)工廠可以使用我省450萬(wàn)畝鹽堿地、沙荒地以及目前大量存在的溝、坡、坎、

5、塘、廢礦井、土窯洞及采石、采礦、采砂、取土和磚瓦窯采區(qū)等困難立地等進(jìn)行建設(shè)，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，擴(kuò)大種植面積，有效緩解耕地面積的不足。5.實(shí)現(xiàn)循環(huán)發(fā)展。發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)可以消耗CO2，緩和工業(yè)碳排放壓力，減輕大氣污染和水資源短缺等資源環(huán)境壓力。我省在“以煤為基，多元發(fā)展”的大背景下，大力發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)，不僅可以使工業(yè)廢氣變?yōu)檗r(nóng)業(yè)的寶貴資源，實(shí)現(xiàn)CO2在工業(yè)和農(nóng)林草業(yè)之間循環(huán)利用，而且可以減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)低碳工業(yè)與富碳農(nóng)業(yè)的互補(bǔ)發(fā)展。（二）發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)難題在設(shè)施農(nóng)業(yè)利用CO2方面，荷蘭溫室補(bǔ)充CO2大幅提高單產(chǎn)，是我國(guó)產(chǎn)量的810倍；在光伏食用菌方面，湖北遼寧山東啟動(dòng)了光伏食用菌示范工程

6、和食用菌大棚20兆瓦光伏發(fā)電示范項(xiàng)目，我省尚未開(kāi)展；在微藻固定CO2方面，全球基于微藻燃油的生物能源公司約80多家，處于研發(fā)中試階段；在國(guó)內(nèi)，中科院和中石油已開(kāi)展研發(fā)；在我省山西農(nóng)業(yè)大學(xué)也啟動(dòng)小試研發(fā)，以期建立具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的微藻燃油產(chǎn)業(yè)。在農(nóng)業(yè)碳匯方面，澳大利亞研究了農(nóng)業(yè)生物碳生產(chǎn)應(yīng)對(duì)氣候變化的問(wèn)題；美國(guó)研究了玉米種植帶的碳減排能力和土地固碳潛力；臺(tái)灣提出農(nóng)業(yè)土壤碳匯和森林碳匯是未來(lái)節(jié)能減排的重點(diǎn)方向，包括在農(nóng)業(yè)和森林中增加CO2，提高產(chǎn)量和種植量；在國(guó)內(nèi)，中科院已啟動(dòng)碳匯工程研究，山西農(nóng)大參與其中。山西發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)面臨的技術(shù)難題是：富碳因子作用機(jī)理、富碳因素高效耦合，富碳環(huán)境構(gòu)建及調(diào)控技術(shù)

7、體系等方面各項(xiàng)技術(shù)都有待突破，特別是CO2商品化技術(shù)開(kāi)發(fā)、富碳條件下設(shè)施消減CO2技術(shù)、光伏材料富碳條件下的高效利用技術(shù)、富碳農(nóng)業(yè)設(shè)施與環(huán)境調(diào)控裝備以及能源微藻高效轉(zhuǎn)化CO2生產(chǎn)清潔燃油的關(guān)鍵技術(shù)等方面急需突破。二、技術(shù)需求及攻關(guān)路徑（一）產(chǎn)業(yè)鏈富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)包括研發(fā)，農(nóng)業(yè)工廠的設(shè)計(jì)建造和材料，光伏發(fā)電、光導(dǎo)和熱導(dǎo)設(shè)備和材料，碳的供應(yīng)，生態(tài)農(nóng)業(yè)種子、肥料和農(nóng)藥，農(nóng)業(yè)工人及其教育培訓(xùn)，全產(chǎn)業(yè)鏈的物流，產(chǎn)業(yè)政策制定及其實(shí)施的政府部門等。產(chǎn)業(yè)選擇思路：以CO2資源化富碳利用為中心，組織構(gòu)建微藻燃油、設(shè)施農(nóng)業(yè)、土壤碳庫(kù)及林果草等植物高效固碳領(lǐng)域，具有前瞻性、基礎(chǔ)性和地域性產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)的若干產(chǎn)業(yè)固碳

8、專題，開(kāi)展科研開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。（二）創(chuàng)新鏈圍繞富碳農(nóng)業(yè)發(fā)展方向，針對(duì)我省富碳農(nóng)業(yè)存在的關(guān)鍵性技術(shù)需求，設(shè)計(jì)了富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)需求及市場(chǎng)需求，技術(shù)攻關(guān)路徑創(chuàng)新鏈。在富碳條件下生物高效固碳、生態(tài)循環(huán)的基礎(chǔ)上，以微藻燃油高效固碳、食用菌產(chǎn)業(yè)鏈、設(shè)施農(nóng)業(yè)高效固碳、困難立地富碳農(nóng)業(yè)模式、土壤、林果草高效固碳、農(nóng)業(yè)固碳動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估體系等8個(gè)專項(xiàng)為重點(diǎn)攻關(guān)方向，89個(gè)課題為主體，若干關(guān)鍵技術(shù)為核心，同時(shí)構(gòu)建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和人才平臺(tái)建設(shè)體系。2014版提煉重點(diǎn)項(xiàng)目34個(gè)，其中，最優(yōu)先項(xiàng)目4項(xiàng)，優(yōu)先項(xiàng)目14項(xiàng)，支持項(xiàng)目8項(xiàng)，儲(chǔ)備項(xiàng)目8項(xiàng)（見(jiàn)圖2-1、圖2-2）。三、重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的凝煉（一）二氧化碳資源化富碳技術(shù)

9、以工業(yè)源廢棄CO2氣體為中心，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合大農(nóng)業(yè)使用的高效CO2產(chǎn)品，加大植物生產(chǎn)空間中CO2濃度，在光合作用下植物葉綠素吸收CO2產(chǎn)生植物淀粉，實(shí)現(xiàn)CO2的高效循環(huán)利用。重點(diǎn)研究解決CO2 提純、儲(chǔ)運(yùn)、調(diào)控釋放等商品化技術(shù)；研究解決CO2物化產(chǎn)品高容量吸附劑選擇與循環(huán)再生利用；研究解決富碳條件下CO2時(shí)空分布、與水、肥、光熱等光合作用環(huán)境耦合高效轉(zhuǎn)化利用關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。CO2資源化富碳技術(shù)研究及開(kāi)發(fā)利用，在富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈中處于最優(yōu)先地位。（二）微藻燃油高效固碳微藻是一類高光效自養(yǎng)植物，能將光合產(chǎn)物大量轉(zhuǎn)化為油脂，進(jìn)而用于制取生物燃油或其他高值產(chǎn)品。開(kāi)展工廠化微藻養(yǎng)殖、高效吸收CO2和生產(chǎn)清潔

10、燃油的關(guān)鍵技術(shù)工藝和配套裝備研發(fā)，年產(chǎn)170萬(wàn)噸微藻燃油及副產(chǎn)品，年產(chǎn)值達(dá)180億元，形成具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的新型微藻燃油產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)。（三）食用菌產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈山西如果把每年露天焚燒的400萬(wàn)噸秸稈用于食用菌基質(zhì)，可生產(chǎn)200萬(wàn)噸食用菌；其中20%用于精深加工，總產(chǎn)值就可達(dá)200億元。開(kāi)展以產(chǎn)品精深加工為重點(diǎn)的食用菌增效創(chuàng)新研究，扶持工廠化生產(chǎn)，帶動(dòng)菌種、秸稈基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化利用。充分發(fā)揮我省食用菌種植資源優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)野生菌產(chǎn)業(yè)化利用模式。突出食用菌生態(tài)區(qū)域優(yōu)化布局，打造山西北、中、南部各具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的食用菌產(chǎn)業(yè)地域基地。引導(dǎo)我省食用菌產(chǎn)業(yè)走質(zhì)量效益型路子。優(yōu)先開(kāi)展設(shè)施食用菌高效碳循環(huán)研究與示范項(xiàng)目研究，為設(shè)施

11、富碳農(nóng)業(yè)探索一條經(jīng)濟(jì)高效途徑。（四）設(shè)施農(nóng)業(yè)高效固碳圍繞CO2、光伏材料、水、肥及高光效作物品種等富碳因子高效表達(dá)參數(shù)研究，高效耦合模式研究，高效轉(zhuǎn)化體系構(gòu)建及調(diào)控技術(shù)研究，CO2商品化研究與開(kāi)發(fā)，開(kāi)展設(shè)施農(nóng)業(yè)富碳化工程技術(shù)開(kāi)發(fā)。以現(xiàn)有設(shè)施農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)，開(kāi)展高碳源區(qū)域主流設(shè)施條件的優(yōu)勢(shì)作物品種富碳技術(shù)集成展示與示范。通過(guò)設(shè)施農(nóng)業(yè)富碳體系研究與建立，開(kāi)發(fā)示范，實(shí)現(xiàn)富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。本領(lǐng)域最優(yōu)先項(xiàng)目，CO2商品化技術(shù)開(kāi)發(fā)，光伏材料高效利用，高光效作物品種篩選，設(shè)施農(nóng)業(yè)富碳化工程技術(shù)開(kāi)發(fā)，以及多類型設(shè)施富碳技術(shù)集成示范。（五）困難立地富碳農(nóng)業(yè)模式以提高困難立地設(shè)施農(nóng)業(yè)固碳能力為切入點(diǎn)，推進(jìn)困難立地設(shè)

12、施富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益提升為核心，圍繞構(gòu)建不同困難立地農(nóng)業(yè)設(shè)施建造與環(huán)境控制工程、困難立地設(shè)施生產(chǎn)工程和生產(chǎn)配套工程等四大產(chǎn)業(yè)鏈，配置創(chuàng)新鏈，在困難立地梯田溫室、窯洞式溫室、非穩(wěn)態(tài)地溫室、高相變性溫室墻體建筑材料、困難立地太陽(yáng)光能等自然資源高效利用、困難立地設(shè)施蔬菜生產(chǎn)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式與管理體系、不同困難立地生態(tài)環(huán)境模式與變化機(jī)理研究等方面開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，開(kāi)發(fā)山西困難立地富碳農(nóng)業(yè)高效優(yōu)化模式。（六）土壤高效固碳土壤作為地球上最大的碳源碳庫(kù)。圍繞保護(hù)性耕作土壤固碳、農(nóng)田土壤固碳、工礦廢棄地土壤固碳、鹽堿地土壤固碳和土壤固碳監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)等土壤固碳主要產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，以提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)固碳能力為切入點(diǎn)，推進(jìn)土壤固

13、碳產(chǎn)業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益提升為核心，圍繞構(gòu)建富碳農(nóng)業(yè)大產(chǎn)業(yè)鏈，從保護(hù)性耕作土壤固碳、農(nóng)田土壤固碳、困難立地土壤固碳和土壤固碳監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)等四方面開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，構(gòu)建山西土壤高效固碳體系和產(chǎn)業(yè)示范模式。（七）林果草高效固碳充分發(fā)揮林地、果園和草地高效吸收固定CO2的巨大潛力，通過(guò)CO2高效利用、林果草生物質(zhì)高效生產(chǎn)、生物質(zhì)產(chǎn)品利用替代化石燃料，實(shí)現(xiàn)工業(yè)CO2資源化利用、大氣CO2碳減量、生產(chǎn)過(guò)程減排、產(chǎn)業(yè)增效多重目標(biāo)。以提高林果草產(chǎn)業(yè)固碳能力為切入點(diǎn)，圍繞構(gòu)建高效碳匯林、高效固碳豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)果園、高效固碳飼草地3大產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，加上高效固碳林果草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)配置創(chuàng)新鏈，優(yōu)先在高效固碳碳匯林集約經(jīng)營(yíng)技術(shù)體系、果

14、樹(shù)富碳高效生產(chǎn)技術(shù)體系、高效固碳飼草栽培與富碳草地管理技術(shù)等方面開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，構(gòu)建山西林果草高效固碳產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系。（八）富碳農(nóng)業(yè)檢測(cè)評(píng)估服務(wù)體系富碳農(nóng)業(yè)是一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)不同富碳農(nóng)業(yè)的設(shè)施、困難立地、土壤類型以及林草果、食用菌、微藻燃油等CO2濃度和光照、氣溫、空氣濕度、土壤溫濕度等環(huán)境要素的監(jiān)測(cè)，分析不同富碳農(nóng)業(yè)環(huán)境改善氣象條件和土壤質(zhì)地的能力，分析不同作物在高CO2濃度下光合效率的變化以及不同外界條件對(duì)光合作用的影響，建立相應(yīng)的富碳環(huán)境和農(nóng)作物固碳能力評(píng)估模型，為選擇最適宜的富碳農(nóng)業(yè)環(huán)境和最高效的富碳作物品種奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)富碳環(huán)境、作物生長(zhǎng)發(fā)育特征、氣象條件變化特點(diǎn)，

15、建立人為控制氣象條件、促進(jìn)固碳效益最大化的富碳農(nóng)業(yè)實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)。使富碳農(nóng)業(yè)最大限度得發(fā)揮CO2吸收庫(kù)的作用。四、配套技術(shù)體系發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)需要配套政策，主要包括政府的經(jīng)費(fèi)扶持、稅收減免及補(bǔ)貼等優(yōu)惠政策，設(shè)立富碳農(nóng)業(yè)重大科技專項(xiàng)計(jì)劃、建立擔(dān)保風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制、引導(dǎo)農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)主動(dòng)參與富碳農(nóng)業(yè)建設(shè)等。建立一支由國(guó)外、國(guó)內(nèi)、省內(nèi)專家組成的研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，建設(shè)研發(fā)平臺(tái)和重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，提高科研水平及開(kāi)拓創(chuàng)新能力。建立一支基層技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍，掌握富碳生產(chǎn)技術(shù)能力，從產(chǎn)業(yè)化方向進(jìn)行服務(wù)，提高富碳從業(yè)人員的整體素質(zhì)。開(kāi)發(fā)聯(lián)系政府、高校、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)、專業(yè)物流企業(yè)、交易市場(chǎng)和電子商務(wù)平臺(tái)的山西富碳農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)，推進(jìn)生

16、產(chǎn)者、經(jīng)營(yíng)者與消費(fèi)者，企業(yè)和農(nóng)戶之間的信息共享，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品營(yíng)銷訂單化，促進(jìn)富碳農(nóng)業(yè)健康發(fā)展。建立富碳技術(shù)網(wǎng)站，宣傳培訓(xùn)富碳設(shè)施生產(chǎn)技術(shù)，服務(wù)從業(yè)人員。五、預(yù)期效益分析（一）技術(shù)指標(biāo)圍繞富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈延伸、發(fā)展的技術(shù)需求，研發(fā)、集成節(jié)能、減排、固碳共性關(guān)鍵技術(shù)2025項(xiàng)，選育1015個(gè)高效固碳植物品種,重點(diǎn)突破CO2高效利用技術(shù)、富碳農(nóng)業(yè)工廠化增產(chǎn)增值技術(shù)、富碳農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)及環(huán)境控制技術(shù)、秸稈資源化高效利用技術(shù)，建立富碳農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系，為延伸相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈提供全程技術(shù)支撐。（二）減排效果CO2減排量十分可觀,全省180萬(wàn)畝溫室大棚，按照荷蘭溫室施CO2 35 kgm2，1年可施CO2 400億kg；我省目前基礎(chǔ)上增施23倍，則可吸收CO21000萬(wàn)噸1500萬(wàn)噸。全省年產(chǎn)秸稈1 900多萬(wàn)噸，利用500萬(wàn)噸秸稈做發(fā)酵飼料，可減排CO2 770萬(wàn)噸；露天焚燒的400萬(wàn)噸秸稈用于食用菌生產(chǎn)，可減排CO2 670萬(wàn)噸； 全省157萬(wàn)頭存欄牛每年排放出CH417萬(wàn)噸，折合CO2 360萬(wàn)噸,實(shí)施低碳養(yǎng)殖可實(shí)現(xiàn)年減排15% CO2 50萬(wàn)噸；萬(wàn)噸級(jí)微藻示范基地年吸收CO2 500萬(wàn)噸；光伏食用菌大棚1萬(wàn)畝每年發(fā)電可達(dá)3億KWh，節(jié)約標(biāo)煤120萬(wàn)噸,折合減排CO2 300萬(wàn)噸。我省1億畝林地中5000萬(wàn)畝森林，1畝闊葉林1天可吸收CO2 67kg，1年可折合吸收6億噸；我省近8000萬(wàn)畝草地