山西省富碳农业创新链

1、山西省富碳农业产业创新链前 言山西是高碳能源产业结构，也是全国碳排放最高的省份。节能并降低碳排放、固碳并转化利用是山西实现经济转型的重要措施。富碳农业可以将工业上过剩的CO2用于农业生产。开展富碳技术研究、建立富碳农业技术基地、进行富碳农业技术集成示范，最终实现广泛推广应用，对于山西实现高碳资源低碳发展，黑色资源绿色发展，促进富碳农业新兴产业发展意义重大。“富碳农业”是一种创新的理念和模式，从狭义理解，富碳农业指将人类活动特别是工业生产中产生的CO2捕集后，以高于大气中CO2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

2、。从广义理解，富碳农业是基于农业的碳汇功能，指通过各种农业措施高效固定人类活动特别是工业生产中产生的CO2，从而达到减排目的。因此，富碳农业体现在固碳、减排、节能三个方面，在目前工业领域大规模捕集和封存CO2技术尚不成熟、利用途径有限的情况下，利用绿色植物光合作用是目前最经济有效的减碳途径。今年3月15日，李小鹏省长在人民日报刊载的文章“富碳农业为二氧化碳找出路”上作了批示，对此，张复明副省长批示：“请科技厅商农业厅、林业厅，结合低碳创新行动计划，提出我省发展富碳农业的具体意见，并对富碳农业科技项目给予立项支持。”根据省领导的批示精神，科技厅组织专门人员编写了“山西省富碳农业产业创新链”。山西

3、省富碳农业产业创新链一、产业发展现状和技术瓶颈（一）富碳农业的五大独特作用1.应对气候变化。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CO2形成碳水化合物，不需要付出额外的成本，就可降低大气中CO2的浓度，是目前最经济有效的减碳途径。一亩森林，每天可吸收CO267kg，l980-2005年中国造林活动累计净吸收约30亿吨的CO2。因此，发展富碳农业可以有效控制CO2在大气中的排放，从而有效地缓解气候变化。2.缓解能源危机。富碳农业工厂可以利用太阳能、风能等再生能源，以分布式电站的形式就地生产、就地使用。富碳农业工厂可以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

4、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。此外，还可以利用能源微藻高效转化CO2生产清洁燃油，从而有效缓解能源危机。3.补充粮食短缺。当温室大棚内CO2的浓度大于大气中的23倍时，大部分蔬菜产量可以提高1倍。CO2浓度充足可使蔬菜提早上市，减少农药用量，改善作物品质。按照IPCC对全球的减排目标，中国如果承担3.6亿吨CO2的年减排量，通过富碳农业工厂转换为农林产品，则可增产7.2亿吨农林干物质，其中2.5亿吨可以作为食物，是2011年全国粮食总产量的43%。这对于有效保障粮食安全意义重大。4利用困难立地。富碳农业工厂可以使用我省450万亩盐碱地、沙荒地以及目前大量存在的沟、坡、坎、

5、塘、废矿井、土窑洞及采石、采矿、采砂、取土和砖瓦窑采区等困难立地等进行建设，从而促进农业产业结构调整，扩大种植面积，有效缓解耕地面积的不足。5.实现循环发展。发展富碳农业可以消耗CO2，缓和工业碳排放压力，减轻大气污染和水资源短缺等资源环境压力。我省在“以煤为基，多元发展”的大背景下，大力发展富碳农业，不仅可以使工业废气变为农业的宝贵资源，实现CO2在工业和农林草业之间循环利用，而且可以减少温室气体排放，实现低碳工业与富碳农业的互补发展。（二）发展现状与技术难题在设施农业利用CO2方面，荷兰温室补充CO2大幅提高单产，是我国产量的810倍；在光伏食用菌方面，湖北辽宁山东启动了光伏食用菌示范工程

6、和食用菌大棚20兆瓦光伏发电示范项目，我省尚未开展；在微藻固定CO2方面，全球基于微藻燃油的生物能源公司约80多家，处于研发中试阶段；在国内，中科院和中石油已开展研发；在我省山西农业大学也启动小试研发，以期建立具有市场竞争力的微藻燃油产业。在农业碳汇方面，澳大利亚研究了农业生物碳生产应对气候变化的问题；美国研究了玉米种植带的碳减排能力和土地固碳潜力；台湾提出农业土壤碳汇和森林碳汇是未来节能减排的重点方向，包括在农业和森林中增加CO2，提高产量和种植量；在国内，中科院已启动碳汇工程研究，山西农大参与其中。山西发展富碳农业面临的技术难题是：富碳因子作用机理、富碳因素高效耦合，富碳环境构建及调控技术

7、体系等方面各项技术都有待突破，特别是CO2商品化技术开发、富碳条件下设施消减CO2技术、光伏材料富碳条件下的高效利用技术、富碳农业设施与环境调控装备以及能源微藻高效转化CO2生产清洁燃油的关键技术等方面急需突破。二、技术需求及攻关路径（一）产业链富碳农业产业的关联产业包括研发，农业工厂的设计建造和材料，光伏发电、光导和热导设备和材料，碳的供应，生态农业种子、肥料和农药，农业工人及其教育培训，全产业链的物流，产业政策制定及其实施的政府部门等。产业选择思路：以CO2资源化富碳利用为中心，组织构建微藻燃油、设施农业、土壤碳库及林果草等植物高效固碳领域，具有前瞻性、基础性和地域性产业优势的若干产业固碳

8、专题，开展科研开发与应用。（二）创新链围绕富碳农业发展方向，针对我省富碳农业存在的关键性技术需求，设计了富碳农业产业链、技术需求及市场需求，技术攻关路径创新链。在富碳条件下生物高效固碳、生态循环的基础上，以微藻燃油高效固碳、食用菌产业链、设施农业高效固碳、困难立地富碳农业模式、土壤、林果草高效固碳、农业固碳动态监测与评估体系等8个专项为重点攻关方向，89个课题为主体，若干关键技术为核心，同时构建技术标准体系和人才平台建设体系。2014版提炼重点项目34个，其中，最优先项目4项，优先项目14项，支持项目8项，储备项目8项（见图2-1、图2-2）。三、重点研发项目的凝炼（一）二氧化碳资源化富碳技术

9、以工业源废弃CO2气体为中心，转变为适合大农业使用的高效CO2产品，加大植物生产空间中CO2浓度，在光合作用下植物叶绿素吸收CO2产生植物淀粉，实现CO2的高效循环利用。重点研究解决CO2 提纯、储运、调控释放等商品化技术；研究解决CO2物化产品高容量吸附剂选择与循环再生利用；研究解决富碳条件下CO2时空分布、与水、肥、光热等光合作用环境耦合高效转化利用关键技术问题。CO2资源化富碳技术研究及开发利用，在富碳农业产业创新链中处于最优先地位。（二）微藻燃油高效固碳微藻是一类高光效自养植物，能将光合产物大量转化为油脂，进而用于制取生物燃油或其他高值产品。开展工厂化微藻养殖、高效吸收CO2和生产清洁

10、燃油的关键技术工艺和配套装备研发，年产170万吨微藻燃油及副产品，年产值达180亿元，形成具有市场竞争力的新型微藻燃油产品和产业。（三）食用菌产业创新链山西如果把每年露天焚烧的400万吨秸秆用于食用菌基质，可生产200万吨食用菌；其中20%用于精深加工，总产值就可达200亿元。开展以产品精深加工为重点的食用菌增效创新研究，扶持工厂化生产，带动菌种、秸秆基质标准化利用。充分发挥我省食用菌种植资源优势，开发野生菌产业化利用模式。突出食用菌生态区域优化布局，打造山西北、中、南部各具竞争优势的食用菌产业地域基地。引导我省食用菌产业走质量效益型路子。优先开展设施食用菌高效碳循环研究与示范项目研究，为设施

11、富碳农业探索一条经济高效途径。（四）设施农业高效固碳围绕CO2、光伏材料、水、肥及高光效作物品种等富碳因子高效表达参数研究，高效耦合模式研究，高效转化体系构建及调控技术研究，CO2商品化研究与开发，开展设施农业富碳化工程技术开发。以现有设施农业为基础，开展高碳源区域主流设施条件的优势作物品种富碳技术集成展示与示范。通过设施农业富碳体系研究与建立，开发示范，实现富碳农业产业化发展。本领域最优先项目，CO2商品化技术开发，光伏材料高效利用，高光效作物品种筛选，设施农业富碳化工程技术开发，以及多类型设施富碳技术集成示范。（五）困难立地富碳农业模式以提高困难立地设施农业固碳能力为切入点，推进困难立地设

12、施富碳农业产业整体经济效益提升为核心，围绕构建不同困难立地农业设施建造与环境控制工程、困难立地设施生产工程和生产配套工程等四大产业链，配置创新链，在困难立地梯田温室、窑洞式温室、非稳态地温室、高相变性温室墙体建筑材料、困难立地太阳光能等自然资源高效利用、困难立地设施蔬菜生产、生产经营模式与管理体系、不同困难立地生态环境模式与变化机理研究等方面开展协同攻关，开发山西困难立地富碳农业高效优化模式。（六）土壤高效固碳土壤作为地球上最大的碳源碳库。围绕保护性耕作土壤固碳、农田土壤固碳、工矿废弃地土壤固碳、盐碱地土壤固碳和土壤固碳监测评价等土壤固碳主要产业环节，以提高农业产业固碳能力为切入点，推进土壤固

13、碳产业整体经济效益提升为核心，围绕构建富碳农业大产业链，从保护性耕作土壤固碳、农田土壤固碳、困难立地土壤固碳和土壤固碳监测评价等四方面开展协同攻关，构建山西土壤高效固碳体系和产业示范模式。（七）林果草高效固碳充分发挥林地、果园和草地高效吸收固定CO2的巨大潜力，通过CO2高效利用、林果草生物质高效生产、生物质产品利用替代化石燃料，实现工业CO2资源化利用、大气CO2碳减量、生产过程减排、产业增效多重目标。以提高林果草产业固碳能力为切入点，围绕构建高效碳汇林、高效固碳丰产优质果园、高效固碳饲草地3大产业链环节，加上高效固碳林果草复合生态系统经营配置创新链，优先在高效固碳碳汇林集约经营技术体系、果

14、树富碳高效生产技术体系、高效固碳饲草栽培与富碳草地管理技术等方面开展协同攻关，构建山西林果草高效固碳产业技术体系。（八）富碳农业检测评估服务体系富碳农业是一个全新的研究领域。通过对不同富碳农业的设施、困难立地、土壤类型以及林草果、食用菌、微藻燃油等CO2浓度和光照、气温、空气湿度、土壤温湿度等环境要素的监测，分析不同富碳农业环境改善气象条件和土壤质地的能力，分析不同作物在高CO2浓度下光合效率的变化以及不同外界条件对光合作用的影响，建立相应的富碳环境和农作物固碳能力评估模型，为选择最适宜的富碳农业环境和最高效的富碳作物品种奠定基础。在此基础上，根据富碳环境、作物生长发育特征、气象条件变化特点，

15、建立人为控制气象条件、促进固碳效益最大化的富碳农业实时服务系统。使富碳农业最大限度得发挥CO2吸收库的作用。四、配套技术体系发展富碳农业需要配套政策，主要包括政府的经费扶持、税收减免及补贴等优惠政策，设立富碳农业重大科技专项计划、建立担保风险补偿机制、引导农业龙头企业主动参与富碳农业建设等。建立一支由国外、国内、省内专家组成的研发创新团队，建设研发平台和重点实验室，提高科研水平及开拓创新能力。建立一支基层技术服务队伍，掌握富碳生产技术能力，从产业化方向进行服务，提高富碳从业人员的整体素质。开发联系政府、高校、科研院所、生产企业、专业物流企业、交易市场和电子商务平台的山西富碳农业信息系统，推进生

16、产者、经营者与消费者，企业和农户之间的信息共享，实现农产品营销订单化，促进富碳农业健康发展。建立富碳技术网站，宣传培训富碳设施生产技术，服务从业人员。五、预期效益分析（一）技术指标围绕富碳农业产业链延伸、发展的技术需求，研发、集成节能、减排、固碳共性关键技术2025项，选育1015个高效固碳植物品种,重点突破CO2高效利用技术、富碳农业工厂化增产增值技术、富碳农业设施建设及环境控制技术、秸秆资源化高效利用技术，建立富碳农业产业化技术体系，为延伸相关产业链提供全程技术支撑。（二）减排效果CO2减排量十分可观,全省180万亩温室大棚，按照荷兰温室施CO2 35 kgm2，1年可施CO2 400亿kg；我省目前基础上增施23倍，则可吸收CO21000万吨1500万吨。全省年产秸秆1 900多万吨，利用500万吨秸秆做发酵饲料，可减排CO2 770万吨；露天焚烧的400万吨秸秆用于食用菌生产，可减排CO2 670万吨； 全省157万头存栏牛每年排放出CH417万吨，折合CO2 360万吨,实施低碳养殖可实现年减排15% CO2 50万吨；万吨级微藻示范基地年吸收CO2 500万吨；光伏食用菌大棚1万亩每年发电可达3亿KWh，节约标煤120万吨,折合减排CO2 300万吨。我省1亿亩林地中5000万亩森林，1亩阔叶林1天可吸收CO2 67kg，1年可折合吸收6亿吨；我省近8000万亩草地