1、山西省富碳農業產業創新鏈前 言山西是高碳能源產業結構，也是全國碳排放最高的省份。節能并降低碳排放、固碳并轉化利用是山西實現經濟轉型的重要措施。富碳農業可以將工業上過剩的CO2用于農業生產。開展富碳技術研究、建立富碳農業技術基地、進行富碳農業技術集成示范，最終實現廣泛推廣應用，對于山西實現高碳資源低碳發展，黑色資源綠色發展，促進富碳農業新興產業發展意義重大?！案惶嫁r業”是一種創新的理念和模式，從狹義理解，富碳農業指將人類活動特別是工業生產中產生的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域中，利用相關科學技術，創造一個高效率的光合作用環境，從而極大提高農林作物的產量

2、。從廣義理解，富碳農業是基于農業的碳匯功能，指通過各種農業措施高效固定人類活動特別是工業生產中產生的CO2，從而達到減排目的。因此，富碳農業體現在固碳、減排、節能三個方面，在目前工業領域大規模捕集和封存CO2技術尚不成熟、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濟有效的減碳途徑。今年3月15日，李小鵬省長在人民日報刊載的文章“富碳農業為二氧化碳找出路”上作了批示，對此，張復明副省長批示：“請科技廳商農業廳、林業廳，結合低碳創新行動計劃，提出我省發展富碳農業的具體意見，并對富碳農業科技項目給予立項支持?！备鶕☆I導的批示精神，科技廳組織專門人員編寫了“山西省富碳農業產業創新鏈”。山西

3、省富碳農業產業創新鏈一、產業發展現狀和技術瓶頸（一）富碳農業的五大獨特作用1.應對氣候變化。綠色植物在光合作用過程中，可以主動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，是目前最經濟有效的減碳途徑。一畝森林，每天可吸收CO267kg，l980-2005年中國造林活動累計凈吸收約30億噸的CO2。因此，發展富碳農業可以有效控制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。富碳農業工廠可以利用太陽能、風能等再生能源，以分布式電站的形式就地生產、就地使用。富碳農業工廠可以使用地熱和太陽能光熱相結合的方法進行控溫，使用太陽能直接光照、人造

4、光源和太陽光導相結合的方法提供植物生長所需要的光能。此外，還可以利用能源微藻高效轉化CO2生產清潔燃油，從而有效緩解能源危機。3.補充糧食短缺。當溫室大棚內CO2的濃度大于大氣中的23倍時，大部分蔬菜產量可以提高1倍。CO2濃度充足可使蔬菜提早上市，減少農藥用量，改善作物品質。按照IPCC對全球的減排目標，中國如果承擔3.6億噸CO2的年減排量，通過富碳農業工廠轉換為農林產品，則可增產7.2億噸農林干物質，其中2.5億噸可以作為食物，是2011年全國糧食總產量的43%。這對于有效保障糧食安全意義重大。4利用困難立地。富碳農業工廠可以使用我省450萬畝鹽堿地、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、取土和磚瓦窯采區等困難立地等進行建設，從而促進農業產業結構調整，擴大種植面積，有效緩解耕地面積的不足。5.實現循環發展。發展富碳農業可以消耗CO2，緩和工業碳排放壓力，減輕大氣污染和水資源短缺等資源環境壓力。我省在“以煤為基，多元發展”的大背景下，大力發展富碳農業，不僅可以使工業廢氣變為農業的寶貴資源，實現CO2在工業和農林草業之間循環利用，而且可以減少溫室氣體排放，實現低碳工業與富碳農業的互補發展。（二）發展現狀與技術難題在設施農業利用CO2方面，荷蘭溫室補充CO2大幅提高單產，是我國產量的810倍；在光伏食用菌方面，湖北遼寧山東啟動了光伏食用菌示范工程

6、和食用菌大棚20兆瓦光伏發電示范項目，我省尚未開展；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，處于研發中試階段；在國內，中科院和中石油已開展研發；在我省山西農業大學也啟動小試研發，以期建立具有市場競爭力的微藻燃油產業。在農業碳匯方面，澳大利亞研究了農業生物碳生產應對氣候變化的問題；美國研究了玉米種植帶的碳減排能力和土地固碳潛力；臺灣提出農業土壤碳匯和森林碳匯是未來節能減排的重點方向，包括在農業和森林中增加CO2，提高產量和種植量；在國內，中科院已啟動碳匯工程研究，山西農大參與其中。山西發展富碳農業面臨的技術難題是：富碳因子作用機理、富碳因素高效耦合，富碳環境構建及調控技術

7、體系等方面各項技術都有待突破，特別是CO2商品化技術開發、富碳條件下設施消減CO2技術、光伏材料富碳條件下的高效利用技術、富碳農業設施與環境調控裝備以及能源微藻高效轉化CO2生產清潔燃油的關鍵技術等方面急需突破。二、技術需求及攻關路徑（一）產業鏈富碳農業產業的關聯產業包括研發，農業工廠的設計建造和材料，光伏發電、光導和熱導設備和材料，碳的供應，生態農業種子、肥料和農藥，農業工人及其教育培訓，全產業鏈的物流，產業政策制定及其實施的政府部門等。產業選擇思路：以CO2資源化富碳利用為中心，組織構建微藻燃油、設施農業、土壤碳庫及林果草等植物高效固碳領域，具有前瞻性、基礎性和地域性產業優勢的若干產業固碳

8、專題，開展科研開發與應用。（二）創新鏈圍繞富碳農業發展方向，針對我省富碳農業存在的關鍵性技術需求，設計了富碳農業產業鏈、技術需求及市場需求，技術攻關路徑創新鏈。在富碳條件下生物高效固碳、生態循環的基礎上，以微藻燃油高效固碳、食用菌產業鏈、設施農業高效固碳、困難立地富碳農業模式、土壤、林果草高效固碳、農業固碳動態監測與評估體系等8個專項為重點攻關方向，89個課題為主體，若干關鍵技術為核心，同時構建技術標準體系和人才平臺建設體系。2014版提煉重點項目34個，其中，最優先項目4項，優先項目14項，支持項目8項，儲備項目8項（見圖2-1、圖2-2）。三、重點研發項目的凝煉（一）二氧化碳資源化富碳技術

9、以工業源廢棄CO2氣體為中心，轉變為適合大農業使用的高效CO2產品，加大植物生產空間中CO2濃度，在光合作用下植物葉綠素吸收CO2產生植物淀粉，實現CO2的高效循環利用。重點研究解決CO2 提純、儲運、調控釋放等商品化技術；研究解決CO2物化產品高容量吸附劑選擇與循環再生利用；研究解決富碳條件下CO2時空分布、與水、肥、光熱等光合作用環境耦合高效轉化利用關鍵技術問題。CO2資源化富碳技術研究及開發利用，在富碳農業產業創新鏈中處于最優先地位。（二）微藻燃油高效固碳微藻是一類高光效自養植物，能將光合產物大量轉化為油脂，進而用于制取生物燃油或其他高值產品。開展工廠化微藻養殖、高效吸收CO2和生產清潔

10、燃油的關鍵技術工藝和配套裝備研發，年產170萬噸微藻燃油及副產品，年產值達180億元，形成具有市場競爭力的新型微藻燃油產品和產業。（三）食用菌產業創新鏈山西如果把每年露天焚燒的400萬噸秸稈用于食用菌基質，可生產200萬噸食用菌；其中20%用于精深加工，總產值就可達200億元。開展以產品精深加工為重點的食用菌增效創新研究，扶持工廠化生產，帶動菌種、秸稈基質標準化利用。充分發揮我省食用菌種植資源優勢，開發野生菌產業化利用模式。突出食用菌生態區域優化布局，打造山西北、中、南部各具競爭優勢的食用菌產業地域基地。引導我省食用菌產業走質量效益型路子。優先開展設施食用菌高效碳循環研究與示范項目研究，為設施

11、富碳農業探索一條經濟高效途徑。（四）設施農業高效固碳圍繞CO2、光伏材料、水、肥及高光效作物品種等富碳因子高效表達參數研究，高效耦合模式研究，高效轉化體系構建及調控技術研究，CO2商品化研究與開發，開展設施農業富碳化工程技術開發。以現有設施農業為基礎，開展高碳源區域主流設施條件的優勢作物品種富碳技術集成展示與示范。通過設施農業富碳體系研究與建立，開發示范，實現富碳農業產業化發展。本領域最優先項目，CO2商品化技術開發，光伏材料高效利用，高光效作物品種篩選，設施農業富碳化工程技術開發，以及多類型設施富碳技術集成示范。（五）困難立地富碳農業模式以提高困難立地設施農業固碳能力為切入點，推進困難立地設

12、施富碳農業產業整體經濟效益提升為核心，圍繞構建不同困難立地農業設施建造與環境控制工程、困難立地設施生產工程和生產配套工程等四大產業鏈，配置創新鏈，在困難立地梯田溫室、窯洞式溫室、非穩態地溫室、高相變性溫室墻體建筑材料、困難立地太陽光能等自然資源高效利用、困難立地設施蔬菜生產、生產經營模式與管理體系、不同困難立地生態環境模式與變化機理研究等方面開展協同攻關，開發山西困難立地富碳農業高效優化模式。（六）土壤高效固碳土壤作為地球上最大的碳源碳庫。圍繞保護性耕作土壤固碳、農田土壤固碳、工礦廢棄地土壤固碳、鹽堿地土壤固碳和土壤固碳監測評價等土壤固碳主要產業環節，以提高農業產業固碳能力為切入點，推進土壤固

13、碳產業整體經濟效益提升為核心，圍繞構建富碳農業大產業鏈，從保護性耕作土壤固碳、農田土壤固碳、困難立地土壤固碳和土壤固碳監測評價等四方面開展協同攻關，構建山西土壤高效固碳體系和產業示范模式。（七）林果草高效固碳充分發揮林地、果園和草地高效吸收固定CO2的巨大潛力，通過CO2高效利用、林果草生物質高效生產、生物質產品利用替代化石燃料，實現工業CO2資源化利用、大氣CO2碳減量、生產過程減排、產業增效多重目標。以提高林果草產業固碳能力為切入點，圍繞構建高效碳匯林、高效固碳豐產優質果園、高效固碳飼草地3大產業鏈環節，加上高效固碳林果草復合生態系統經營配置創新鏈，優先在高效固碳碳匯林集約經營技術體系、果

14、樹富碳高效生產技術體系、高效固碳飼草栽培與富碳草地管理技術等方面開展協同攻關，構建山西林果草高效固碳產業技術體系。（八）富碳農業檢測評估服務體系富碳農業是一個全新的研究領域。通過對不同富碳農業的設施、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、土壤溫濕度等環境要素的監測，分析不同富碳農業環境改善氣象條件和土壤質地的能力，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光合作用的影響，建立相應的富碳環境和農作物固碳能力評估模型，為選擇最適宜的富碳農業環境和最高效的富碳作物品種奠定基礎。在此基礎上，根據富碳環境、作物生長發育特征、氣象條件變化特點，

15、建立人為控制氣象條件、促進固碳效益最大化的富碳農業實時服務系統。使富碳農業最大限度得發揮CO2吸收庫的作用。四、配套技術體系發展富碳農業需要配套政策，主要包括政府的經費扶持、稅收減免及補貼等優惠政策，設立富碳農業重大科技專項計劃、建立擔保風險補償機制、引導農業龍頭企業主動參與富碳農業建設等。建立一支由國外、國內、省內專家組成的研發創新團隊，建設研發平臺和重點實驗室，提高科研水平及開拓創新能力。建立一支基層技術服務隊伍，掌握富碳生產技術能力，從產業化方向進行服務，提高富碳從業人員的整體素質。開發聯系政府、高校、科研院所、生產企業、專業物流企業、交易市場和電子商務平臺的山西富碳農業信息系統，推進生

16、產者、經營者與消費者，企業和農戶之間的信息共享，實現農產品營銷訂單化，促進富碳農業健康發展。建立富碳技術網站，宣傳培訓富碳設施生產技術，服務從業人員。五、預期效益分析（一）技術指標圍繞富碳農業產業鏈延伸、發展的技術需求，研發、集成節能、減排、固碳共性關鍵技術2025項，選育1015個高效固碳植物品種,重點突破CO2高效利用技術、富碳農業工廠化增產增值技術、富碳農業設施建設及環境控制技術、秸稈資源化高效利用技術，建立富碳農業產業化技術體系，為延伸相關產業鏈提供全程技術支撐。（二）減排效果CO2減排量十分可觀,全省180萬畝溫室大棚，按照荷蘭溫室施CO2 35 kgm2，1年可施CO2 400億kg；我省目前基礎上增施23倍，則可吸收CO21000萬噸1500萬噸。全省年產秸稈1 900多萬噸，利用500萬噸秸稈做發酵飼料，可減排CO2 770萬噸；露天焚燒的400萬噸秸稈用于食用菌生產，可減排CO2 670萬噸； 全省157萬頭存欄牛每年排放出CH417萬噸，折合CO2 360萬噸,實施低碳養殖可實現年減排15% CO2 50萬噸；萬噸級微藻示范基地年吸收CO2 500萬噸；光伏食用菌大棚1萬畝每年發電可達3億KWh，節約標煤120萬噸,折合減排CO2 300萬噸。我省1億畝林地中5000萬畝森林，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8000萬畝草地