三农生态产业技术创新战略联盟:为农业发展注入“碳能量”

      将人类活动特别是工业生产中产生的二氧化碳捕集后，以高于大气中二氧化碳含量几倍的浓度，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。这是一种将多余的二氧化碳转化为碳水化合物并以粮食或其他干物质的形式储存在地球表面的一种碳储存方法。

      这符合自然界中碳循环原理。将使用化石能源所产生的碳排放通过植物转化为有用的食品和用品，是缓解工业化引起的生态失衡问题的重要思路和有效举措，对于保护和优化生态环境具有积极意义。

      我国是农业大国，用占世界7%的土地，养活了22%的人口。我国生产的粮食、棉花、油菜籽、烟叶、肉类、蛋类、水产品、疏菜、水果等九类农产品产量均居世界第一；谷物产量占世界总产量的1/4，肉类占1/3……但发展到今天，我国农业的可持续发展却面临着巨大问题。

      日前，农业部部署，将在全国范围内启动实施化肥、农药使用量零增长行动，力争到2020年，化肥利用率和主要农作物农药利用率均达到40%以上，分别比2013年提高7个百分点和5个百分点，实现农作物化肥、农药使用量零增长。

      “我们已站在生态农业、绿色发展的十字路口，我们不得不反思我们的过去，也不得不思考我们的未来。”中国三农生态产业技术创新战略联盟理事长冉超说。

      为形成最大合力来创新我国生态农业技术，推进生态农业在国内快速铺开，在中国高科技产业促进会等指导下，中国三农生态产业技术创新战略联盟2010年正式成立。联盟有中国农业大学规划设计院、三农生态产业集团、上海大宗农产品交易所、河南畜牧规划设计研究院、河南省肉牛工程技术研究中心等科研、种植和养殖会员单位600多家。

      谁是农药化肥残留的受害者

      据全国土壤污染普查发现，我国土壤污染总超标率为16.1%，其中耕地点位超标率19.4%，土壤镉超标率7%，重污染企业及周边土壤超标点位36.3%……地球上所有污染物中90%的最终“受体”都是土壤。无论是大气中的污染物沉降，污水灌溉和下渗，固体废弃物填埋，“受害者”都是土壤。

      为提高农业产量，人类发明了化肥；为消灭害虫，农药出现了。据计算，每投资一元钱的化肥和农药，即可获得8—16元的回报。可以说，农业生产获得高产的过程中，化肥和化学农药成了当之无愧的“功臣”。但随着广泛、超量使用化肥和化学农药，所产生的负面影响也越来越被人们所认识。

      我国化肥、农药生产和使用量均为世界第一。农业部副部长张桃林曾表示，我国农业目前的化肥、农药使用量总体较高，特别是果树和蔬菜，施肥量已超出安全水平。

      过量使用化肥、化学农药，虽然省工省力见效快，但致使大量植物残体、动物粪便遭遗弃，大多堆放在地头、路沟、河边等，经日晒、降雨分解，最终随雨水流入坑、沟、河、湖、海，造成水体富氮富磷。一旦气温升高，蓝藻就会大面积暴发，水体中的鱼类、浮游生物以及贝类等都会消失，生态平衡被打破，形成生态灾难，也成了污染治理“老大难”问题。

      公开的资料显示，化学农药在杀灭有害生物的同时，也杀灭了有益生物，如蛙类、鸟类等昆虫天敌；蜜蜂的大幅减少，植物授粉出现问题；各种病、虫、草害抗药性提高上百倍，其中蚜虫的抗药性居然高达1600倍，陷入了施药量越来越大，病虫害越来越严重的“怪圈”。

      “人是生态的一部分，对环境和生态的危害，人是无法逃离的。”冉超说，由于化肥和化学农药长期、大量使用，致使亚硝酸盐以及有害金属铅、砷、铬、汞、镉残留在土壤中，并随之进入农产品。据研究资料显示，癌症患者中，有80%是长期食用含超标亚硝酸盐、铅、砷、镉、汞等有害残留的食品。

      冉超强调，我国虽然是农业大国，但不是农业强国，更不是农产品贸易大国。我国农产品中化肥、化学农药的高残留影响了我国在国际市场上的地位，也制约了农产品的出口，严重阻碍了农民收入水平的提高。“只有生态农业的绿色发展，才是国家昌盛、农民增收、人民健康的根本保障。”

      碳能源，不施化肥也能高产

      发展生态农业因尊重太阳能为能源的生物链规律、持续发展的规律。冉超认为，“一切生命都要依靠以绿色植物为主的‘自养’生物，他们利用太阳能合成的生命物质，取得生命可使用的资源。农业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。它也要遵循人与自然和谐相处、并可持续的发展规律。”

      根据植物生长规律，植物生长的“三要素”为阳光、空气和水；植物生长需要的三大元素是碳、氢、氧。也就是说，“碳元素是植物的粮食，碳是构成植物细胞的骨架”，碳元素的多少，才是决定植物高产的关键性因素。

      如何利用空气中的二氧化碳这个“能源宝库”，为农业生产服务，早已成为科技界专家研究的重点。为此，中国三农生态产业技术创新战略联盟发明并在全国示范性使用了“二氧化碳捕获富集（碳能源）技术”。

      二氧化碳捕获富集（碳能源）技术，遵循“以太阳能为能源的生物链规律”，确立“植物吸收空气中的二氧化碳，在阳光的照射下制造碳水化合物供植物生长积累，是生物孕育、生长、成熟的一个不可逾越的基本规律”。冉超解释说，利用空气中的碳、氢、氧三种植物生长所需的元素，捕获空气中已有的350-400PPM二氧化碳，富集到作物上达到550PPM以上，提高光合作用速率，以此达到不施化肥也能高产的目的。

      冉超说，二氧化碳捕获富集（碳能源）技术的应用，不但能保障国家粮食产量的安全，而且能保障食品安全，解决农产品中亚硝酸盐、铅、砷、镉、汞、铬等有害重金属高残留问题，让国民吃出健康来。

      富碳除氮给农业排放减负

      冉超认为，生态农业的发展，与当前公众非常关注的环境污染以及治理息息相关。冉超给记者描绘了农业上广泛使用的氮素化肥的生产工艺。即首先要通过能源消费，烧煤或烧油来“造气”，实际上就是制造气状的碳元素，再把氨元素导进碳元素内，最后的结晶成为“碳酸氢氨”化肥。然后在农业的实际生产中，农民把化肥撒入农田，由于氨元素是活泼元素，很快就挥发到空气中，剩下来撒到田地里的白色小颗粒，大部分是碳颗粒。

      “这也验证了‘植物高产靠的是碳元素，而不是氮元素’的道理。”冉超说。根据该原理，二氧化碳捕获富集（碳能源）技术也成为治理土壤污染的有效方法。即捕集空气中二氧化碳，富集在植物叶茎上，替代化学肥料实现高产；采用生态模式进行农业生产，利用“以草复草不长草”原理，不使用化学除草剂照样能不长草，或者利用生物多样性来以虫除草、以虫治虫等。

      据介绍，联盟中利用生态农业来治理水体污染的方法还包括，把作物秸杆、植物残体、动物粪便等废弃物，经处理后施入农田，续接自然生物链，以此达到生态平衡；运用二氧化碳捕集（碳能源）技术，捕集空气中的碳元素，并结合捕集剂中的碳元素，组成活性碳，利用活性碳杀灭水体水华中的微囊藻等，以此达到水体中氢氧元素的平衡。

      空气中二氧化碳浓度的升高会造成全球气候变暖，氨元素作为化肥中的一个重要元素，一在农业生产中使用，就会迅速进入大气，并与大气中的二氧化碳结合，形成重要的大气污染物——氮氧化物。所以农业对大气污染的“贡献”也不容忽视。中国科学院大气物理所研究员王跃思说，空气中约70%的氨来自于农业与养殖业。据初步估算，包括秸秆焚烧、化肥过量使用等在内，来自农业的大气污染物约占排放总量的10%—20%。

      “人们常说的是Pm2.5、Pm10，指的都是大气中颗粒物的直径，氮氧化物是雾霾、Pm2.5、Pm10的重要组成部分。”冉超说，如果在农业生产中大量减少使用化肥，利用二氧化碳作为农业生产“碳能源”，将会大幅减少空气中氨等污染物。

      冉超认为，经各示范区实践，二氧化碳捕集富集（碳能源）技术在治理土壤污染、农业生产中的增产结果是令人鼓舞的。但与化学农业理论相比，在理论方面尚有不完善的地方，特别是植物生长必须的碳、氢、氧三大元素无法计量，成为一直困扰生态农业的理论之处。

      “理论数据的欠缺，加上是新技术，以前没有可以借鉴等因素的制约，生态农业还没有像化学农业那样精确到斤两等数据。”他表示，热切希望联盟成员、学者等进一步研究和实践，完善生态农业的理论，推动其科技的创新和进步。