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)境問題，我們的生產(chǎn)方式應(yīng)當(dāng)進行怎樣的調(diào)整和改革？富碳農(nóng)業(yè)的提出，為解決全球經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境問題開出了一劑處方。大禹治水的故事告訴我們，對氣候變暖的治理應(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，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)的形式儲存在地球表面的一種碳儲存方法，同目前國際上所提倡的碳捕集和儲存技術(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，對這些碳水化合物的剛性需求不斷增長。

　　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)失衡問題的重要思路和有效舉措，對于保護和優(yōu)化生態(tài)環(huán)境具有積極意義。結(jié)合我國目前的實際情況，大規(guī)模發(fā)展富碳農(nóng)業(yè)可以起到一石四鳥的作用：利用鹽堿地、沙漠地、荒漠地等解決土地短缺問題；有利于解決糧食短缺問題；緩解能源危機；有效應(yīng)對全球氣候變化。同大規(guī)模的農(nóng)業(yè)機械化生產(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)、超凈無菌車間技術(shù)等有機融合到新的農(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、荒漠地等進行改造建設(shè)，所需要的能源應(yīng)以太陽能、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。相對于近年來發(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氣體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柲芄鉄嵯嘟Y(jié)合的方法進行控溫，使用太陽能直接光照、人造光源和太陽光導(dǎo)相結(jié)合的方法提供植物生長所需要的光能。

　　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到11%左右，甚至可同光伏電池的光電效率相比擬。這遠高于傳統(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人工方法進行補給，氣體來源主要是工業(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現(xiàn)二氧化碳的捕集、運輸和在密閉場所的釋放，這是實現(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，葉綠素對陽光的吸收光譜主要呈現(xiàn)兩個峰值：紅光和紫光。所以，太陽光的全色光譜中只有部分譜線是對光合作用作出貢獻的。另外，光合作用的光飽和點也并非全部太陽光強，其最佳光強是同二氧化碳濃度有關(guān)的，而且對于許多植物來說，光飽和點遠小于太陽光強?；谶@兩點科學(xué)事實，在密閉環(huán)境下，使用最佳強度的紅色、紫色人造光源代替或部分代替太陽光源的技術(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)的價值進行比較計算，達到了初步可行的程度；二是對于距地面不是很深的密閉農(nóng)業(yè)工廠，使用太陽光的光導(dǎo)纖維導(dǎo)入陽光，運用反射聚光的技術(shù)改進，可以大大降低成本，是采光的又一個技術(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)計植物生產(chǎn)方法，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工業(yè)化、生產(chǎn)線化、高效化。