发布时间：[2017-02-04]浏览次数：3288
发展新气候经济应对全球气候变化
雷学军1,2
（1.中南林业科技大学 碳循环研究中心，湖南 长沙 410004；2.湖南省精细化工研究所，湖南 长沙 410015）
摘 要：为实现工业化以来，全球升温不超过2℃的目标，《巴黎协定》提出：“本世纪下半叶实现温室气体净零排放”，世界各国都面临着碳减排的严峻挑战。笔者从刈割韭菜得到启示，发现、界定了“速生草”，通过选育和种植，实现了生物质飞跃大增产；将大气圈中的CO2一部分转化成生物质替代化石燃料，一部分转化分配到以生物质为原料的产品生产、运输、储存与使用的产业链中，创建人工碳库，实施大气分碳，对碳循环过程实施技术控制，调节大气CO2浓度，消除雾霾与应对全球气候变化。本文提出用碳稅支撑生物碳封存和发展新气候经济，创建“零碳区域”发展模式，建设生态文明，实现人与自然的和谐共存。
关键词：新气候经济；速生草；生态固碳；碳封存；气候变化
蒸汽机开启了人类的工业文明，沉睡在地下的煤炭、石油、天然气被开采燃烧，释放出大量的CO2、NOx等温室气体，导致温室效应显著增强，大气驱动冰的消融，打破了地球上水、气、冰共存的气候平衡状态，引起海平面上升、海洋风暴增多、海岸侵蚀、陆地面积减少、沙漠化加剧、土地干旱、农作物减产、雾霾肆虐、病虫害、热射病、传染性疾病及生物多样性的丧失等等，威胁着人类的生存与发展[1]。为实现工业化以来全球升温不超过2℃的目标，世界各国都面临着碳减排的严峻挑战。
长期以来，人们只认为草具有净化空气、吸收噪音、减少水土流失和土地荒漠化、保持生物多样性、改良土壤、培肥地力、涵养水源、饲养动物等作用，忽视了“草业固碳”方面的研究和实践，把目光和人力、物力、财力倾注在“森林固碳”上。而世界森林面积仅40亿hm2，形成于6500万年以前，碳蓄积总量约2890亿t[2]，工业化、城市化和现代化建设使森林面积不断地减少，碳储总量也在大幅下降。同时，发达国家以其雄厚的经济基础、先进的技术及优越的自然资源条件，在全世界范围内掀起了低能耗、低排放、低污染的”浪潮，并设置国际贸易的碳关税壁垒，遏制发展中国家的经济发展。他们所谓的“低碳经济”模式不具有广泛的适用性和可操作性，衍变成了全球性的“碳博弈”，已成为“低碳陷阱”。他们所谓的“低碳经济”模式下虚拟的碳排放权“配额指标”交易无法彻底地起到碳减排的实际作用，致使当前大气CO2浓度迅猛增涨。2016年6月，大气CO2浓度达到407.46ppm[3]。这意味着全球将面临更多的热浪、降水不均及热带气旋带来的潜在影响。
极端天气已成为新常态，面对资源约束趋紧、环境污染严重的双重瓶颈，用积极的行动和大智慧来破解经济发展、消除雾霾与应对全球气候变化的世纪难题，已成为全人类的紧迫任务。
1 发现速生草本
笔者从刈割韭菜得到启示，发现并界定了一类生长发育迅速，可以反复萌发，捕碳效率高，一年能刈割多次的速生草本植物，将其命名为“速生草”。实验证明，选育的“速生草”叶面总面积50年累计值是相同面积森林50年累计值的260～370倍，叶绿体总数量50年累计值是相同面积森林50年累计值的250～350倍[4]。
“速生草”及生物碳产品经南方林业生态应用技术国家工程实验室和湖南农业大学教育部重点实验室检测，平均碳含量为49.2%；经中南大学能源环境检测与评估中心检测，热值为3000～4500kcal/kg；经中国质量认证中心核算，试验田选育种植的“速生草”年净固碳量为210t/hm2；50年的“生物固碳增量”，是相同面积森林“生物固碳增量”的650倍；是快速捕碳固碳，调节大气温室效应的先锋植物[5]。
本文提出“温室效应的动碳与静碳理论”：“动碳”是指地球大气圈中能自由运动，产生温室效应的含碳物质及CO2当量物质。“静碳”是指大气圈、生物圈、水圈、岩石圈中不产生温室效应的含碳物质、CO2当量物质及其前体物质。在一定的条件下，“动碳”和“静碳”可以互相转化。“动碳”转变为“静碳”时，可降低大气温室效应；“静碳”转变为“动碳”时，可增强大气温室效应。
根据“动碳”的不同来源，可分为“自然动碳”和“人为动碳”。 自然界释放的动碳称“自然动碳”；人类生产、生活活动中释放的动碳称“人为动碳”。
根据“动碳”存在的时间，可分为“暂时动碳”、“长期动碳”和“永久动碳”。在10年内转化为“静碳”的物质称“暂时动碳”；在10～100年内转化为“静碳”的物质称“长期动碳”；在100年以上转化为“静碳”的物质称“永久动碳”。
根据“静碳”的不同来源，可分为“自然静碳”和“人为静碳”。自然界存在的静碳称“自然静碳”；人类生产、生活活动中形成的静碳称“人为静碳”。
根据“静碳”存在的时间，可分为“暂时静碳”、“长期静碳”和“永久静碳”。在10年内转化为“动碳”的物质称“暂时静碳”；在10～100年内转化为“动碳”的物质称“长期静碳”；在100年以上转化为“动碳”的物质称“永久静碳”。
本文提出“光合作用的降温效应与储能效应理论”：“降温效应”是指地球生物圈通过光合作用吸收CO2，减少大气圈中的CO2总量，增加下垫面对太阳辐射的反射，降低温室效应的现象；“储能效应”是指地球生物圈吸收太阳能，转变成化学能的形式储存在生物质中的现象。增加地球生物圈光合作用的空间、面积和光合作用生成物的总量，可使地球表面的“降温效应”和“储能效应”增强；减少地球生物圈光合作用的空间、面积和生成物的总量，可使地球表面的“降温效应”和“储能效应”减弱。
“速生草”的界定、选育与种植，为实现生物质大丰产和形成丰富多彩的生态系统创造了条件。一方面加速了大气圈中的动碳转变为静碳（光合作用生产1t生物质需吸收大气中1.63tCO2），同时向大气中释放了大量的氧气（光合作用生产1t生物质可向大气中释放1.19t氧气），为臭氧层输送“氧源”，屏障紫外线辐射，把太阳射向地球表面的光线更多地向太空反射，降低温室效应；另一方面使光能更多地转变为化学能被吸收储存，增加了地球的能量储存量，提高了地球生物圈光合作用产物的总量，在为人类创造社会财富的同时，调节和稳定地球气候系统。
从物种进化与演替的过程来看，裸子植物的出现早于被子植物。裸子植物都是木本植物，草本植物大多数为被子植物。被子植物是植物界中等级最高、数量最多的植物，如菊科、十字花科等都是草本植物。白垩纪早期陆地上的裸子植物和蕨类植物仍占统治地位，松柏、苏铁、银杏、真蕨及有节类组成主要植物群，直到晚白垩纪才出现灌木和草本植物，渐新世以后草本植物逐渐增多。草本植物是由树进化而来，木本植物较原始，草本植物进化程度高，更加适应环境。没有草就不能驯化庄稼形成农业；没有草场就没有畜牧业，就不会进入农耕、畜牧时代，人类现在可能仍然在森林里采集或狩猎。
C4植物光合效率高，先进行C4途径，然后进行卡尔文循环过程（C3途径）。C4途径的光合效率比C3高，原因是磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2的结合能力远远大于二磷酸核酮糖（RuBP），这是C4植物固碳效率高于C3植物的关键，C3植物的光合作用启动慢，效率低，C4植物的光合作用启动快，效率高。至今木本植物中还未发现C4途径，只有草本植物中有C4途径。
草的光合效率高，生长快，可反复萌发和刈割；树生长缓慢，不能反复刈割，在同等生长面积和生长时间内草的生物量比树大；草本植物的地上部分器官大多数都含有叶绿体，可以进行光合作用，而树只有树叶可以进行光合作用，树消耗营养的器官无论是体积还是重量都占绝大部分；草的光补偿点低于树，同等光照条件下光合速率高，有机物积累量大，单位时间内光合作用最终产物比树多。
草不异树，树不异草。草木同源，本质无异，越千万载远古而来。草与木本植物一样，都是由糖类、淀粉、蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素等成分组成，均可用做建筑材料(如柱、方、条、边、板、轻质墙体、保温、隔音材料、沥青、纤维路面等)、家具、农具、用具、工业品、造纸、化工原料、香料、香精、食品、饲料、肥料及直接燃烧发电等；还可深度开发生产多种精细化学品，如糖基化学品、淀粉基化学品、纤维素/半纤维素基化学品、木质素基化学品、油脂基化学品、甲壳素衍生物、生物塑料及生物燃料等[6]。
2 新气候经济学
新气候经济学（The New Climate Economy Theory，NCET），是研究全球气候变化引起的科技创新、社会经济发展理念和方式变革的科学；是综合开发利用大气碳资源，制造碳产品，形成碳产业，创造碳经济的方法学；是研究生态效益、环境效益、社会效益和经济效益共赢的学说[7]。
发展新气候经济实现全球净零碳排放的方法包括：采用生物育种技术，改良遗传特性，选育优良高产的生物品种，在单位时间内反复收获，实现生物飞跃大增产，将大气圈中的CO2转入生物圈中，发展育种、种植经济，增加生物固碳量；种草、造灌、植树，形成多盖度的复合生态系统，发展生态固碳经济，扩大植物蓄碳量；改良耕作方式，生产、使用生物有机肥，增加土壤中生物质总量及动物、微生物的种群数量，发展土壤固碳经济，提高土壤储碳量；运用生物技术，加工生物碳产品，制备生物制品，发展生物产品固碳经济，拓展生物封碳量；繁育丰产的水生生物，发展渔业固碳经济，加大水圈转碳量；扩大畜牧业规模，促进植物碳转化为动物碳，发展畜牧业固碳经济，扩充动物传碳量；收集生物质直接填埋，把生物碳输入岩石圈，发展碳封存经济，限制大气总碳量；将清洁能源替代化石燃料，发展新能源经济，控制大气增碳量；采取节能减排措施，提高能效，发展碳减排经济，减少人为排碳量；综合开发利用大气碳资源，建立人工碳库，发展碳循环经济，创造大气分碳量。通过固碳、蓄碳、储碳、封碳、转碳、传碳、限碳、控碳、减碳、用碳等方法，实现全球净零碳排放，解决资源与相关环境问题。
新气候经济包括育种、种植经济，生态固碳经济，土壤固碳经济，生物固碳经济，渔业固碳经济，畜牧业固碳经济，碳封存经济，新能源经济，碳减排经济，碳循环经济等一切以实现全球净零碳排放为目标的经济活动范畴。
新气候经济是以光合作用为动力，以碳循环为载体，以生物质丰产为基础，以速生、耐干旱、耐贫瘠、耐严寒的生物为主体，以生态效益、环境效益、社会效益和经济效益共赢为目标的经济产业链。
应对全球气候变暖不可盲目遵从和照搬西方国家推行的“低碳经济”发展模式，要采取多种途径、多种手段集成的具有“治碳”实效的方法，应当以“大气温室效应的动碳与静碳理论”和“光合作用的降温效应与储能效应理论”为依据，以节能减排为基础，以发展“新气候经济”为主导，以“生物碳封存”为措施，以创建“零碳区域”模式为方向，以实现全球温室气体净零排放为目标。
2.1 创新碳交易
我国低碳行业尚有30万亿元的市场未开发，可提供6900万人的就业机会[8]。诺贝尔医学奖获得者Ferid Murad认为：“环境问题已成为当今非常严重的问题，环境治理迫在眉睫，越早治理成本越低”[9]。未来的碳交易市场价格将会一路走高，全球碳市场年总产值将超过120万亿元。
目前，国际上的碳减排交易机制，主要是采取碳排放权“配额指标”分配的碳交易方法：欧盟采用的是基于交易主体的历史碳排放水平为基准数量进行免费发放“配额指标”的“祖父法”；美国采用的是碳排放主体竞拍碳排放权“配额指标”的“拍卖法”；澳大利亚引入了碳排放权“配额指标”的“固定价格购买法”；新西兰则采取以行业平均碳排放量为基准的“混合配额指标法”。上述方法不能从根本上遏制大气CO2浓度的持续上升和全球气候变暖。
建议创立《国际生物碳封存与碳排放权交易新公约》，制定《生物碳封存的技术标准》，用生物碳产品参与碳交易，根据生物碳封存量收取碳排放权交易费。改虚拟的碳排放权“配额指标”交易为实物碳交易。生物碳产品理化性质稳定，填补了国际碳交易产品不能准确计量的空白，必将成为全球碳交易市场的主流，是驾驭高碳的有力措施；既能解决我国节能减排的难题，又可解除西方国家要求减排的巨大压力，使我国获得“治碳”的主动权、话语权与经济权，成为经济发展和应对全球气候变化的先锋。
2.2 生物碳封存
生物碳封存是指用生物的方式进行捕碳，生产植物、动物和微生物等不同类型的生物质，直接填埋或粉碎、干燥、压缩成型封存，增加固碳量的方法。可通过控制生物的繁育、生产面积、空间、数量和种类来调节地球碳循环速度，调节大气CO2浓度。
IPCC指出：化石燃料燃烧和土地利用变化是人类活动造成的主要CO2排放源，CO2排放总量的45%滞留在大气圈中，30%被海洋生态系统吸收，25%被陆地生态系统吸收[10]。据此，如果人类通过减排、替代、转化、抵消和封存每年碳排放总量的50%左右，可实现大气CO2零增长，适度增加碳封存量，可实现大气CO2负增长。
2.2.1 全球实现峰值和零碳
（1）实现碳排放量零增长（峰值），每年需封存生物碳产品约2.74亿t，可吸收大气中约4亿tCO2，总成本约2万亿元；当大气CO2浓度稳定后，综合利用生物碳产品，可新增社会产值约64万亿元，利税约14.3万亿元。
（2）实现零碳排放（零增长）每年全球需封存生物碳产品约111亿t，可吸收大气中约162亿tCO2，总成本约81万亿元；当大气CO2浓度稳定后，综合利用生物碳产品，可新增社会产值约2590万亿元，利税约393.6万亿元。
2.2.2 中国实现峰值和零碳
（1）实现碳排放量零增长（峰值），每年需封存生物碳产品约0.685亿t，可吸收大气中约1亿tCO2，总成本约5000亿元；当大气CO2浓度稳定后，综合利用生物碳产品，可新增社会产值约16万亿元，利税约2.8万亿元。
（2）实现零碳排放（零增长），每年需封存生物碳产品约24.66亿t，可吸收大气中约36亿tCO2，总成本约18万亿元；当大气CO2浓度稳定后，综合利用生物碳产品，可新增社会产值约576万亿元，利税约99.9万亿元。
我国在2030年实现CO2排放达到峰值的自愿减排目标[11]。使用生物碳产品封存的方法，仅需投入5000亿元。
2.3 发展碳经济
碳经济泛指一切含碳素的物质经过加工、生产、运输、储存、销售、使用及衍生金融产品等形成的完整产业链和经济综合体。
2.3.1 生物能源
生物质能是太阳能以化学能的形式贮存在生物质中的能量，是唯一含碳基的可再生能源。理化性质稳定，是含碳基、有形态、易获得、便运输、可计量、好贮存、成本低的太阳能，是化石能源的优良替代品。植物及其碳产品替代化石能源，将其制备成固体、液体和气体形态的燃料产品，可制成固体燃料：如木炭或成型颗粒替代煤，燃烧发电、供热、取暖；可制成液体燃料：如生物柴油、生物原油、植物油、CH3OH、CH3OCH3及C2H5OH等替代石油，供内燃机、锅炉使用；可制成气体燃料，如CO、H2、CH4和沼气等替代天然气，供锅炉、内燃机使用。
2015年我国一次能源生产总量36.2亿tce[12]。若我国煤炭、石油和天然气全部用“速生草”和农林剩余物等生物质替代，每年可新增社会产值约4万亿元，利税约0.48万亿元。
2.3.2 生物肥料
2014年我国化肥行业产量约6933.7万t，行业进口约862.6万t，出口约2903.2万t，国内消费量约4893.1万t，销售收入约8198亿元，国内销售市场规模约7856亿元[13]。
近年来，我国生物有机肥的发展进入了快速增长阶段，但由于生物质原料不足，造成实际生产能力不到整个化肥行业产能的1/20[14]。“速生草”生物量巨大，用于生产有机肥料，不仅符合发展有机肥的大趋势，而且养分丰富，适合微生物发酵，若我国的化肥全部用生物肥料替代，用“速生草”作基质，每年可新增社会产值约4100亿元，利税约615亿元。
2.3.3 动物饲料
2015年全国商品饲料总产量20009万t，同比增长1.4%。其中，配合饲料产量为17396.2万t，同比增长2.7%；浓缩饲料产量为1960.5万t，同比下降8.9%；添加剂预混合饲料产量为652.5万t，同比增长1.9%；商品饲料工业总产值7126亿元，同比增长2.7%[15]。
随着我国人口的不断增加，耕地的减少，在今后较长的时期内不可能拿出更多的粮食做精饲料发展养殖业。大力开发绿色植物饲料资源、多汁饲料资源和微生物饲料资源，可有效地缓解“人畜争粮”。“速生草”作为一种良好的绿色植物饲料资源，种植适应性强，不与人争粮，不与粮争地，单位面积产量高，用做动物饲料，每年可新增社会产值约3500亿元，利税约442亿元。
2.3.4 化工原料
全球正面临环境污染、能源匮乏、粮食不足的三大危机，孕育着一场用生物质代替化石资源的大变革。生物质生产化学原料、化学品、能源产品等，是一种正在崛起的新兴工业模式。生物质精细化工产品已有一千多种，如甘油、乙二醇、丙酸等[16]。
美国提出到2020年将有50％的有机化学品和材料用生物质做原料[17]。2015年我国化工行业实现主营收入8.84万亿元，同比增长1.9%；利润总额4603.4亿元[18]。“速生草”可应用化学工程技术平台开发制造多种化工原料和下游精细化工产品[1]，每年可新增社会产值约9万亿元，利税约1.08万亿元。
2.3.5 碳素材料
活性炭是一种疏水性吸附剂，通常以植物为原料，在密闭容器中经高温850～900℃活化、厌氧燃烧制得。可用于化工行业的无碱脱臭、水质净化、催化剂、载体、气体净化、溶剂回收；食品行业中饮料、油脂、酒类、味精母液的精制、脱色、提纯、除臭；环保行业的污水处理、废气、有害气体的吸附和净化等。活性炭可经纯化制备单质碳。碳的单质形式有金刚石（钻石）、石墨、足球烯、蓝丝黛尔石、石墨烯、碳纳米材料等。
我国石墨及碳素制品产量快速上升，2011年，石墨及碳素制品产量为2556.17万t，同比增长21.98%，实现工业总产值1675.64亿元；同比增长40.58%；实现利税总额109.59亿元，同比增长50.87%。2015年碳纤维新材料行业总产值达2万亿元[19]。用“速生草”生产碳素材料，每年可新增社会产值约1万亿元，利税约1944亿元。
2.3.6 医药制剂
2015年我国医药制造业收入25537.1亿元，同比增长9.1%。2011～2015年，医药制造业实现的利润总额一直呈持续上涨的态势[20]。“速生草”含有萜类、黄酮、生物碱、甾体、多糖等多种珍贵的天然化学成分，将其提取后制备医药制剂，每年可新增社会产值约2500亿元，利税约312亿元。
2.3.7 功能食品
2015年我国食品行业收入达到104118.4亿元，利润总额为6807.4亿元；同比增长6.94%，税收总额为3435.3亿元，利税总额为10242.7亿元[21]。用“速生草”做食品原料，可制备植物蛋白粉、绿色饮料、植物口香糖、食用香精、壳聚糖、膳食纤维食品等，每年可新增社会产值约1万亿元，利税约1100亿元。
2.3.8 造纸材料
2015年1～9月，我国造纸工业累计完成主营业务收入10087.22亿元，同比增长3.45％，利税总额762.31亿元，同比增长6.96％[22]。
我国造纸材料短缺，草类纤维原料在纸业中将逐步地发挥出重要作用。2004年国家关闭了数千家小造纸厂，仍然生产了1180万t非木材浆[23]。可以预见，中国的非木材纤维浆的产量将迅速增长。发展草类纤维造纸，每年可新增社会产值约1.3万亿元，利税约980亿元。
2.3.9 工艺制品
工艺制品，是指为适应生活需要和审美要求，就地取材，以手工生产为主的一种工艺美术品。品种繁多，如竹编、草编、蜡染、手工木雕、剪纸、民间玩具等。2015年我国民间工艺制品行业产值约5560亿元[24]。“速生草”用于制作民间工艺制品，每年可新增社会产值约600亿元，利税约104亿元。
2.3.10 建筑材料
发展人造板工业是节约木材资源的重要途径，有利于缓解木材供需矛盾，减少对天然林采伐的依赖，保护森林，改善生态环境[25]。
我国草纤维建筑材料发展迅速，现有企业万余家，从业人员300多万，年产量超过25亿m3，产值近万亿元[26]。“速生草”生产型材（柱、方、条、边、板）、轻质墙体、保温、隔音材料、沥青纤维路面等绿色建材，性能优良。每年可新增社会产值约5000亿元，利税约870亿元。
2.4 拓展新生态
草本植物作为保水和改良土壤的先锋植物，具有乔木、灌木无法适应的气候条件下生存的能力[27]，具有良好的水、土保持作用，先在石漠化、沙漠化、海岸侵蚀、水土流失区域种植草本植物，逐步扩展灌木、乔木，形成多盖度的复合生态系统，可发挥巨大的生态固碳作用。
2.4.1 石漠改造
全世界喀斯特地区面积达5100万km2，占地球总面积的10%。我国是喀斯特地形分布的大国，裸露和半裸露喀斯特地区分布面积超过130万km2，占国土面积的13.54%。以贵州高原为中心的喀斯特面积达55万km2，是世界热带、亚热带喀斯特分布面积最广的地区。以云贵高原为中心，北起秦岭山脉南麓，南至广西盆地，西至横断山脉，东抵罗霄山脉西侧。行政范围涉及黔、滇、桂、湘、鄂、渝、川和粤八省（区、市）463个县，国土面积107.1万km2，居住着1亿多人口、48个少数民族。石漠化已成为制约我国西南喀斯特地区经济社会发展的一个重大生态问题。
根据贵州省喀斯特地区草地生态畜牧业发展配套推广技术，年纯收入31410元/hm2[28]，在我国喀斯特地区扩大种植草本植物规模，发展畜牧业，每年纯收入将超过4万亿元，利税约0.7万亿元。
2.4.2 沙漠治理
我国干旱、半干旱和亚湿润干旱区域面积331.7万km2，占国土总面积的34.6%。沙漠化面积为267.4万km2，占可能发生荒漠化面积的80.6%，占国土面积的27.9%。每年沙漠化净扩展面积超过66.7hm2，约有773万hm2农田、1.38亿hm2草场因沙漠化危害导致低产或退化。近半个世纪以来，我国已有66.7万hm2耕地、1.33亿hm2以上草地和667万hm2林地退化为沙漠。
《人民日报》报道：库布其6000km2的沙漠得到治理，展现300多亿元的沙漠生态经济[29]。种草治沙，形成良性的生态循环经济模式，我国每年可创造13.4万亿元产值，利税约2.3万亿元。
2.4.3 海岸防护
我国海岸带北起鸭绿江口，南至北仑河口，大陆岸线长约18000公里，侵蚀海岸占总岸线长度的1/3以上，其中渤海沿岸为46%，黄海沿岸为49%，东海沿岸（包括台湾岛）为44%，南海沿岸（包括海南岛）为21%。我国所有开敞的淤泥质海岸和约70%的砂质海岸在不同程度上均遭受到侵蚀，引起沿海地面沉降，滩面变窄、变陡，海咸水入侵地下淡水层等问题，导致沿海地区生态失去平衡，直接影响了沿海人民的生活和生产，每年造成的直接和间接损失超过20亿元[30]。如果在海岸侵蚀区域种植草本植物，不仅能减少海岸侵蚀造成的损失，每年可创造约30多亿元的产值，利税约5亿元。
2.4.4 水土保持
全球水土流失面积达30%，每年损失有生产力的表土250亿t。我国是多山国家，山地面积占国土面积的2/3，同时我国又是世界上黄土分布最广的国家，每年水土流失面积占国土面积的38%。黄河流域的水土流失在全球尤为严重，每立方米黄河水含泥沙37kg，年输沙量为16亿t，其中入海4亿t，黄土高原每平方千米土壤侵蚀量高达1～2万t。长江每年流失土壤44～50亿t，入海8亿t，超过世界三大名河密西西比河、亚玛逊河、尼罗河入海泥沙的总和，而长江的径流量和流域面积却只有三大河流总和的1/5和1/7。我国每年流失土壤100亿t，相当于损失了66.7万hm2耕地的0.3m厚的耕作层。我国七大水系（长江、黄河、珠江、淮河、松花江、海河、辽河）由于水土流失，泥沙淤积，垫高河床，成为“悬河”。全国1/2的人口、1/3的耕地和70%的产值处于江河洪水威胁之下。水土流失加剧沟壑发展，破坏生态环境，导致气候变化，引起贫困加剧。
截止到2011年，陇南土石山区累积完成水土流失治理面积28.96万hm2，获得的经济效益折合人民币359.4亿元，净增产值215.8亿元[31]。我国通过种草，恢复繁茂的生态系统，实现水土保持，每年可新增社会产值约7153亿元，利税约1200亿元。
综合开发利用大气碳资源，繁育、种植草本植物，治理石漠化、沙漠化、进行海岸防护和水土保持，扩大和形成优良的生态系统。发展新气候经济，创建零碳模式，前景广阔，我国每年可新增社会产值约35.99万亿元，利税约5.32万亿元，全球每年可新增社会产值约143.96万亿元，利税约21.28万亿元。
3 应对气候变化
气候变化是指长时期内气候状态的变化。造成气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。目前的气候变化，全球科学家的共识是：有90%以上的可能是人类自己的责任，人类今天所作的决定和选择，会影响气候变化的走向。尽管还存在一些不确定因素，但大多数科学家仍然认为及时采取预防措施是十分必要的。
3.1 调节温室效应
通过对“速生草”将大气圈中动态的CO2气体转入生物圈中，形成静态的固体有机碳化合物的研究，发现了“动碳与静碳可以互相转化”的科学规律；发明了“生物固碳封存技术”；创立了“温室效应的动碳与静碳理论”和“光合作用的降温效应与储能效应理论”；首次提出“综合开发利用大气碳资源”，发展“新气候经济”，创造了“碳的技术控制循环过程”；使“有限的森林固碳量”变为“无限的生物固碳量”；改“虚拟的碳排放权配额指标交易”为“实物碳产品交易”；创建了“零碳经济发展模式”的理论和实践方法；倡导“大农业、大生态、大碳量的生态农业碳经济”；主张用碳税支撑生物碳封存、发展新气候经济，从而实现大气CO2负增长，调节温室效应，消除雾霾，控制全球气候变暖。
3.1.1 大气分碳
大自然的碳循环是碳释放、碳转化、碳传递、碳封存在地球各圈层中的自然循环过程；而人类也在长期的社会生产和生活过程中不自主的进行着“应用封碳”和“使用封碳”。只有“成型封碳”和“填埋封碳”才是人类有意识进行的生物碳封存。创建“人工碳库”，采用技术措施人为干预碳循环过程，进行大气分碳，将大气圈中的“动碳”转移到地球的其他圈层形成“静碳”封存，调节大气CO2浓度。具体方法包括“应用封碳”、“使用封碳”、“成型封碳”和“填埋封碳”。
“应用封碳”是当大气圈中CO2当量为275～350ppm时，用生物质制备化工产品，用于造纸、食品、饲料和生产有机肥料等，可提高碳循环的经济总量，同时，扩大和增加了“暂时静碳”量，能延长碳循环的过程和调节单位时间内的大气CO2浓度。是一种影响大气圈中CO2浓度升高的抑制性方法。
“使用封碳”是当大气圈中CO2当量为350～400ppm时，用大量的生物质生产建筑材料、家具、农具、用具、工业品等，可提高碳循环经济总量，同时，扩大和增加了“暂时静碳”量或“长期静碳”量，能延长碳循环的过程和调节单位时间内的大气CO2浓度。是一种影响大气圈中CO2浓度升高的抑制性方法。
“成型封碳”是当大气圈中CO2当量为400～450ppm时，在使用生物质能源替代化石燃料的前提下，将生物加工成一定形状和密度的生物碳产品进行封存，扩大和增加“暂时静碳”量或“长期静碳”量。当大气CO2浓度稳定后，储碳产品再用于造纸、生产建筑材料、家具、农具、用具、工业品、化工产品、燃料、食品添加剂、饲料、有机肥料，进行深度加工和综合利用，让其充分释放价值。是一种限制大气圈中CO2浓度升高的控制性方法。
“填埋封碳”是当大气圈中CO2当量达到了450ppm以上，由升温引起的自然灾害十分严重时，在使用生物质能源替代化石燃料的前提下，将生物质进行填埋，扩大和增加“长期静碳”量或“永久静碳”量。当大气CO2浓度稳定后，将其用作生物质肥料、燃料，或将生物质长期填埋封存，任其在地层下转化成烃类化合物（煤炭、石油和天然气）。是一种限制大气圈中CO2浓度升高的控制性方法。
地球每年通过光合作用可产生约2200亿t生物质[32]，当前，仅需收集填埋约221亿t/年（占总量的10.05%），可吸收大气中约360亿tCO2，即可实现全球净零碳排放。
3.1.2 零碳模式
2013年12月，长沙县以笔者发明的“零碳”技术为支撑，创建全国首个零碳县。2014年11月，联合国环境规划署提出：“需要在2070年前实现全球零碳排放”。2015年10月，党的十八届五中全会提出：“绿色发展，实施近零碳排放区示范工程”。2015年12月，《巴黎协定》提出：“本世纪下半叶实现温室气体净零排放”。从高碳到低碳，从低碳到零碳，是人类发展理念和方式的不断飞跃，“零碳发展”是可持续发展的高级方式和终极目标。
3.1.2.1 零碳定义
“零碳区域”（The Zero-Carbon District，ZCD）是指在一个行政区划或一个单位的边界范围内，运用科学技术方法，使总排碳量与总减碳量（包括节能减排量、绿色能源替代量、碳产品封存量、生态固碳补偿量）的代数和等于零。
3.1.2.2 零碳原理
运用系统工程技术方法，规划、普查、核算、核查、统筹总排碳量与总减碳量。运用节能减排、绿色能源替代、碳产品封存、生态固碳补偿及碳交易等方法，使一个行政区划（或一个单位）边界范围内的总排碳量与总减碳量处于动态平衡时，称为“零碳区域”发展模式。包括“负碳区域”、“生态零碳区域”、“生态负碳区域”发展模式。
3.1.2.3 零碳目标
采用“零碳技术”实现大气CO2负增长，把CO2浓度降低到工业革命前的275ppm（或维持在1990年356ppm、2014年400ppm）的水平，提前和降低大气CO2峰值；稳定气候系统，维护地球上水、气、冰共存的气候平衡状态与生物多样性；调节温室效应，消除雾霾，控制全球气候变暖，使人类可持续生存与发展。
3.1.2.4 零碳流程
运用系统工程方法，创建“零碳区域”发展模式的技术流程，见图1。
3.1.2.5 零碳方法
创建“零碳区域”的方法是采取整体规划、全面统筹、分步实施策略，分阶段实现规划目标：一是实现单位GDP碳排放量的“零增长”或“负增长”；二是实现年度碳排放总量的“零增长”或“负增长”；三是实现CO2“零排放”或“负增长”。通过创建“零碳工厂”、“零碳机关”、“零碳学校”、“零碳社区”、“零碳村庄”、“零碳乡镇”、“零碳县（区）”，形成“零碳”、“负碳”发展模式，然后复制和推广，逐步实现“零碳国家”、“零碳世界”发展模式[33]。
3.2 创立碳税制度
碳税是以环境保护为目的，针对CO2排放所征收的税；通过对化石燃料及产品，按碳含量的比例征税来实现减少化石燃料消耗和CO2排放；与目前常见的温室气体减排机制不同，征收碳税只需要额外增加非常少的管理成本就可以实现；碳税具有固定的税率，对经济发展负作用相对较小；碳税具有来源稳定、收入大、易操作、主要针对消费环节等特点。碳税是下一轮的税制改革中，限制CO2等温室气体排放的经济杠杆。
没有消费就没有生产，没有生产就没有排放。因此每一个使用产品的人都应该成为缴纳碳税的主体；建立符合我国国情的碳税制度，用碳税支撑生物碳封存和发展新气候经济，以积极的态度和行动应对全球气候变暖。
4 创建生态文明
生态文明建设的核心是绿色发展，一方面需要扩大生态面积和生态空间，特别是要重视石漠化、沙漠化、海岸侵蚀、水土流失区域的生态建设，控制全球环境恶化，防止生态系统崩溃瓦解；另一方面需要增加地球生物质总量和生物的种群数量。要大力地种草、造灌、植树，形成多盖度的复合生态系统；采用杂交育种、诱变育种、基因工程育种和分子标记辅助、离体培养及立体繁育等生物工程技术，使生物无的变有、小的变大、矮的变高，短的变长、细的变粗，疏的变密、轻的变重、少的变多；恢复天蓝、地绿、水清的优美环境；使地球艳丽多姿，五彩缤纷，郁郁葱葱[4]。
生态文明建设的理念是将片面追求经济产出和生产效率为目标的工业文明方式转变为经济与环境、人与自然和谐共存的生态文明发展形态；由过度追求物质享受的欲望最大化转变为更加注重精神文明和文化文明及适度消费的理念，它将不再一味地追求GDP增长的数量、个人财富的积累和物质享受，而是要全面权衡协调经济发展、社会进步和环境保护，注重经济效益、社会效益的质量。经济发展过程不再盲目地向自然界索取资源、排放废物，而是要减少生产性排碳，控制生活性排碳，限制浪费性排碳，解决同根同源的雾霾与全球气候变暖的污染问题。世界上没有无用的物质，只有放错位置的资源。哪里产生了污染，哪里就出现了浪费，这将成为人类未来的文明理念。高水平的生活质量需要大家共同拥有和共同体验，这将促进社会公共财富的积累和共享，促进世界各国和社会各阶层的合作共赢。
研究掌握碳循环规律，对碳释放、碳转化、碳传递、碳封存、碳应用等碳循环过程实施技术控制、统筹和顶层设计，使人类能充分合理地利用没有国界、没有纷争的大气碳资源，获得可持续发展的大量物质财富，解决生态、环境、资源、经济与气候变化问题，从碳经济认识的“必然王国”到达应对全球气候变化的“自由王国”。
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