建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的大计，是实现中华民族伟大复兴中国梦的重要内容。马克思告诫人们：“不以伟大的自然规律为依据的人类计划，只会带来灾难”，马克思和恩格斯认为，“人与自然是辩证统一的关系，是能动性与受动性的辩证统一体”。毛泽东在《征询对农业十七条的意见》中指出：“在十二年内，基本上消灭荒地荒山，在一切宅旁、村旁、路旁、水旁，以及荒地荒山上，即在一切可能的地方，均要按规格种起树来，实行绿化。”指出：“绿水青山就是金山银山，要把生态环境保护放在更加突出的位置，像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境，一定要算大账、算长远账、算整体账、算综合账，不能因小失大、顾此失彼、寅吃卯粮、急功近利。生态环境保护是一个长期任务，保护生态环境就是保护生产力、改善生态环境就是发展生产力，决不能以牺牲环境为代价去换取一时的经济增长。”
工业文明为人类创造了丰富多彩的社会财富和幸福生活，人类对美好生活的渴望和追求又推动着工业文明的飞跃发展。正当人们尽情地享受快乐生活和憧憬美好未来的时候，危机悄然走近了我们的身边：资源耗竭、环境污染、气候变暖、冰川融化、海面上升、海啸风暴、陆地缩小、沙漠扩张、土地干旱、粮食减产、森林火灾、灰霾肆虐、净水奇缺、污水横流、垃圾成山、疾病频发、物种消失、生态失衡等等，地球上几无安全的绿洲了！
IPCC预估，“到21世纪末，全球平均气温可能比工业化前升高4℃，灾难将至”。《巴黎协定》指出：“各方将加强对气候变化威胁的全球应对，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。”中国提出到2030年左右二氧化碳排放达到峰值并且将努力早日达峰。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。”参加了第21届联合国气候变化大会，促成了《巴黎协定》的形成和签订，为减缓全球气候变暖做出了重大的贡献。
为了响应提出的“切实把绿色发展理念融入经济社会发展的各方面，推进形成绿色发展方式和生活方式，协同推进人民富裕、国家富强、中国美丽”的伟大号召，作者对生态文明建设的理论和实践进行了认真地研究和探索。
一、生态文明建设理论
生态文明是对传统工业文明进行理性反思的产物，是人类社会继原始文明、农业文明、工业文明之后的新型文明形态，是全人类共同生存利益的体现。生态文明建设理论是研究生态的形成、发展、繁茂、衰退、消亡的原因及其修复规律的科学。
1、生态文明建设定义
根据生态形成和发展的规律，运用科学技术方法，获得繁茂的生态系统，将一切物质合理地循环利用，调节资源消耗与资源补偿平衡，实现人与自然的和谐共存。
2、生态文明建设原理
保护自然生态系统，发展生态生产力，协调与持续发展、全面繁荣良性互动。通过调整人类活动对生态环境的负面影响和作用，消除污染，修复生态系统；扩大植物的种植面积和空间，提高光合作用效率，增加地球生物质总量和生物的种群数量；将片面追求经济产出、生产效率为目标的工业文明发展方式转变为生态效益、环境效益、社会效益与经济效益共赢的生态文明发展形态。
3、生态文明建设目标
解决生态破坏与环境污染、自然灾害频发及资源消耗与资源补偿失衡等问题；降低二氧化碳和污染物排放总量，调节大气温室效应，减缓全球气候变暖，维护地球上水、气、冰共存的气候平衡状态；提高植被覆盖率，丰富生物多样性，稳定生态系统，控制全球环境恶化，防止生态系统崩溃、瓦解；恢复天蓝、地绿、水清的自然环境，实现人类的可持续生存与发展。
4、生态文明建设方法
生态文明建设的方法包括：绿色发展、循环发展和“零碳”发展。
绿色发展是生态文明建设的核心，关键是提高植物光合作用效率，不断扩大生态面积和生态空间，重视石漠化、荒漠化、沙漠化、海岸侵蚀、水土流失区域的生态建设，科学地协调发展农、林、牧、副、渔，不断增加地球生物质总量和生物的种群数量；种植速生草本植物、灌木和乔木，形成多盖度的复合生态系统，从生物链的源头为生物多样性创造条件，增强生态生产力；采用生物工程技术，使植物无的变有、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，最大限度地获得生物质累积量，解决地球光合作用与生物氧化的平衡问题。
循环发展的关键是研究掌握碳循环规律。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，实现生物质飞跃大增产，将大气圈中的二氧化碳转入生物圈中，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；用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。将光合作用吸收大气中的二氧化碳形成的生物质分配到新气候经济的产业链中，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，形成全球循环发展模式，解决人类对资源消耗与资源补偿的平衡问题。
“零碳”发展是以节能减排为基础，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”发展模式为方向，以实现全球温室气体净零排放为目标。加强生态文明制度建设，把资源消耗、环境损害、生态效益纳入经济社会发展评价体系，建立体现生态文明要求的管理制度、考核办法和奖惩机制。建立国土空间开发保护管理制度，严格管理生态用地、农业耕地、建设用地和水资源。深化资源性产品价格和税费改革，设立碳税，建立反映市场供求和资源稀缺程度、体现生态价值与代际补偿的资源有偿使用、生态碳汇补偿及实体碳交易等制度，解决生存与可持续发展的问题。
二、生态文明建设实践
生态文明建设实践是根据生态文明建设的理论，为实现其目标进行的一系列实践活动。
1、发现“速生碳汇草”
作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“速生碳汇草”，目前，共选育了76个陆生和水生品种，适应种植的范围广。实验证明，相同纬度条件下，选育的“速生碳汇草”叶片总面积50年累积值是同等面积乔木50年累积值的260～370倍，叶绿体总数量50年累积值是同等面积乔木50年累积值的250～350倍。
“速生碳汇草”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，每公斤热值为3000～4500大卡；经湖南工业大学检测证明，经过紫外光加速老化实验，储藏50年无明显变化；经中国质量认证中心核算，每亩年净碳汇量为14吨；50年的“碳汇增量”是同等面积森林“碳汇增量”的650倍；是一类快速捕碳固碳，调节大气温室效应的先锋植物。
“速生碳汇草”的界定、选育与种植，为实现生物质大增产和形成丰富多彩的生态系统创造了条件，一方面通过光合作用吸收二氧化碳，加速了大气圈中的“动碳”转变为“静碳”，同时向大气中释放了大量的氧气，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，降低大气温室效应；另一方面将更多的光能转变为化学能储存在生物质中，增加了地球能源物质的储存量，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。草本植物是由木本植物进化而来，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。
“速生碳汇草”生长发育迅速，可反复萌发和刈割，在单位时间、单位面积内能多次收获生物质，生物质累积量大，能快速捕碳固碳，调节大气温室效应；而木本植物生长缓慢，不能反复萌发和刈割，在单位时间、单位面积内不能多次收获生物质，生物质累积量小。“速生碳汇草”与木本植物的固碳效率差异，其本质是C4植物与C3植物的光合效率差异。C4植物光合作用启动快、效率高，C3植物光合作用启动慢、效率低，原因是C4途径的PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）与二氧化碳的结合能力远远大于C3途径的RuBP（1,5-二磷酸核酮糖）。C4途径主要存在于草本植物中，至今木本植物中还未发现C4途径。
草不异树，树不异草。草木同源，本质无异，越千万载远古而来。草与树都是由糖类、淀粉、蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素等成分组成，均可用作食品、饲料、肥料、纸制品、燃料、化工原料、香料、香精、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、工业品等；还可深度开发出多种精细化学品（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、油脂基化学品等）、甲壳素衍生物、生物塑料及生物燃料等。
“速生碳汇草”可转化大气中的二氧化碳，降解、转化、吸附土壤和水体中的重金属离子（铅、镉、砷、汞等）、农药、石油等多种污染物质，修复生态系统，促进生物链循环，创造和增加生物种群数量。
2、提出碳循环理论
作者根据生态文明建设的需要，提出了一系列解决当前生态、资源与环境问题的重要理论，为建设生态文明，实施可持续发展战略，建设资源节约型、环境友好型社会提供了科学依据。
（1）大气温室效应的“动碳”与“静碳”理论
“动碳”（碳源）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二氧化碳当量物质；“静碳”（碳汇）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及二氧化碳当量的前体物质。在一定条件下，“动碳”和“静碳”可以相互转化。“动碳”转化成“静碳”时，温室效应减弱；“静碳”转化成“动碳”时，温室效应增强。
（2）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光能和二氧化碳，减少光能转换的热量和大气圈中的二氧化碳总量，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。每合成1吨生物质，需消耗大气中1.47吨二氧化碳，向大气中释放1.07吨氧气，光解0.6吨水，吸收406万大卡能量。增加地球生物圈光合作用的面积、空间和生成物的总量，可使“降温效应”和“储能效应”增强；减少地球生物圈光合作用的面积、空间和生成物的总量，可使“降温效应”和“储能效应”减弱。
（3）生物氧化的“增温效应”与“释能效应”理论
“增温效应”是指地球生物质通过氧化作用释放热能和二氧化碳，增加生物质能转换的热量和大气圈中的二氧化碳总量，减少下垫面对太阳辐射的反射，增强温室效应的现象；“释能效应”是指地球生物质氧化释放热能减少能源物质储存量的现象。每氧化1吨生物质，需消耗大气中1.07吨氧气，向大气中排放1.47吨二氧化碳，生成0.6吨水，释放406万大卡能量。增加地球生物质氧化的总量，可使“增温效应”和“释能效应”增强；减少地球生物质氧化的总量，可使“增温效应”和“释能效应”减弱。
（4）光合作用与生物氧化的平衡理论
光合作用与生物氧化的平衡理论是指光合作用吸收大气圈中的二氧化碳总量减去生物氧化排放到大气圈中的二氧化碳总量等于零（“零碳”）。光合作用产物的量大于生物氧化的量时，地球储存的生物质总量增加，大气温室效应减弱，温度下降，灰霾消除；生物氧化的量大于光合作用产物的量时，地球储存的生物质总量减少，大气温室效应增强，温度上升，灰霾产生。
（5）草本静碳的“主币”与“辅币”理论
“主币”是指面值为一元及一元以上的币，“辅币”是指面值为一元以下的币，100个一分的币加起来等于一元。同样，多个单位量的“暂时静碳”量相加，可以等于一个单位量的“长期静碳”量，只要确定计量方法，就可以与国际上通用的碳交易体系进行对接。
3、创立新气候经济
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。
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，生物产品固碳经济，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。
4、创建“零碳”新模式
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”模式是可持续发展的高级方式和终极目标。运用系统工程技术，规划、普查、核算、核查、统筹总排碳量与总减碳量，采用节能减排、绿色能源替代、碳产品封存、生态碳汇补偿及实体碳交易等方法，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”（包括“零碳区域”“负碳区域”“生态零碳区域”和“生态负碳区域”）发展模式。创建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”；三是实现二氧化碳“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。
目前，中国长沙县、桃源县、娄底市以作者发明的“速生碳汇草捕碳固碳技术”和“实现‘零碳’区域发展模式的方法”为支撑，正在创建全国首个“零碳县”“负碳县”“零碳市”。《泰晤士报》《亚太日报》《海峡时报》《文汇报》《人民日报》《光明日报》《经济日报》《科技日报》《半月谈》《瞭望东方》《中国能源》及《湖南日报》等纷纷报道，引起了社会各界的高度关注和重视。
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二氧化碳排放源，二氧化碳排放总量的30%被海洋生态系统吸收，25%被陆地生态系统吸收，45%滞留在大气圈中。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，可实现大气二氧化碳零增长，适度增加碳封存量，可实现大气二氧化碳负增长。
将大气圈中的“动碳”转移到地球的其他圈层形成“静碳”封存，可降低大气温室效应，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”是指大气圈中二氧化碳及其当量为275~350 ppm时，用生物质生产食品、饲料、有机肥料、纸制品、燃料、化工产品等，可提高碳循环的经济总量；同时，增加了“暂时静碳”量，能延长碳循环过程和调节单位时间内的大气二氧化碳浓度，是一种抑制大气圈中二氧化碳浓度升高的方法。
“使用封碳”是指大气圈中二氧化碳及其当量为350~400 ppm时，用大量的生物质生产建筑材料、家具、农具、用具、工业品等，可提高碳循环的经济总量；同时，增加了“暂时静碳”量或“长期静碳”量，能延长碳循环过程和调节单位时间内的大气二氧化碳浓度，是一种控制大气圈中二氧化碳浓度升高的方法。
“成型封碳”是指大气圈中二氧化碳及其当量为400~450 ppm时，在使用生物质能源替代化石燃料的前提下，将生物质加工成一定形状和密度的碳产品进行封存，增加了“暂时静碳”量或“长期静碳”量。当大气二氧化碳浓度稳定后，对储碳产品再进行深度加工和综合利用（如生产食品、饲料、有机肥料、纸制品、燃料、化工产品、建筑材料、家具、农具、用具、工业品等），充分释放其价值，是一种限制大气圈中二氧化碳浓度升高的方法。
“填埋封碳”是指大气圈中二氧化碳及其当量达到了450 ppm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，增加“长期静碳”量或“永久静碳”量。当大气二氧化碳浓度稳定后，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、石油和天然气等），是一种遏制大气圈中二氧化碳浓度升高的方法。
地球每年通过光合作用可产生约2200亿吨生物质。当前，每年仅需收集填埋（或替代化石燃料抵消碳排放量）约221亿吨生物质（占总量的10.05%)，吸收大气中约360亿吨二氧化碳，即可实现全球净零碳排放。
（1）全球实现碳峰值和零碳
全球实现碳排放量零增长（峰值），每年需封存生物碳产品约2.74亿吨，可吸收大气中约4亿吨二氧化碳，总成本约2万亿元；当大气二氧化碳浓度稳定后，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。
全球实现零碳排放（零增长），每年需封存生物碳产品约111亿吨，可吸收大气中约162亿吨二氧化碳，总成本约81万亿元；当大气二氧化碳浓度稳定后，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）中国实现碳峰值和零碳
中国实现碳排放量零增长（峰值），每年需封存生物碳产品约0.685亿吨，可吸收大气中约1亿吨二氧化碳，总成本约5000亿元；当大气二氧化碳浓度稳定后，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。
中国实现零碳排放（零增长），每年需封存生物碳产品约24.66亿吨，可吸收大气中约36亿吨二氧化碳，总成本约18万亿元；当大气二氧化碳浓度稳定后，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。
（3）创新中国特色碳税制度
碳税是以环境保护为目的，针对二氧化碳排放所征收的税。按碳含量的比例对化石燃料及产品进行征税，控制化石燃料消耗和二氧化碳排放。没有消费就没有生产，没有生产就没有排放，每一个使用产品的人都应该成为缴纳碳税的主体；建立与实体碳交易相符合的碳税制度，用碳税支撑生物碳封存和发展新气候经济，创建“零碳”发展模式，驾驭高碳，应对全球气候变暖。
（4）创立国际实物封碳公约
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；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。
三、生态文明人民福祉
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，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、排放污染物，而是要减少生产性排碳，控制生活性排碳，限制浪费性排碳，解决同根同源的灰霾与全球气候变暖的化石燃料污染问题。世界上没有无用的物质，只有放错位置的资源。高水平的生活质量需要大家共同拥有和体验，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。植物正常生长存活的温度为0~45℃，如不及早种植速生草本植物吸收大气中的二氧化碳，降低温室效应，人类将失去拯救地球生态系统的机会。
（作者系中南林业科技大学碳循环研究中心主任、教授，湖南省精细化工研究所所长、研究员）
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