为什么海洋是太阳热能的巨大储藏库

靠造林为地球“降温”是下策

蒋高明

最近，来自美国的一则消息给人类试图通过造林减少二氧化碳排放、延缓全球增温的努力，笼罩了一层阴影。科学家们连续7年的观测表明，依赖树林来储存人类过度排放的二氧化碳(CO2)相当困难。项目负责人、杜克大学著名生物地球化学家施莱辛格，甚至直截了当地说：“我不会对此抱有任何希望。”

这个试验位于北卡罗来那州郊外的一片松树林，科学家们利用一种叫做自由CO2气体施肥试验(FACE)装置，研究森林植物对模拟CO2浓度升高的响应。他们将CO2浓度由几年前的350ppm (ppm是浓度单位，为百万分之一，现在大气CO2浓度为380ppm), 提高到700ppm(科学家预计2050年全球CO2浓度将达到的值), 每天将数吨CO2从一圈竖立的钢管(钢管面向植物的一面有一排开口)向森林释放，观察森林生长尤其对碳的固定能力。

FACE试验由亚历桑那州的凤凰城美国农业部水保持实验室最早设计，先是应用于棉花、小麦等农作物实验。1995-1996年笔者在美国哥伦比亚大学生物圈二号从事合作研究的时候，曾经对该设施进行过考察。CO2浓度通过计算机控制，由一圈垂直的管道直接将CO2通入大田，形成一个高浓度的CO2场，可获得直径约23m的人工圆形场。其它环境条件如温度、湿度、风速、光照等很少发生改变，另外，植物的生长空间明显增大。这个项目维持费用很高，仅CO2一项每年约耗资100万美元。这是目前公认的研究植物对高CO2浓度响应的最理想手段。后来听说有人加高了FACE高度，对较大面积的森林进行试验。

应当说，从试验手段的先进程度来看，施莱辛格他们对森林的试验结果是可信的。那么植物得出的反应说明了什么？其实，他们的发现早在十几年前就已经提出来了，即科学家发现的是植物的一种正常反应，我们叫它光合作用驯化、光合适应或者光合作用下调。

植物光合作用的原料是CO2和水分，产物是碳水化合物和氧气。因此，理论上说，空气中CO2浓度升高对于光合作用来说是个好消息，具体到农业上可以增产，在林业上可以获得更多的木材。换句话说，如果固定到木材、根系以及土壤中的碳增多，多栽森林就可以减少大气中的CO2，达到减少温室气体，为地球降温的目的。这正是《京都议定书》规定各缔约国采用植树造林完成温室气体减排的重要理论依据之一。

那么，问题出在什么地方呢？人类目前还没有办法模拟长期(几百年甚至几万年)空气CO2升高对植物的影响。一些短期的试验(笔者十年前也曾对森林植物、农作物做过大量的试验)，时间尺度都局限在秒、天、月，或最多几个特定季节(包括美国人的试验)进行。短期试验中，植物给出的信号是生长迅速，验证了《京都议定书》的理论。然后遗憾的是，科学家们后来发现，随着时间延长，光合增加开始减缓，甚至后来会下降。围绕着这一现象，科学家们从微观的分子结构，到宏观的群落学，做了大量的分析，最终得出比较一致的结论是：虽然CO2浓度升高可以刺激光合生长，但是，光合作用驯化、适应或者光合作用下调最终难以避免。这好比一个饥饿的人，猛丁给他大量的食物，开始效果很好，一旦吃饱了，再多吃就不但没有好处，反而有害了。

从生态学的角度来看，任何生态因子包括CO2在内，不是孤零零地对植物发生作用，生态因子对植物产生的影响不仅局限在植物本身，而是对生态系统产生长远影响，最终波及到人类，因为人类是地球生物圈的成员之一。科学家们早就注意到，光合作用提高后，土壤营养元素尤其是氮的供应必须跟上来，这在农业上可以通过施肥解决，但在广阔的草原和森林区域就难以实现。即使解决了氮的供应问题，磷、钾、铁、锌等等任何一个元素，以及水、温度、光照都会出现问题，这里还没有考虑到物种的复杂响应。可见，人类如果通过干预生态系统来达到自己的目的将会手脚忙乱，徒于应付。更危险的是，生态平衡一旦打乱，就像当年澳大利亚引进兔子造成的恶果一样，造成生态灾难。最终会事与愿违，令人类的美梦难以成真。

美国人对森林的FACE试验验证了上面的假设。实验林的树木在高CO2环境下，持续了4年快速生长之后，其生长速度慢了下来，仅比对照树木增长幅度高6%左右，这在统计学上意义就不大了。快速生长的树木很快就把土壤中的养分耗尽了，持续增长后劲不足。另外，科学家们原来没有料到的是，由于树木将更多的碳通过其根系转移到土壤中，微生物大量繁殖，它们不是将碳蓄积在土壤中，而是把植物吸收的碳再以CO2的形式排回到大气中。因此，树木好不容易“俘虏”的碳可能又让微生物给“释放”了。除了微生物，笔者在美国生物圈二号的试验证实，植物的呼吸也释放大量的碳。呼吸作用和光合作用是完全相反的过程，前者可将固定的碳(30-50%)重新返回大气。

CO2是重要的温室气体。以前科学家们担心它的浓度低会影响作物产量，现在是惧怕它的快速增加而使地球增温。这一认识过程的变化，前后不到30年的时间。那么，CO2为什么会使地球变暖呢？原来，CO2、CH4、NOx以及大气中的其它一些痕量气体，科学家们称它们为温室气体，它们就像一层塑料膜罩在地球表面，当太阳光中的红光或者红外光穿透了这层“罩”后，就不容易返回太空了。热的光线只进不出，打乱了热量平衡，就使得地球增温。我们常说全球变化，或者全球变暖，指的都是以CO2为主的温室气体增加所诱发的人类气候灾难。这个过程可以简要总结为：生物进化－人类出现－工业革命－温室气体增加－全球变化－生物圈改变－人类灭亡－生物再进化。

解铃还需系铃人。科学家既然明白了CO2是使地球增温的主要元凶，就千方百计地减少它在大气中的量。CO2增加是工业革命以后的事，主要原因是人类将地下沉睡了几亿年的煤炭、石油、天然气在很短的时间内挖出来烧掉，其中火力发电厂的“贡献”最大。因此，减少CO2排放的明智做法，首先要集中精力减少煤炭等化石燃料的使用。陆地植物能够固定CO2，这一点是毫无疑问的。由于区域经济的严重不平衡，非洲等地的热带森林砍伐严重，使之固定碳的作用下降；中国的北部、西北部荒漠化严重，大量土壤以及土壤中的碳被释放，都会造成空气中CO2增加。尽管如此，在地球上，碳的最大储藏库是在海洋而不在陆地，即使将陆地都用绿色植物覆盖上，固碳作用也不如海洋，况且陆地上许多地方根本不能生长森林，甚至连草都不能长。所以，依靠造林固定碳，为地球降温是下策。

那么，是否人类就在全球变化面前束手无策呢？显然不是，当务之急是发展替代能源和可再生能源，减少煤炭的燃烧量；在能源利用上发展小水电，发展沼气、太阳能、风能、潮汐能发电，发展有安全保障的核电，各地解决自己的能源问题。另一方面，人类要节约能源，节能可大大减少温室气体排放。富裕国家、富裕人群对能源的浪费非常严重，节能甚至比造林固碳更加重要。第三是维护生态平衡，减少人类对陆地的干扰，保护海洋。

植树造林要选择适合的物种和地点，恢复天然植被，尽量避免单一物种造成的“绿色荒漠”。转变土地使用功能，想尽各种办法固定土壤，有了土才能有植被，才能固定空气中的碳。有人说，沙尘暴可以为海洋带来养料，中和酸雨危害，这个观点是非常错误的。沙尘暴损失的是宝贵的土壤，土壤的大量损失只能加剧全球变暖灾难。

（本文2007年3约15日发表于科学时报）

虽然自然界里水会循环，但是，人类的用水量远高于可以让人类运用的水，节约用水就成了我们每个人

都应该做的事情。

我觉得，已用过的水和已经遭受污染的水都可以再次利用。例如，洗菜、洗衣服的水可以冲马桶，受过污染的水可以在一切能够利用的情况多多利用，这样不仅减少了水费，更做到了节约用水的目的。而城市污水应多多回用于公用设施和住宅冲洗厕所、浇灌绿地、景观用水, 浇洒道路等, 这样做，污水的循环作用就提高了不少！

你知道吗？地球上有70.9%都是水,可这些水中有97.47%是咸水,咸水大部分是海洋水,不能饮用,因为1KG海洋水中就有39G个盐类物质；而这些水中的2.53%是淡水,而淡水大多是冰川水和深层地下水,这两种水占淡水的99%,可供我们人类使用的水仅占淡水的0.3%,我们的水资源十分少。我国是个缺水的国家，因此，我们更要节约用水，保护水资源。

水资源的利用在生活中是无所不在的，工厂排放出的污水再经过净化后同样可以循环使用，但是，也是要付出代价的，例如净化的成本，而这些又需要消耗资源。

雨水是我们每个人都见过的吧。当然，你有没有想到利用雨水就很难说了。科学家们都认为，雨水其实是一种难得的财富，它也是水资源，而且相当宝贵，但是，从全国范围看，我国的雨水收集与利用率还很低，我们应该用科学发展的思维看待雨水，用科学手段对待雨水，让雨水留下来，被我们科学地、循环地加以利用后，再科学地送它或入地或入河湖而去。这样何尝不是一种充分利用水资源的方法呢？

其实，水的宝贵大多数人都知道，却也选择遗忘。多少人不知道该如何节约用水？多少人浪费水资源？恐怕多得很吧。这就跟宣传有关了，我想，电视方面应该多多播放关于资源利用的问题，政府的宣传也是相当重要的，而新时代的祖国花朵们，更应该在从小就养成节约用水的好习惯，要知道，我们人类，离不开水，整个地球，离不开水！

况且节水有很多好处，不仅有利于缓解水资源的供需矛盾，减轻城市发展对环境的压力，还有利于延续供水和污水处理设施的建设投资，降低供水和污水处理设施的运行成本。从战略角度来看，节水绝对百益而一害！

节约用水靠得不是一个人的努力，是千千万万的人的努力，但不管用什么办法，我们都应该立即行动起来，把理念化为行动，要知道，水在日渐地减少，节水行动刻不容缓！

未来的能源

现在，每个国家都需要能源。瞧，有的国家为能源在争吵，有的国家为能源随时准备战争，想用武力掠夺能源（如伊拉克与科威特的战争，印度尼西亚与马来西亚的海上领土纠纷）。可见，能源是多么重要，因为我们现在用的电大部分就是以煤作为能源开发利用的；在大街上跑的汽车绝大部分是以汽油或柴油为动力的，而汽油和柴油是以地下开采的石油提炼出来的；在家里煮饭大部分用的是煤气与天然气。

据说，石油、煤、天然气的开采和使用都会不同程度地污染环境哟！

那么，如果哪一天地下的石油、煤、天然气都开采完了，怎么办？也许，用不着100年，地球上的地下能源就会枯竭。到那时，因为没有电，电视机开不了、空调无法启动、电脑成废物、甚至到晚上连电灯也无法开亮；因为没有石油和煤的资源，飞机、火车、轮船、汽车通通都开不动了。这样一来，我们就只能坐马车或骑自行车去学校上课啦，而且晚上大街和家里都是一片漆黑，晚上在家做作业就只能烧柴火来照明了。哗！那太可怕啦？！

据说，还有一种能源是用水来发电的，但是开发水电要拦截河流，而且会影响地球上的生态平衡哟！

我不希望看到世界上有争吵与战争，我希望世界上充满欢乐与和平。所以我幻想要是每家每户都有一个“微型能源器”该多好。这个能源器不需要我们去破坏地下资源，可以随时吸收储藏太阳能、风能等所有大自然的自然能源（如果让它放在海边，还可以随时

吸收储藏潮汐产生的动能……），需要用能源时可以随时随地释放出来供大家使用，如果需要用很大的能源动力时（如飞机、火车、轮船）可以用很多很多的“微型能源器”相互组合来提供能源。这样一来，有了这种“微型能源器”，世界上每个国家之间也许不会再争吵、不会再发动战争了；而且肯定不会造成环境污染，也不会破坏生态平衡；同时，可以美化我们的城市，因为我们可以不需要大街上那些难看的电线杆、电线塔及缠绕在上面象蜘蛛网一样的电缆线；还有，这种“微型能源器”，不需要进行高压变电，可以彻底消除因电磁波产生辐射给人类造成的健康损害。

也许在不久的将来，“微型能源器”便会出现，带给人类和平、健康和快乐！

由于人类的各种活动，气候不断恶化，给地球带来了许多负面影响。气候变化加剧了土地退化，导致沙漠面积增加，冰川加速融化，干旱、火灾、病虫害等各种自然灾害纷纷涌入森林。虽然不同地区的植物吸收二氧化碳进行光合作用，这使得地球的绿色面积增加，但这些危险却发生在地球的每一个角落。不仅如此，气候恶化使地球上物种数量减少，物种多样性遭到破坏，进而导致食物链的破坏，导致生态系统的紊乱。

人类引起的气候变化导致水位上升，一些低洼地区被淹没，甚至许多地区出现干旱，可用土地面积大大减少。而陆地面积仅占地球总面积的30%，但升温速度是地球的两倍。不仅如此，人类对土地的错误利用也加剧了气候的恶化，从而形成恶性循环。这种恶性循环使食品价格上涨，有朝一日可能成为稀有资源。土地营养价值的下降也是农作物必需营养素的缺乏。而相关研究人员表示，这种恶性循环的周期正在缩小，气候变化威胁着人们对餐桌上食物的需求。

然而，如果人们改变饮食、种植粮食和管理森林的方式，将大大改善气候变化，使地球远离更加温暖的未来。科学家长期以来一直认为二氧化碳是一种主要的蓄热气体，而它的少数好处之一是它能使植物生长得更旺盛，使世界变得绿色。然而，大量的研究表明，高水平的二氧化碳降低了许多作物中蛋白质和营养素的含量。

科学家们对高浓度二氧化碳的小麦进行了试验。结果表明，小麦蛋白质含量降低了6%～13%，锌降低了4%～7%，铁降低了5%～8%。报告说，对农作物进行更有针对性的施肥也将减少碳含量，到2050年将碳排放量减少到目前水平的18%。德国环境部长斯文贾舒尔茨已经表明，我们目前的生活方式和经济体系正在威胁我们的后代。我们应该明确，我们对可利用土地的数量有很高的限制，现在我们应该考虑如何充分利用土地资源。

我国是一个农业大国，农业是国民经济的基础，抓好农业建设，是关乎国计民生的头等大事。党在f1六届五中全会中指出“建设社会主义新农村是我国现代化进程中的重大历史任务”l】]。在新农村建设中，农业建筑是农村经济社会发展和农民生产生活改善的重要物质基础；加快发展农业能源，是促进生态保护、发展循环经济的重要途径，也是社会主义新农村建设的重要内容。本文详细介绍了国内外农业生产性建筑、设施农业工程和农业能源工程的历史和现状，并对今后的发展做出了展望，以期对我国农业的发展和社会主义新农村的建设提供一定的理论依据。

1农业建筑工程的发展

1．1农业生产性建筑农业生产性建筑包括农业的生产、加工、贮藏全过程中所用的建筑物和构筑物，它能改善农业生产条件，促进农业生产的发展。农业生产性建筑一般包括：温室建筑、畜禽场建筑、农业库房建筑(农副产品储藏库、农机及物料库房和危险物品库房等)、农畜产品加工建筑、农机具维修J一 建筑、农村能源工程建筑和水产品¨l：厂化养殖建筑等_2】。农业生产性建筑可以为农业生产对象创造一个有利其生长发育的环境，增强农业生产对象抵御自然灾害和病疫的能力，是农业增产和综合利用的有效途径。如温室大棚通过保暖、加温和光照等设备可以调整农作物的栽培和成熟时1口j；畜禽场建筑可以通过冬季加温、夏季通风降温，把畜合饲养环境温度等条件调节到适宜的范围，从而缩短畜禽的生产周期。由于地区的差异，农业生产性建筑的形式也不尽相同。农业生产性建筑的历史悠久，根据考古资料 】，我国6000多年前陕两半坡村就有了烧制陶器的窑场、牲畜围棚和贮藏粮食的窖等。在距令3000多年的河南殷墟中发现了用于驯养家畜的牲畜围棚。我国在2000多年前就出现了温室大棚，只是当时的技术比较落后。欧洲直到1 8世纪中期才出现了温室，日本在世纪世纪三四十年代才出现了被称为“纸屋”的温室。传统的农业生产性建筑的使用范围和规模较小，常常和居住性建筑建在一起，成为为居室的一部分。20世纪中期以后，随着科学技术的迅速发展，农业生产性建筑迅速向现代化发展，出现了植物工厂和集约化牲畜养殖厂_31。为了进一步研究农业建筑，一些高等院校还立了农业建筑专业，并出现了专门的科学研究和设计机构。

1．2设施农业工程设施农业是采用一定的设施、依靠农业生物环境工程的技术创造优于自然环境的条件，进行农业生产对象的生产，可以分为设施栽培和设施养殖两大类。发达国家设施农业发展较早，从20世纪50年代就开始研究设施农业技术。目前，荷兰、日本、美国和以色列等国家设施农业比较发达，其设施园艺已有相当高的水平 】。荷兰目前拥有大型玻璃温室1200Ohm ，占世界玻璃温室的1／4，还普及r无土栽培技术和组织培养育苗技术。日本温室以塑料温室为主，总面积达54O00hm ，主要用于蔬菜、果树和花卉种植。日本的植物工厂发展迅速，1 998年用于生产的植物工厂就有1 5个。国外从20世纪5os#代开始出现畜禽的集约化养殖 。首先出现的是工厂化养鸡，随后相继出现猪和牛的工厂化养殖。经过多年的生产实践与科学研究，美国、日本和欧洲一些国家主要畜禽的集约化工，一养殖生产技术已发展成熟，并在集约化工厂畜禽养殖的工艺、建筑和环境调控技术与设施等方面形成了一系列相关的规范和标准。我国的设施农业是在学习引进国外经验和先进技术的基础上发展起来的。20世纪50年代，我国从前苏联引进了保护地栽培技术，这是一种简易的设施农业_6】。60年代中后期在吉林长春市郑建成了我国第栋塑料大棚。70年代，从日本引进了地膜覆盖技术，对农业生产的保温、保墒、保肥起了很大作用。80年代中期，出现了“节能型日光温室”，使我国在严寒冬季在高纬度地区进行农业生产成为现实。90年代，我国引进了大型连栋温室及配套栽培技术。目前我国设施农业面积已达250万公顷，约占世界设施农业总面积的85％，居世界首位，年产值约2ooo~L元。我国畜禽的集群化养殖也是从工厂化养鸡开始的，20世纪60年代初开始发展工厂化养鸡技术，70年代中期建立了一批具有一定环境调控能力的工厂化养鸡场和养猪场，80年代工厂集约化禽养殖场得到迅速发展l51。目前，我国集约化

畜禽养殖技术发展迅速，显著地提高了我国畜禽产品的生产水平，现在我国畜禽产品的总量占世界第一，人均畜禽产品量在世界平均水平以上。

2农村能源工程随着全球经济的发展，耗能产业不断增多，煤炭和石油能源资源逐渐濒干枯竭，世界各国正在寻求多种能源方式以满足继续发展的要求。农村能源是国家能源战略不可或缺的组成部分，是农村经济和社会发展的重要物质基础。研究农村能源工程，大力发展和综合开发利用可再生能源，对改善农村地区农民生活用能结构和能源消费水平，解决农村能源匾乏具有重要意义。

2．1生物质能生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量，是以生物质为载体的可再生碳源。生物质能可以分为传统生物质能(薪柴、秸秆等)和现代生物质能(沼气、燃料乙醇和生物柴油等)。由于传统生物质能的转化效率只有10％～20％，目前许多国家农村的能源结构在薪柴、秸秆燃烧基础上逐步开发沼气、燃料乙醇和生物柴油等现代生物质能 。美国、巴西、日本和加拿大等国大量使用粮食来生产燃料乙醇和生物柴油l8】。l 975年全球燃料乙醇产量46亿

升，2000年增加到1 81亿升，2008年6704L升。美国和巴西是燃料乙醇最主要生产国，其产量占全球总产量的90％以上。1991年，全球生物柴油，产量9100吨，2000年增加到73万吨，2007年增加到l060万吨，德国是生物柴油最主要生产国，约占全球总产量的50％左右 】。在我国，农作物秸秆和薪柴大部分作为农村生活用能，年利用量约1．2亿吨标准煤。我国沼气应用有很长的历史，沼气技术居国际领先水平，发展规模居世界前列。至2006年底，全国农村户用沼气池1 870万

口，年产沼气约90(L立方米，为近8000万农民提供优质生活燃料。我国的燃料乙醇试点：I=作从2001年开始，“十五”期间，国家在黑龙江、吉林、河南、安徽4省建成4个燃料乙醇生产试点，形成102万吨／年的生产能力 。

2．2太阳能太阳能不会造成环境污染，而且数量巨大，它的应用越来越受到世界各国的重视。太阳能在发达国家主要用于太阳能热水器和太阳能发电技术，比如美国“百万屋顶计划”，德政府的“十万天棚计划”，日本的70万户并网发电计划l】 。发展中国家农村太阳能的利用，主要为广大农村提供照明、炊事用能、农副产品加工等，今后要重点发展太阳能发电。日前，国内首座70千瓦塔式太阳能发电站在江宁建成，是目前全世界已经建成的10个塔式热发电实验示范电站之一l101。

2．3小水电和风能由于小水电具有建造灵活，投资少，周期短等优点，在我国农村地区得到了』 泛应用。经过几十年的建设，截至2006年底，全国已建成小水电站469 8 9座，总装机44934MW，约占可开发容量的37．4％，约占全国水电总装机的34．9％t�6�8。风能是一种取之不尽，用之不竭，既无污染又廉价的再生资源。风力发电在国外发展迅猛，1981年为1 5Mw ，1992年已经达

到2652MW，截止到2006年，全球风力发电机容量达5()(】00Mw_l2】。我国风能资源十分丰富，理论可开发总量为32．26'IL千瓦，可开发利用的地区占全国总面积的76％，主要分布在长约5000公里的“三北”(即东北、华北、西北)风带上，可实际开发和利用的风能储量据估算为10亿千瓦左右_l 。

3我国农业建筑工程和能源工程存在的问题和未来展望现阶段，我国农业建筑工程有r很大的发展，但与国外先进国家相比还有较大差距，还存在着不少缺点。如我国农业设施环境调控水平低、抵御恶劣自然环境条件的能力差，许多设施能耗大、生产运行成本高等。这是由于环境调控技术水平较低，技术与设备配套性较差造成的。因此我国设施农业要注重农业产业结构的合理布局，提高设施水平和产品质量，更合理地利用资源，注重生态效益，实现可持续发展。为此，需要加强农业建筑工程领域的基础研究和技术开发，大力发展该学科，为我国现代设施农业向高水平发展作出积极的贡献。另外，现阶段我国的农村能源仍存在着能源消费水平低、能源消费差异明显、能源消费结构有待改善、能源利用效率低和环境污染严重等问题，这就我们需要采取

控制农村人口增长，加强能源开发规划，加大对缺能区域农村能源基本建设的资金投入，加强节能宣传，因地制宜发展多种形式的能源来完善农村能源产业体系。