CN109006202B - 实现区域碳热氧平衡发展模式的方法 - Google Patents

Abstract

实现区域碳热氧平衡发展模式的方法，包括运用科学手段繁茂生态系统、使用清洁能源替代化石燃料，调控区域内碳、热、氧循环速度，获得最佳的适应生物生存的大气碳、热、氧平衡状态；通过测定区域内碳、热、氧各项参数指标，根据分析结果判断气候变化趋势，调节区域内碳排放与碳吸收总量、热释放与热吸收总量和氧消耗与氧释放总量，使一个行政区域（或一个单位）边界范围内的碳、热、氧达到动态平衡；在当前全球气候变暖的前提下，需要减少区域内生产、生活的碳排放总量、热释放总量和氧消耗总量，降低温室效应，维护地球上水、气、冰共存的保持生物多样性的气候平衡状态，实现生态文明，延长人类在地球上的生存时间。

Description

实现区域碳热氧平衡发展模式的方法

技术领域

本发明涉及一种实现区域碳热氧平衡发展模式的方法，属环保领域。

背景技术

工业革命以来，由于化石燃料的使用，人类向大气中排放了大量的CO₂，释放了大量的热量，消耗了大量的O₂，打破了大气圈碳热氧的平衡状态，致使温室效应显著增强，全球气候变暖。引起地球冰川融化，海平面上升，海洋风暴增加，淹没岛屿和沿海陆地及粮田，出现极端气候；土地干旱，沙漠化、石漠化、荒漠化、水土流失面积迅速扩大，造成病、虫、害和传染性疾病频发等一系列严重的自然灾害。

地球和宇宙之间通过辐射交换能量，保持大气温度平衡。地球大气中不同纬度间通过辐射、水分相变（降水、蒸发）进行热量交换，通过冷暖空气流动传递能量。陆地赤道附近蒸发量大，而副热带高压带纬度上蒸发量小；相反，海洋副热带高压纬度带上蒸发量大，而赤道附近蒸发量小。北半球热量从低纬度地区向高纬度地区输送，南半球热量向北半球输送。人口的急剧增加，化石能源的大量消耗，使大气升温，海洋温差变小，温室效应增强，造成了空气流动减慢，导致热量交换失衡。

目前，大气中O₂含量为21%左右，人体需要吸入适量的O₂，才能维持器官、组织、细胞和机体的正常代谢。当O₂浓度下降到17%时，人从事强度较大的活动或劳动时会呼吸困难、心跳加速，引起喘息；当O₂浓度下降到15%时，会呼吸急促，感觉迟钝，难以从事正常活动；当O₂浓度下降到10%～12%时，会失去理智，如果时间稍长就会对生命构成威胁；当O₂浓度下降到6%～9%时，会失去知觉，如不及时补充O₂就会造成死亡；但当O₂浓度超过35%时，大气极容易产生自燃，地球随时随地都有可能发生火灾。近百万年以来，植物的光合作用促进了氧和碳的循环，保持大气中O₂处于动态平衡。但工业化以来，化石燃料的燃烧和土地利用的变化（岩石风化），加大了O₂的消耗和CO₂的排放，使O₂的浓度逐渐降低，导致亚健康人群增多。

由于地球大气碳、热、氧的失衡，威胁着人类的生存与可持续发展。长沙县于2013年提出创建全球首个“零碳县”，2015年，《巴黎协定》提出：本世纪下半叶全球实现温室气体净零排放。但目前国内外还没有一种实现区域碳热氧平衡发展模式的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现区域碳热氧平衡发展模式的方法，包括运用科学手段繁茂生态系统、使用清洁能源替代化石燃料，调控区域内碳、热、氧循环速度，获得最佳的适应生物生存的大气碳、热、氧平衡状态；通过测定区域内碳、热、氧各项参数指标，根据分析结果判断气候变化趋势，调节区域内碳排放与碳吸收总量、热释放与热吸收总量和氧消耗与氧释放总量，使一个行政区域（或一个单位）边界范围内的碳、热、氧达到动态平衡；在当前全球气候变暖的前提下，需要减少区域内生产、生活的碳排放总量、热释放总量和氧消耗总量，降低温室效应，维护地球上水、气、冰共存的保持生物多样性的气候平衡状态，实现生态文明，延长人类在地球上的生存时间。

本发明所述区域碳热氧平衡发展模式包括“零碳（或零碳热氧）区域”发展模式、“负碳（或负碳热氧）区域”发展模式、“生态零碳（或生态零碳热氧）区域”发展模式和“生态负碳（或生态负碳热氧）区域”发展模式。

“零碳（或零碳热氧）区域”发展模式是指运用系统工程技术，规划、普查、核算、核查、统筹碳吸收总量、热吸收总量与氧释放总量和碳排放总量、热释放总量与氧消耗总量。采用节能减排、减热降能、清洁能源替代、“碳、热、氧产品”封存、生态“碳、热、氧补偿”及“实体碳、热、氧产品交易”等方法，使一个行政区域（或一个单位）边界范围内的碳吸收总量、热吸收总量与氧释放总量减去碳排放总量、热释放总量与氧消耗总量的代数和等于零。

“负碳（或负碳热氧）区域”发展模式是指运用系统工程技术，规划、普查、核算、核查、统筹碳吸收总量、热吸收总量与氧释放总量和碳排放总量、热释放总量与氧消耗总量。采用节能减排、减热降能、清洁能源替代、“碳、热、氧产品”封存、生态“碳、热、氧补偿”及“实体碳、热、氧产品交易”等方法，使一个行政区域（或一个单位）边界范围内的碳吸收总量、热吸收总量与氧释放总量减去碳排放总量、热释放总量与氧消耗总量的代数和大于零。

“生态零碳（或生态零碳热氧）区域”发展模式是指在一个行政区域（或一个单位）边界范围内，光合作用的碳吸收总量、热吸收总量与氧释放总量减去生物氧化的碳排放总量、热释放总量与氧消耗总量的代数和等于零。

“生态负碳（或生态负碳热氧）区域”发展模式是指在一个行政区域（或一个单位）边界范围内，光合作用的碳吸收总量、热吸收总量与氧释放总量减去生物氧化的碳排放总量、热释放总量与氧消耗总量的代数和大于零。

1、地球碳循环

碳元素在地球的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换形成碳循环。大气中的CO₂通过植物的光合作用被消耗，又随植物、动物和微生物的呼吸作用、有机物的燃烧以及腐烂分解等过程，被重新释放出来，大气中被吸收的CO₂的数量与重新释放出来的数量大致相等。

自然界碳循环的过程是：大气中的CO₂被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动又将碳以CO₂的形式返回大气中。

（1）碳在生物圈和大气圈之间的循环

绿色植物从空气中获得CO₂，经过光合作用生成葡萄糖，再转化为植物体的有机碳化合物，经过食物链的传递，成为动物体的有机碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为CO₂释放到大气中，另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。植物、动物死后，残体中的碳通过微生物的分解作用降解成CO₂排放到大气中。

约千分之一的植物、动物残体在被分解之前就被沉积物所掩埋，而成为有机沉积物。这些沉积物经过久远的地质年代，在热能和压力作用下转变成矿物燃料（煤、石油和天然气等）。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时，其中的碳元素被氧化成CO₂排放到大气中。

沉积岩中的碳经过自然和人类活动干扰，分解成CO₂后进入大气和海洋；另一方面生物体死亡以及其他各种含碳物质不停的以沉积物的形式返回地壳中，由此构成了全球碳循环的一部分。

（2）碳在大气圈和水圈之间的循环

在大气和水的界面上，CO₂可溶解进入水圈，水中的CO₂也会溢出到大气中，这两个方向流动的CO₂数量大致相等。

（3）碳在大气圈、水圈和岩石圈之间的循环

大气中的CO₂溶解在雨水和地下水中成为碳酸，碳酸能把石灰岩变为可溶态的重碳酸盐，并被河流输送到海洋中沉积下来。在化学和物理作用（风化）下，石灰岩、白云石和碳质页岩被破坏，所含的碳又以CO₂的形式释放到大气中。火山爆发也可使一部分有机碳和碳酸盐中的碳转化成CO₂再次加入碳的循环。

（4）人类活动对碳循环的影响

CO₂是主要的温室气体，具有阻止太阳辐射长波向太空反射的作用，可使地球表面温度升高。由于人类活动（如化石燃料燃烧）的影响，使大气中CO₂含量猛增，导致温室效应加剧、全球气候变暖。引起地球冰川融化，海平面上升，海洋风暴增加，淹没岛屿和沿海陆地及粮田，形成极端气候；土地干旱，沙漠化、石漠化、荒漠化、水土流失面积正在迅速扩大，造成病、虫、害和传染性疾病频发等一系列严重的自然灾害。

工业革命前的一两千年中，虽然曾经出现中世纪温暖时期与小冰河时期，但人们一直认为全球温度是相对稳定的。但在2000年以后，各地的高温记录经常被打破。导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等），排放出大量的温室气体所造成。为阻止全球暖化趋势，联合国专门制订了《联合国气候变化框架公约》，降低温室气体排放量，将大气中CO₂浓度控制在人类可持续生存与发展的水平。《巴黎协定》提出：把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2°C之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5°C之内。

2、地球热循环

地球热循环主要包括大气循环和水循环。大气循环泛指大气层物质和热量的循环性流动。太阳辐射到地球表面的热能，使赤道附近的热空气上升，从高空流向地球的两极，热空气在两极地区释放出所携带的热量而变冷变重，下降到地面之后又从两极吹回到赤道，形成全球性大气对流（即大气循环）。大气循环使地球表面层温度趋于热平衡，是气候和气象变化的导因，可将许多污染物如二氧化硫、氯氟烃等，随大气对流扩散到很远的地方。大气对流在局部地区也可形成。

太阳辐射是指太阳以电磁波的形式向外传递能量，地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间的总辐射能量的二十二亿分之一，即是推动大气运动的主要能量，又是地球光热能的主要来源。

太阳辐射到地球上的热量一部分会被吸收，一部分被反射出去。CH₄、NO₂、CO₂和水蒸气等温室气体增加了大气层对长波辐射的吸收，使部分辐射反射回地面，促使大气增温。目前，地球大气层中太阳辐射热量呈上升趋势，加剧了全球气候变暖。

在太阳辐射和地球引力的推动下，水在水圈内各组成部分（全球海洋和陆地）之间不停的运动，形成水循环。

在太阳能的作用下，海洋表面的水蒸发到大气中形成水汽，水汽随大气环流运动，一部分进入陆地上空，在一定条件下形成雨、雪等降水；大气降水到达地面后转化为地下水、土壤水和地表径流，地下径流和地表径流最终又回到海洋，由此形成淡水的动态循环。水循环的存在，使人类赖以生存的淡水资源得到了不断地补充，成为一种可再生资源，循环不息，使各个地区的气温、湿度等不断得到调节。

3、地球氧循环

动物、植物、微生物的呼吸作用及人类活动要消耗O₂，产生CO₂。植物的光合作用吸收CO₂，释放O₂，如此构成生物圈的氧循环。自然界中氧气的含量随着生物的呼吸和物质的燃烧而减少，通过植物的光合作用而增加，周而复始地进行循环。

在地球形成和发展的整个历史过程中，大气层中氧气含量的变化显著地改变了全球气候。目前，地球大气层中O₂的含量是21%，但在过去的5.41亿年里，O₂含量是在10%到35%之间波动着。当O₂含量下降时，大气密度下降，地表水分蒸发加剧，导致降水增加和气温升高。

大气中的氧主要以双原子形态存在，具有很强的化学活性，影响氧生成各种化合物的其他元素（如碳、氢、氮、硫、铁等）的地球化学循环。大气中的O₂多数来源于光合作用，少量产生于高层大气中水分子与太阳紫外线之间的光致离解作用。

大气中的氧气在短波紫外线的照射下分解为氧原子，氧原子化学性质不稳定，极易与氧气结合形成臭氧。臭氧形成后会慢慢下降到臭氧层的底部，这个过程中如果环境温度上升，就会破坏臭氧的稳定性，在接受长波紫外线的照射后分解为氧气和氧原子。臭氧形成的化学公式为：

O+O₂→O₃

平流层中含有地球上90％的臭氧，称为“臭氧层”。其作用是吸收紫外线，减少地球生物受到紫外线短波的伤害，同时将吸收的紫外线转化为热量，起到保温作用。臭氧的性质：蓝色、带腥臭味的气体，有很强的氧化性和不稳定性。现在由于人类生产、生活中电冰箱、空调制冷剂的排放，过量的CO₂渗入，太空火箭喷出的氢氧化氮以及高空飞行的飞机喷出的尾气，还有大量使用化肥等，使臭氧层遭到破坏，变薄并出现臭氧空洞。臭氧层被破坏，吸收紫外线的能力减弱，导致到达地表的紫外线强度的增加，给人类、动物、植物带来了巨大的危害。引起皮肤癌、眼角膜坏死、免疫系统破坏，阻碍植物光合作用、杀死海洋单细胞生物、农作物减产降质、破坏生态平衡等一系列严重的问题。

为了维持地球生态平衡，实现环境可持续发展，我们必须要重视和保护臭氧层，全面减少排放氯氟烃类物质（CFCs）、研发氟利昂的清洁替代品、增加大气中的氧气含量、降低大气温度等。结合本发明人提出的五大原理，推动“速生碳汇草”的种植，加快“碳热氧”循环。通过扩大植物光合作用的面积、空间，提高植物光合效率、吸收多余热量，释放大量氧气，增加臭氧层氧源，维持地球大气“碳热氧”平衡。

大气中的氧和水体中的溶解氧之间存在着溶解平衡关系。水-气系统具有一定的自动调节、恢复平衡的功能，当水体受有机物污染后，水体中的细菌降解有机物并耗用水中的溶解氧，被消耗的溶解氧则由大气中的氧通过气-水界面予以补给。如果大气中氧的平衡浓度由于某种原因（如岩石风化加剧）低于正常浓度时，水体中溶解氧浓度也相应降低。水体中有机物耗氧降解作用缓慢下来，反而促进了水生生物的光合作用（增氧过程），使水体表面溶解氧浓度逐渐上升到过饱和状态而逸散到大气中。

荒漠化和乱砍滥伐导致陆地植物削减，海洋污染导致海洋浮游植物数量锐减，使植物光合作用释放O₂的量降低；且化石燃料的燃烧、生活污水、工业垃圾、化肥的大量使用，加快大气中O₂的消耗；均可打破已维持上万年的氧循环平衡状态。

实现区域碳热氧平衡发展模式的方法还包括：采用生物育种技术，改良遗传特性，选育优良高产的植物品种，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CO₂转入生物圈中，发展育种种植经济，增加植物固碳量；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，加工植物碳产品，制备植物制品，发展植物产品固碳经济，拓展植物封碳量；繁育丰产的水生生物，发展渔业固碳经济，加大水圈传碳量；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，扩充动物转碳量；收集生物质直接填埋，把植物碳输入岩石圈，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，加速生产用碳量。将光合作用吸收CO₂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、传碳、转碳、限碳、控碳、减碳、用碳等方法，形成资源循环利用的发展机制。世界上没有无用的物质，只有放错位置的资源，将一切物质合理地循环利用，解决人类对资源消耗与资源补偿失衡的问题。

实现碳热氧平衡发展是将绿色发展和循环发展融合在人类的生产生活活动中，以节能减排、治理污染为基础，以生态修复为措施，以发展“新气候经济”为主导，以实现封碳、降温、释氧与排碳、升温、耗氧总量的动态平衡为方向，以减少自然灾害、维护生物多样性为目标；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的评价体系，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，创新“碳、热、氧税”制度；建立反映市场供求与资源稀缺程度，体现生态价值与代际补偿的资源有偿使用、生态碳热氧补偿及“实体碳、热、氧产品”交易制度，树立正确的道德观念，完善法律体系，形成生态社会文明的长效保障机制，解决人类生存与可持续发展的问题。

草地面积约占陆地总面积的1/2。全世界天然草地约30.5亿公顷，我国约占4亿公顷（包括北方大面积草原、南方草山草坡、农区边隙地、沿海滩涂草地）。

草山草坡或农区边隙地生长的天然草本植物，大多数生物量低。可改种或补种“速生碳汇草”，增加生物质产量。“速生碳汇草”秸秆中含有大量的羟基（-OH）及氢（-H）在高温、无氧或缺氧条件下炭化（干馏），使秸秆的构成分子的化学键重排，碳元素浓缩富集。加工后的碳产品热值可达3000～4000 kcal/kg。还可得到焦油、裂解气、木醋液等副产品，是潜在的能源物质和化工原料。焦油中主要含有醛、酮、酸、酯、醇、呋喃、酚类有机物、水等，可作为液体燃料用于窑炉、锅炉等产热设备。裂解气中CH₄通过净化后可直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明等用途。木醋液主要成分为酚类和酮类，可用作消毒剂、除臭剂、农药或农药助剂。木醋液作为叶面肥可增强作物根部与叶片的活力，减缓老化，降低果实酸度，延长果实贮藏时间，提高风味；还可促进土壤有益微生物的繁殖，增加农药效果。

以南方坡地种植“速生碳汇草”生产碳产品，替代煤炭，实现“零碳（或零碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、春季地表气温达到10℃以上时，沿坡地等高线开挖种植沟，种植沟间距1～1.5m，沟宽20～30 cm，沟深20～30 cm，沟内施5～10 cm厚的有机肥后覆土3～5 cm。

2、从6月龄以上的植株中选取芽眼饱满、健康、无病虫害的“速生碳汇草”茎秆为种节，播种前切成小段，每段保留3～5个节。

3、将种茎平放于种植沟内，再覆土1～3 cm，下种完后及时浇水，保持土壤湿润，7～10天出苗。

4、封垄前中耕除草1～2次，结合除草松土，在苗蔸四周进行培土；1年可收割1～2次，优选一年收割1次，在秋季整株叶片2/3变黄时，留茬1～10 cm进行刈割。

5、将收割下来的“速生碳汇草”自然干燥，含水量低于20%后，放入干馏釜中，隔绝空气加热到550℃～600℃。干馏产生的蒸汽通过焦油分离器进行冷凝，收集焦油、裂解气、木醋液。焦油可加工成液体燃料，裂解可加工成气体燃料。

6、“速生碳汇草”完全炭化后冷却至室温，粉碎后加入粘土，粘土与炭粉按体积比0.5～1:10混合均匀。

7、混合均匀后的原料加水，湿度控制在30%～40%，在成型机中挤压成型，自然干燥后即为固体燃料，替代煤炭。

通常将年降水量在200 mm以下的地区称为干旱区，年降水量在200～500 mm之间的地区称为半干旱区。人们习惯将二者总称干旱气候地区，干旱、半干旱区约占全球陆地表面积的40%，其共同特征是：降水量少而变率大，气温日较差和年较差皆大，蒸发量大于降水量，多风沙，云量少，日照强，植被较稀疏。

由于水资源短缺，导致植被较稀疏（自然植被以草为主），生态系统脆弱，易引发沙尘暴和水土流失。但由于热量充足，如果合理地种植沙蒿、沙蓬、沙打旺、红豆草、扁穗冰草等耐干旱、耐贫瘠、耐风沙、耐高温、耐寒冷的草本植物，可降低干旱气候地区风速、温度和蒸发量，提高该区域CO₂吸收量、热吸收量和O₂释放量。

沙蒿（Artemisia desertorum Spreng. Syst.Veg.）别名：漠蒿，薄蒿，草蒿，荒地蒿，荒漠蒿等。为菊科蒿属旱生植物，可生长在半流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、平沙地、覆沙戈壁和干河床上，是沙地先锋植物。

沙蓬[Agriophyllum squarrosum (L.) Moq.]藜科一年生草本，主根短小，侧根较长，向四周延伸，一种耐寒、耐旱的沙生植物，是亚洲大陆干旱-半干旱地区各种类型的流动、半流动及固定沙地上的先锋植物。

沙打旺（Astragalus adsurgens Pall.）豆科黄芪属多年生草本，主根长而弯曲，侧根发达，细根较少。具有改良荒山和固沙功能，也可作绿肥。

以沙漠地区种植草本植物，修复生态系统，实现“负碳（或负碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、将淀粉接枝丙烯酸树脂保水剂、过磷酸钙、腐植酸按质量比10:1～2:0.5～1混合后，加2～3倍质量的水搅拌均匀。

2、将保水剂凝胶体与种子按质量比1:30～40投入制丸机内造粒（丸化）。

3、4月中下旬，在沙漠边缘和含水的古河道、古湖泊、地下水发育的沙漠地区；风沙过后在沙土上散播丸化好的种子，沙蒿用种量为20～30 g/hm²，沙蓬用种量为30～40 g/hm²，沙打旺用种量为10～15 kg/hm²。

4、沙蒿、沙蓬、沙打旺混播后，喷洒混合藻液，用量为2～2.5 L/m²；混合藻液是将微鞘藻与伪枝藻按质量比5～10:1混均，加入到质量浓度为5%～6%的NaCl溶液中，藻类总质量与NaCl溶液质量的比为1～2:10，在20℃～25℃下培养2～4 h后，再在藻液中按质量比加入10%～20%的沙蒿胶，搅拌均匀获得混合藻液。

5、第二年沙地植被覆盖率低于30%时，按步骤（3）再散播种子；第二年沙地植被覆盖率大于30%时，加强沙地鼠害、虫害防治，提高植被覆盖率；第二年沙地植被覆盖率大于80%时，可适当收割沙蒿、沙蓬、沙打旺进行利用。

地球上的植物大约有50多万种，生活在海洋中的藻类多达10万种以上。海洋约占整个地球面积的71%。在地球上光合作用产生的氧气中，约88%是在海洋中形成的，其中海藻起主要作用。光合单位的周转率与体型成反比（也就是说，植物个体越小，单位重量的植物光合效率就越高），一棵树长到原来的两倍需要几年，一个藻类分裂成两个只要1天。所以海洋植物的光合作用比陆生植物的光合作用所占比重大。海藻除了有光合作用功能外，还具有吸收营养和制造营养物质的功能。许多海藻是鱼类的饵料，还可作为人类的食物。海藻是海洋生命系统中的重要组成部分。

我国拥有1.8×10⁴ km的海岸线，472×10⁴ km²的海域，可生长海带、亨氏马尾藻、鼠尾藻、石莼、刺松藻、小石花菜、龙须菜、蜈蚣藻等大型海藻。大型海藻不仅单产高，而且不与农业争地和争水，发展空间十分广阔。利用大型海藻巨大的生物质量来生产燃料，可节约能源的消耗、减少CO₂的排放；还可大量吸收C、N、P等元素，降低水体富营养化，净化水体，释放O₂。发酵后的海藻还可以作饲料、肥料和保湿剂。

石莼（俗称“海白菜”）的种子以孢子形式存在于海水里，一旦条件适应，就开始发芽生长。主要生长在中、低潮区及大潮干潮线附近的石砾、岩礁、贝壳上，0℃～35℃范围内正常存活与生长；能耐受的盐度范围为15～35‰，生长迅速，再生能力强。在平静的海岸水域中，条件适宜的情况下，生长速度极快。一天可增加20%～30%，3～4天时间就能长成。欧洲、北美洲、中美洲、加勒比、南美洲、非洲、印度洋群岛、东南亚、太平洋群岛、澳大利亚、新西兰等均有分布。

以潮间带人工养殖石莼生产乙醇，替代石油，实现“生态零碳（或生态零碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、3～6月，采集个体成熟的石莼，用海水清洗干净后，在15℃～25℃下阴干6～8h，刺激生殖细胞生长。

2、选择有生殖器的藻体浸入海水中，在150～200 rpm下振荡1～2 h，促进石莼生殖细胞的排放。

3、将石莼孢子放在室内水箱中，在温度20℃～25℃，光照强度3500～4500 Lx，光照时间12～14 h/d下，培养5～7 d，叶状体和假根基本形成。

4、选落潮期将石莼幼苗投放到潮间带石砾、岩礁上，以后每隔5～7 d打捞一次，每次打捞总量的30%～40%。

5、将打捞上来的新鲜石莼清除杂质，放入干净的淡水中洗去盐粒，沥干水份，含水量控制在20%～25%后粉碎，过80～120目筛。

6、粉碎后的石莼颗粒，用浓度0.1～0.5 mol/L的H₂SO₄，将pH值控制在5.5～6；在压力10～15 Pa、温度130℃～150℃下恒温10～15 min后，用浓度为5～10 mol/L的NaOH，将pH值控制在5.5～6。

7、将酿酒酵母按质量比1～2:100，加入到质量浓度为2%～5%的葡萄糖溶液中，在28℃～30℃下，恒温振荡30 min，活化酵母菌。

8、将活化后的酵母菌液与预处理好的石莼颗粒按质量比1.0～1.2:10混合均匀，在28℃～30℃下恒温发酵2～3 d。

9、抽取发酵液，精馏获得燃料乙醇，替代石油。

“大洋传送带”又称温盐环流和热盐环流，是一种全球性的温度、盐度循环系统。高盐度的低温海水在北大西洋北部下沉，自深海向南流动返回赤道，一直到达环南极。它在南大西洋、南印度洋及南太平洋上升至海水表层，流向北大西洋、印度洋及北太平洋，汇合成一支温暖且盐度低的洋流，自热带太平洋向西穿过印度洋，绕过非洲南部，最后到达大西洋一直向北，从而形成一个闭合的环流。其中，在北大西洋海域，海水表层向北，深层向南的传送有着特别重要的意义，它不断地将低纬度地区赤道附近的热量和盐度低的海水带到中高纬度的海域，从而缓和了北半球中高纬度地区温度的变化，维持着全球气候系统的平衡。

“大洋传送带”的循环依赖于海水中温度和盐度的差异，而全球变暖将会威胁到它的运转。在低纬度地区大面积养殖海藻，可降低该纬度地区CO₂浓度和海水盐度，增加O₂浓度，控制全球变暖。

藻类种类多，繁殖快，生长周期短，生物量大，产油率高。一般陆地能源植物1年只能收获1～2季，而微藻几天就可收获1代，不破坏生态系统，可获得大量生物质。用微藻生产生物柴油，得率高、可再生、易被生物降解、不影响粮 食安全，替代化石能源，既能保护环境、又能节约资源，还能控制二氧化硫和硫化物的排放。

可作为生物柴油原料的微藻有绿藻、硅藻、葡萄藻、杜氏盐藻、小球藻、栅藻、雨生红球藻等。

硅藻是一类具有色素体的单细胞植物，常由几个或很多细胞个体连结成链状、带状、丛状、放射状的群体，是温带和热带海洋的优势类群。

葡萄藻（Botryococcus braunii）又称“丛粒藻”、“黄被藻”、“油藻”，单细胞、群体、自营型微体浮游藻类。是一种世界性广泛分布的微藻，其含烃量高达细胞干重的80%以上，远高于其它微生物的产烃量。

以远洋人工养殖葡萄藻，生产生物柴油，实现“生态负碳（或生态负碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、选择网孔直径 1～2 cm的尼龙纤维网或聚乙烯网，制成1～2 m×1～2 m矩形网箱体，网箱四周用木材、竹子、塑料或金属材料固定边框，网箱高1～1.5 m。

2、用网孔直径0.5～1 cm的尼龙纤维网或聚乙烯网，制成1～2 m×1～2 m矩形网箱片，四周用木材、竹子、塑料或金属材料固定边框。从网箱体底部向上，每距30～40 cm设置一块网片。

3、将矩形网箱投入海中，用浮子固定好网箱，多个网箱组成一组葡萄藻养殖区，养殖区之间适当预留船通行的宽度。

4、葡萄藻可无性繁殖（孢子分裂或群体断裂），选择5～8 cm高的健壮葡萄藻作为藻种。

5、将藻种放入网箱内的网片，藻种之间的间距为20～30 cm×20～30 cm。

6、接种3～5 d后，抖动网箱，使烂掉的藻体脱落。

7、当葡萄藻平均株高超过15cm时，收获藻体，一部分留藻种，一部分捞出水面，经机械挤压脱水后，在70℃～80℃下烘干至含水量低于5%后粉碎，过200目筛。

8、将葡萄藻粉与乙酸乙酯按体积比1:3～5混合，在50℃～55℃，1～1.2 kPa下搅拌2.5～3 h，反复浸提2～3次。

9、取滤液在85℃～90℃，压力-0.05 MPa下减压蒸馏收集乙酸乙酯，同时得到海藻油（即生物柴油）。

本发明的优点：

1)、通过创建区域碳热氧平衡发展模式，可以解决我国减排的巨大压力和碳排放、热释放和氧消耗的负面作用，提高我国在国际气候谈判上的话语权。

2)、使我国能充分合理地利用没有国界、没有纷争的碳、热、氧资源，获得可持续发展的大量物质财富，建设生态文明。

3)、通过创建“碳热氧平衡工厂”、“碳热氧平衡机关”、“碳热氧平衡学校”、“碳热氧平衡社区”、“碳热氧平衡村庄”、“碳热氧平衡乡镇”、“碳热氧平衡县（区）”、“碳热氧平衡省（市）”、“碳热氧平衡国家”，最终实现“碳热氧平衡世界”发展模式。从根本上降低大气温室效应，控制全球气候变暖。

具体的实施方式

下面详细说明本发明优选的技术方案，但本发明不限于所提供的实施例。

实施例1

以南方坡地种植“速生碳汇草”生产碳产品，替代煤炭，实现“零碳（或零碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、春季地表气温达到10℃以上时，沿坡地等高线开挖种植沟，种植沟间距1～1.5m，沟宽20～30 cm，沟深20～30 cm，沟内施5～10 cm厚的有机肥后覆土3～5 cm。

2、从6月龄以上的植株中选取芽眼饱满、健康、无病虫害的“速生碳汇草”茎秆为种节，播种前切成小段，每段保留3～5个节。

3、将种茎平放于种植沟内，再覆土1～3 cm，下种完后及时浇水，保持土壤湿润，7～10天出苗。

4、封垄前中耕除草1～2次，结合除草松土，在苗蔸四周进行培土；1年可收割1～2次，优选一年收割1次，在秋季整株叶片2/3变黄时，留茬1～10 cm进行刈割。

5、将收割下来的“速生碳汇草”自然干燥，含水量低于20%后，放入干馏釜中，隔绝空气加热到550℃～600℃。干馏产生的蒸汽通过焦油分离器进行冷凝，收集焦油、裂解气、木醋液。焦油可加工成液体燃料，裂解可加工成气体燃料。

6、“速生碳汇草”完全炭化后冷却至室温，粉碎后加入粘土，粘土与炭粉按体积比0.5～1:10混合均匀。

7、混合均匀后的原料加水，湿度控制在30%～40%，在成型机中挤压成型，自然干燥后即为固体燃料，替代煤炭。

实施例2

以沙地种植草本植物，修复生态系统，实现“负碳（或负碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、将淀粉接枝丙烯酸树脂保水剂、过磷酸钙、腐植酸按质量比10:1～2:0.5～1混合后，加2～3倍质量的水搅拌均匀。

2、将保水剂凝胶体与种子按质量比1:30～40投入制丸机内造粒（丸化）。

3、4月中下旬，在沙漠边缘和含水的古河道、古湖泊、地下水发育的沙漠地区；风沙过后在沙土上散播丸化好的种子，沙蒿用种量为20～30 g/hm²，沙蓬用种量为30～40 g/hm²，沙打旺用种量为10～15 kg/hm²。

4、沙蒿、沙蓬、沙打旺混播后，喷洒混合藻液，用量为2～2.5 L/m²；混合藻液是将微鞘藻与伪枝藻按质量比5～10:1混均，加入到质量浓度为5%～6%的NaCl溶液中，藻类总质量与NaCl溶液质量的比为1～2:10，在20℃～25℃下培养2～4 h后，再在藻液中按质量比加入10%～20%的沙蒿胶，搅拌均匀获得混合藻液。

5、第二年沙地植被覆盖率低于30%时，按步骤（3）再散播种子；第二年沙地植被覆盖率大于30%时，加强沙地鼠害、虫害防治，提高植被覆盖率；第二年沙地植被覆盖率大于80%时，可适当收割沙蒿、沙蓬、沙打旺进行利用。

实施例3

以潮间带人工养殖石莼生产乙醇，替代石油，实现“生态零碳（或生态零碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、3～6月，采集个体成熟的石莼，用海水清洗干净后，在15℃～25℃下阴干6～8h，刺激生殖细胞生长。

2、选择有生殖器的藻体浸入海水中，在150～200 rpm下振荡1～2 h，促进石莼生殖细胞的排放。

3、将石莼孢子放在室内水箱中，在温度20℃～25℃，光照强度3500～4500 Lx，光照时间12～14 h/d下，培养5～7 d，叶状体和假根基本形成。

4、选落潮期将石莼幼苗投放到潮间带石砾、岩礁上，以后每隔5～7 d打捞一次，每次打捞总量的30%～40%。

5、将打捞上来的新鲜石莼清除杂质，放入干净的淡水中洗去盐粒，沥干水份，含水量控制在20%～25%后粉碎，过80～120目筛。

6、粉碎后的石莼颗粒，用浓度0.1～0.5 mol/L的H₂SO₄，将pH值控制在5.5～6；在压力10～15 Pa、温度130℃～150℃下恒温10～15 min后，用浓度为5～10 mol/L的NaOH，将pH值控制在5.5～6。

7、将酿酒酵母按质量比1～2:100，加入到质量浓度为2%～5%的葡萄糖溶液中，在28℃～30℃下，恒温振荡30 min，活化酵母菌。

8、将活化后的酵母菌液与预处理好的石莼颗粒按质量比1.0～1.2:10混合均匀，在28℃～30℃下恒温发酵2～3 d。

9、抽取发酵液，精馏获得燃料乙醇，替代石油。

实施例4

以远洋人工养殖葡萄藻，生产生物柴油，实现“生态负碳（或生态负碳热氧）区域”发展模式为例，具体方法如下：

1、选择网孔直径 1～2 cm的尼龙纤维网或聚乙烯网，制成1～2 m×1～2 m矩形网箱体，网箱四周用木材、竹子、塑料或金属材料固定边框，网箱高1～1.5 m。

2、用网孔直径0.5～1 cm的尼龙纤维网或聚乙烯网，制成1～2 m×1～2 m矩形网箱片，四周用木材、竹子、塑料或金属材料固定边框。从网箱体底部向上，每距30～40 cm设置一块网片。

3、将矩形网箱投入海中，用浮子固定好网箱，多个网箱组成一组葡萄藻养殖区，养殖区之间适当预留船通行的宽度。

4、葡萄藻可无性繁殖（孢子分裂或群体断裂），选择5～8 cm高的健壮葡萄藻作为藻种。

5、将藻种放入网箱内的网片，藻种之间的间距为20～30 cm×20～30 cm。

6、接种3～5 d后，抖动网箱，使烂掉的藻体脱落。

7、当葡萄藻平均株高超过15cm时，收获藻体，一部分留藻种，一部分捞出水面，经机械挤压脱水后，在70℃～80℃下烘干至含水量低于5%后粉碎，过200目筛。

8、将葡萄藻粉与乙酸乙酯按体积比1:3～5混合，在50℃～55℃，1～1.2 kPa下搅拌2.5～3 h，反复浸提2～3次。

9、取滤液在85℃～90℃，压力-0.05 MPa下减压蒸馏收集乙酸乙酯，同时得到海藻油（即生物柴油）。

Claims (1)

1.实现区域碳热氧平衡发展模式的方法，包括运用科学手段繁茂生态系统、使用清洁能源替代化石燃料，调控区域内碳、热、氧循环速度，获得适应生物生存的大气碳、热、氧平衡状态；通过测定区域内碳、热、氧各项参数指标，根据分析结果判断气候变化趋势，调节区域内碳排放与碳吸收总量、热释放与热吸收总量、氧消耗与氧释放总量，使一个行政区域边界范围内的碳、热、氧达到动态平衡，其特征是，所述区域碳热氧平衡发展模式包括“零碳热氧区域”发展模式、“负碳热氧区域”发展模式、“生态零碳热氧区域”发展模式、“生态负碳热氧区域”发展模式；

所述“零碳热氧区域”发展模式的方法包括：

(1)春季地表气温达到10℃以上时，沿坡地等高线开挖种植沟，种植沟间距1～1.5m，沟宽20～30cm，沟深20～30cm，沟内施5～10cm厚的有机肥后覆土3～5cm；

(2)从6月龄以上的植株中选取芽眼饱满、健康、无病虫害的“速生碳汇草”茎秆为种节，播种前切成小段，每段保留3～5个节；

(3)将种茎平放于种植沟内，再覆土1～3cm，下种完后及时浇水，保持土壤湿润，7～10天出苗；

(4)封垄前中耕除草1～2次，结合除草松土，在苗蔸四周进行培土；在秋季整株叶片2/3变黄时，留茬1～10cm进行刈割；

(5)将收割下来的“速生碳汇草”自然干燥，含水量低于20％后，放入干馏釜中，隔绝空气加热到550℃～600℃；干馏产生的蒸汽通过焦油分离器进行冷凝，收集焦油、裂解气、木醋液；

(6)“速生碳汇草”完全炭化后冷却至室温，粉碎后加入粘土，粘土与炭粉按体积比0.5～1:10混合均匀；

(7)混合均匀后的原料加水，湿度控制在30％～40％，在成型机中挤压成型，自然干燥后即为固体燃料，替代煤炭；

所述“负碳热氧区域”发展模式的方法包括：

(1)将淀粉接枝丙烯酸树脂保水剂、过磷酸钙、腐植酸按质量比10:1～2:0.5～1混合后，加2～3倍质量的水搅拌均匀；

(2)将保水剂凝胶体与种子按质量比1:30～40投入制丸机内造粒；

(3)4月中下旬，在沙漠边缘，含水的古河道、古湖泊、地下水发育的沙漠地区；风沙过后在沙土上散播丸化好的种子，沙蒿用种量为20～30g/hm²，沙蓬用种量为30～40g/hm²，沙打旺用种量为10～15kg/hm²；

(4)沙蒿、沙蓬、沙打旺混播后，喷洒混合藻液，用量为2～2.5L/m²；混合藻液是将微鞘藻与伪枝藻按质量比5～10:1混均，加入到质量浓度为5％～6％的NaCl溶液中，藻类总质量与NaCl溶液质量的比为1～2:10，在20℃～25℃下培养2～4h后，再在藻液中按质量比加入10％～20％的沙蒿胶，搅拌均匀获得混合藻液；

(5)第二年沙地植被覆盖率低于30％时，按步骤(3)再散播种子；第二年沙地植被覆盖率大于30％时，加强沙地鼠害、虫害防治，提高植被覆盖率；第二年沙地植被覆盖率大于80％时，可适当收割沙蒿、沙蓬、沙打旺进行利用；

所述“生态零碳热氧区域”发展模式的方法包括：

(1)3～6月，采集个体成熟的石莼，用海水清洗干净后，在15℃～25℃下阴干6～8h，刺激生殖细胞生长；

(2)选择有生殖器的藻体浸入海水中，在150～200rpm下振荡1～2h，促进石莼生殖细胞的排放；

(3)将石莼孢子放在室内水箱中，在温度20℃～25℃，光照强度3500～4500Lx，光照时间12～14h/d下，培养5～7d，叶状体、假根基本形成；

(4)选落潮期将石莼幼苗投放到潮间带石砾、岩礁上，以后每隔5～7d打捞一次，每次打捞总量的30％～40％；

(5)将打捞上来的新鲜石莼清除杂质，放入干净的淡水中洗去盐粒，沥干水份，含水量控制在20％～25％后粉碎，过80～120目筛；

(6)粉碎后的石莼颗粒，用浓度0.1～0.5mol/L的H₂SO₄，将pH值控制在5.5～6；在压力10～15Pa、温度130℃～150℃下恒温10～15min后，用浓度为5～10mol/L的NaOH，将pH值控制在5.5～6；

(7)将酿酒酵母按质量比1～2:100，加入到质量浓度为2％～5％的葡萄糖溶液中，在28℃～30℃下，恒温振荡30min，活化酵母菌；

(8)将活化后的酵母菌液与预处理好的石莼颗粒按质量比1.0～1.2:10混合均匀，在28℃～30℃下恒温发酵2～3d；

(9)抽取发酵液，精馏获得燃料乙醇，替代石油；

所述“生态负碳热氧区域”发展模式的方法包括：

(1)选择网孔直径1～2cm的尼龙纤维网、聚乙烯网，制成1～2m×1～2m矩形网箱体，网箱四周用木材、竹子、塑料、金属材料固定边框，网箱高1～1.5m；

(2)用网孔直径0.5～1cm的尼龙纤维网、聚乙烯网，制成1～2m×1～2m矩形网箱片，四周用木材、竹子、塑料、金属材料固定边框；从网箱体底部向上，每距30～40cm设置一块网片；

(3)将矩形网箱投入海中，用浮子固定好网箱，多个网箱组成一组葡萄藻养殖区，养殖区之间适当预留船通行的宽度；

(4)选择5～8cm高的健壮葡萄藻作为藻种；

(5)将藻种放入网箱内的网片，藻种之间的间距为20～30cm×20～30cm；

(6)接种3～5d后，抖动网箱，使烂掉的藻体脱落；

(7)当葡萄藻平均株高超过15cm时，收获藻体，一部分留藻种，一部分捞出水面，经机械挤压脱水后，在70℃～80℃下烘干至含水量低于5％后粉碎，过200目筛；

(8)将葡萄藻粉与乙酸乙酯按体积比1:3～5混合，在50℃～55℃，1～1.2kPa下搅拌2.5～3h，反复浸提2～3次；

(9)取滤液在85℃～90℃，压力-0.05MPa下减压蒸馏收集乙酸乙酯，同时得到生物柴油。