適應“雙碳”目標的綠色長江建設有關問題思考

徐 平，趙登忠，袁 喆，范澤宇，王丹陽，黃金權，方 擇

（長江水利委員會長江科學院，武漢 430010）

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次氣候評估報告（AR6）表明，如果要將全球變暖控制在不超過工業(yè)化前1.5℃以內，需要全球溫室氣體排放在2025 年前達到峰值，在2030 年前比2010 年減少43%，并預計未來20 年地表變暖將達到1.5℃的轉折點，或將產生干旱與洪澇等極端氣候事件。2022 年夏季我國長江流域大范圍超歷史記錄的極端干旱事件即為明證之一。因此，全球氣候變化已成為人類生存與可持續(xù)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)。為應對全球氣候變化挑戰(zhàn)與減緩溫室氣體排放，2020 年9 月22 日，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會上莊嚴宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和。

長江是中華民族的母親河，由西向東流經我國11 個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），作為連接東中西部的“黃金水道”，在全國經濟社會發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。長江流域是我國水能資源最為富集的地區(qū)，為國家經濟社會發(fā)展供給了巨量的綠色低碳水電清潔能源，也是我國正在謀劃建設的三大全國性碳排放權交易中心中的上海和武漢兩大中心所在區(qū)域。2016 年以來，習近平總書記先后召開推動、深入推動和全面推動長江經濟帶發(fā)展座會并發(fā)表重要講話，做出“共抓大保護、不搞大開發(fā)”“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”等系列重要指示，親自擘畫了長江大保護的宏偉藍圖。2021 年3 月1 日，我國首部流域法律《長江保護法》頒布實施，標志著長江流域正式進入依法保護與治理的新時代。為貫徹落實習總書記關于長江經濟帶高質量發(fā)展系列重要講話精神，水利部長江水利委員會秉承“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，統(tǒng)籌推進“安瀾長江、綠色長江、和諧長江、美麗長江”建設，全面提升長江水生態(tài)系統(tǒng)的質量與穩(wěn)定性，保護河湖健康，支撐和保障流域經濟社會高質量發(fā)展。

在當前“雙碳”戰(zhàn)略背景下，如何充分發(fā)揮長江流域山水林田湖草生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯作用，適應“雙碳”戰(zhàn)略目標，促進生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力提升，有效拓展和豐富“四個長江”建設中的“綠色長江”建設內涵，已經成為值得思考的關鍵問題。為此，本文在回顧我國應對全球氣候變化和國家“雙碳”戰(zhàn)略重要行動的基礎上，詳細闡述長江科學院和國內有關單位研究人員在長江流域河流、湖泊、水庫、濕地與陸地等關鍵生態(tài)系統(tǒng)碳中和基礎研究中取得的研究成果及減源增匯關鍵技術，并提出服務于全面控碳降碳目標的建議舉措。

1 國家“雙碳”戰(zhàn)略目標與行動舉措

自“碳達峰碳中和”國家戰(zhàn)略目標提出以來，我國政府、科技界及相關行業(yè)與企業(yè)相繼發(fā)布了具體行動方案并采取了重要措施，全力做好實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的科技支撐。2021 年3 月，十三屆全國人大四次會議審議通過的《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》明確提出了單位國內生產總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%的目標。在2020 年聯(lián)合國生物多樣性大會上，習近平主席指出，中國將陸續(xù)發(fā)布重點領域和行業(yè)碳達峰實施方案和一系列支撐保障措施，構建起碳達峰、碳中和“1+N”政策體系。2021 年10 月24 日，國務院制定了《2030年前碳達峰行動方案》，明確提出推進雅魯藏布江下游水電開發(fā)，減少化石能源消耗，是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要路徑。2021 年10 月，中共中央、國務院印發(fā)的《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》要求為碳達峰碳中和進行系統(tǒng)謀劃、總體部署。2021年12月，水利部《“十四五”水利科技創(chuàng)新規(guī)劃》明確指出，重點開展水利工程“碳中和”潛力評價方法、“雙碳”目標下生態(tài)水利工程建設運行及效能提升技術等研究。2022 年6 月24日，科技部等九部門聯(lián)合印發(fā)了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030 年）》，統(tǒng)籌提出支撐2030 年前實現(xiàn)碳達峰目標的科技創(chuàng)新行動和保障措施，并為2060 年前實現(xiàn)碳中和目標做好技術研發(fā)儲備，對全國科技界及相關行業(yè)開展“雙碳”科技創(chuàng)新起到指導作用。上述國家戰(zhàn)略規(guī)劃為我國應對氣候變化、綠色低碳發(fā)展提供了方向指引，擘畫了宏偉藍圖，也意味著加快推動碳達峰、盡早實現(xiàn)碳中和已成為我國經濟社會各個層面的廣泛共識。

全國性碳排放權交易市場是實現(xiàn)碳達峰與碳中和目標的核心政策工具之一。與發(fā)達國家相比，我國碳排放權交易市場建設起步較晚，2011 年我國批準碳交易試點，深圳、北京、廣東、重慶等7 省市于2013 年開始正式進行碳交易試點。截至2014 年底，我國已成為繼歐盟之后的第二大碳交易市場。2017 年12 月，經國務院同意，國家發(fā)展改革委印發(fā)了《全國碳排放權交易市場建設方案（電力行業(yè)）》，標志著中國碳排放交易體系完成了總體設計并正式啟動。2020 年，生態(tài)環(huán)境部出臺《碳排放權交易管理辦法（試行）》，印發(fā)了《2019—2020 年全國碳排放權交易配額總量設定與分配實施方案（發(fā)電行業(yè)）》。2021 年6 月25 日，全國統(tǒng)一碳交易市場正式啟動，碳排放權交易中心設在上海，碳排放權登記中心設在武漢。2021 年7 月16 日，全國碳排放權交易市場啟動上線交易，發(fā)電行業(yè)成為首個納入全國碳市場的行業(yè)。但由于水電清潔能源生產過程的復雜性，其碳排放量額度核算方法還存在爭議，缺乏廣泛認可的相關技術標準，目前水電還未真正參與全國性碳交易市場。近年來，隨著我國全國性碳交易市場加速建設及相關技術標準的逐漸成熟，碳交易流動性的增強、碳交易品種的豐富、碳交易市場規(guī)模的擴大為我國水電清潔能源企業(yè)參加碳交易市場帶來了契機。目前國際水電協(xié)會等相關國際組織正在制定水電行業(yè)碳排放交易的技術標準，國內高等院校、科研院所以及水利水電相關企事業(yè)單位也同步開展了水庫溫室氣體與碳排放基礎研究與政策評估工作，水電清潔能源企業(yè)全面參與國家碳排放權交易市場是未來形勢發(fā)展的重要趨勢與現(xiàn)實選擇。

2 綠色長江建設與長江流域“雙碳”研究進展

2.1 綠色長江建設內涵

2021 年，為貫徹落實習總書記關于長江經濟帶高質量發(fā)展系列重要講話精神與“十六字”治水思路，水利部長江水利委員會著力推進“安瀾長江、綠色長江、和諧長江、美麗長江”四個長江建設?！熬G色長江”建設是重要內容之一，其基本內涵是基于水資源剛性約束制度下建成節(jié)水優(yōu)先高效利用的長江，健全節(jié)約低碳、設施完善、統(tǒng)一調度、合理利用的水資源優(yōu)化配置體系，建設節(jié)水型社會，保障水資源綜合利用需求，提高水資源利用效率，完善水資源與人口經濟均衡協(xié)調發(fā)展格局，推動生產生活方式綠色轉型，推進經濟發(fā)展方式升級轉變，建成空間均衡、集約高效的綠色長江。

2.2 長江流域“雙碳”研究進展

在“雙碳”戰(zhàn)略與“綠色長江”建設背景下，國內學者特別是長江科學院研究團隊以長江流域典型河流、湖泊、水庫、濕地、陸地為研究對象，圍繞流域碳循環(huán)基礎理論開展了系列研究工作。

2.2.1 河流碳物質輸送研究

河流是聯(lián)系流域內各類水體的中樞，是流域碳輸移的關鍵環(huán)節(jié)，對流域碳循環(huán)具有重要意義。流域內各類形態(tài)碳以水沙為載體，以干、支流河網為媒介進行傳輸與交換。河流也是流域碳向外輸送的重要出口，其通量不僅反映流域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)，還會影響流域內碳收支平衡。目前，國內學者對長江流域干支流河網碳通量估算、碳輸移規(guī)律及其影響因素識別開展了大量監(jiān)測與科學研究。劉鵬飛[1]估算了三峽建庫前后長江入海無機碳通量約為1.72×106t/yr，并在過去50 年間沒有明顯變化趨勢。王敏[2]發(fā)現(xiàn)長江干流溶解態(tài)無機碳沿程濃度呈階梯下降趨勢，最高值出現(xiàn)在源頭及金沙江段，往下游方向逐漸降低。河流中顆粒態(tài)有機碳含量與懸浮泥沙含量呈負相關，這是因為懸沙含量升高降低透光率從而限制自源有機碳的生產，以及懸沙中礦物質對碳的稀釋作用[3]。有效的護坡、固岸及水土保持措施可以顯著抑制有機碳隨土壤侵蝕并輸入河道。三峽工程建設運行以來，年入海泥沙量已由1997 年的3 億t 降至約1 億t，導致顆粒態(tài)碳通量驟減，由建庫前的1.63×106t/yr 下降至0.6×106t/yr[4-5]。

長江科學院研究團隊通過大量的監(jiān)測與研究，初步揭示了長江河流水沙過程對碳輸移的影響機制。模擬了暴雨徑流事件中河流碳濃度及通量變化過程，發(fā)現(xiàn)在江源地區(qū)，水文年內河流碳輸送量占流域碳凈收支量最高可達11%，且上游碳以化石源和土壤源為主，下游以植被源為主[6]。在彎曲河流，闡明了二次流影響下碳隨泥沙的凹岸侵蝕、凸岸淤積過程，識別了點灘和沙洲中碳含量“熱點”區(qū)域[7]。在牛軛湖及其連通河道，揭示了服從于水文連通條件的碳濃度梯度，發(fā)現(xiàn)河湖連通性越好，上游來水對牛軛湖的稀釋作用越強，河-湖系統(tǒng)碳周轉加快，不連通牛軛湖碳含量最高達連通湖泊的兩倍[8]。

2.2.2 湖泊碳循環(huán)研究

長江流域湖泊星羅棋布，類型眾多，咸水湖與淡水湖兼具，從長江源區(qū)到入海口分布廣泛，對國家“雙碳”戰(zhàn)略實施與“綠色長江”建設具有重要作用。尤其是近年來，隨著長江大保護戰(zhàn)略與“十年禁漁”的實施，長江流域湖泊水生態(tài)環(huán)境明顯好轉，水生生物及其棲息地環(huán)境發(fā)生顯著變化，對于提升湖泊碳匯能力具有重要作用。我國湖泊碳循環(huán)領域的基礎研究開展較早，建立了湖泊碳通量監(jiān)測站網，基本揭示了長江流域典型湖泊碳物質循環(huán)規(guī)律。2003 年，中國科學院開展了為期五年的知識創(chuàng)新工程重大項目“中國陸地和近海生態(tài)系統(tǒng)碳收支研究”，在太湖和武漢東湖進行了湖泊水域碳循環(huán)過程及水氣界面溫室氣體交換通量的觀測實驗[9]。陳永根[10]等采用靜態(tài)箱-氣相色譜法對中國8 個湖泊（洞庭湖、鄱陽湖、巢湖、南四湖、洪澤湖、撫仙湖、洱海、滇池）冬季水體水-氣界面甲烷通量進行了24 h連續(xù)觀測，對中國湖泊冬季甲烷的總釋放量進行了估算。邢陽平[11]利用靜態(tài)箱法觀測了東湖水-氣界面二氧化碳與甲烷的排放通量，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)域二氧化碳與甲烷的排放表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征。李香華[12]觀測獲得了太湖地區(qū)四季的二氧化碳通量。

隨著新一代信息技術的逐漸成熟，利用高光譜遙感數(shù)據與地面測量光譜，構建遙感反演模型已經成為獲取湖泊表層水體溶解有機碳含量的重要途徑，并在中國太湖等重要內陸水域取得了良好的監(jiān)測效果[13]。長江科學院研究團隊開展了青藏高原咸水湖泊與低海拔地區(qū)洞庭湖等淡水湖泊水體碳物質的監(jiān)測與比較分析，結果表明青藏高原咸水湖泊水體無機碳遠高于低海拔區(qū)域淡水湖泊，而湖泊有機碳含量占比較少，以無機碳為主；低海拔湖泊水體碳物質中有機碳占比較大；低海拔湖泊生物活動活躍、水生生物多樣，高原咸水湖泊巖石風化溶解、無機鹽類輸入較多，兩類湖泊均具有較強的固碳潛力[14]。

2.2.3 水庫碳中和研究

長江流域是我國水能資源最豐富的地區(qū)，擁有全國乃至世界最大的水電清潔能源基地，形成了以三峽、向家壩、烏東德、溪洛渡、白鶴灘為代表的巨型梯級水電站群，為長江大保護與碳達峰碳中和戰(zhàn)略做出了重要貢獻。國務院《2030 年前碳達峰行動方案》明確提出推進雅魯藏布江下游水電開發(fā)，有效減少化石能源消耗，是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要路徑。在水庫溫室氣體與碳中和研究領域，中國科學院劉叢強院士團隊是我國較早開展水庫溫室氣體與碳物質循環(huán)研究的團隊，主要以烏江流域梯級水庫為研究對象，從河流-水庫水化學特征、DIC和二氧化碳水體分壓遷移轉化機制等角度研究水庫溫室氣體源匯變化問題[15]。喻元秀等[16]對烏江流域洪家渡、紅楓湖等水庫的溶解二氧化碳進行了研究，估算出了這些水庫水體二氧化碳分壓的分層分布特征及其排放通量。一些科研院所先后在三峽水庫、金沙江下游梯級水庫、清江梯級水庫等典型水庫開展了大量觀測實驗與科學研究工作。孫志禹等[17]全面梳理了從2009 年至2019 年10 年間中國水庫溫室氣體與碳中和貢獻評估研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，將國際上水庫溫室氣體研究分為質疑爭議期（1993 年至2006 年）和拓展研究期（2006 年至今）兩個重要階段，重點闡述了以三峽水庫為代表的中國大中型水庫自身典型特征及中國學者取得的水庫溫室氣體源匯變化重要成果，建議今后持續(xù)加強基礎研究，推進水電碳足跡評價的標準化，從而引導水電行業(yè)重視碳資產管理，積極探索減源增匯方法與途徑。

研究成果表明，以三峽水庫為代表的長江中上游流域梯級水庫及水電清潔能源對國家“雙碳”戰(zhàn)略和綠色長江建設提供了重要支撐。三峽水庫溫室氣體總通量為12.49×105tCO2eq/yr，按照三峽電站年平均發(fā)電量1 000 億kW·h 計算，蓄水發(fā)電后溫室氣體總通量約為14.16 gCO2eq/kW·h，表明其作為清潔能源的減排巨大作用和效益；按照1 kW·h 水電可減少0.997 kgCO2的標準計算，三峽電站2020 年發(fā)電量達1 118 億kW·h，可以減排二氧化碳1.115億t。截至2022 年7 月，長江中上游流域三峽、葛洲壩、向家壩、烏東德、溪洛渡、白鶴灘等巨型梯級水電站群累計減少二氧化碳排放25.6 億t，表明長江流域水電低碳清潔能源的碳中和貢獻極為顯著。

2.2.4 濕地固碳潛力研究

具有“地球之腎”美譽的濕地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)過程中占據著重要地位，在全國固碳減排行動方案中發(fā)揮著重要作用。在全球氣候變化研究中，沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)對全球碳循環(huán)變化具有重要影響，其碳庫占到陸地總碳庫的20%～30%。在當前世界各國應對氣候變化與碳中和戰(zhàn)略背景下，沼澤濕地碳儲量估算與固碳潛力評估已成為研究熱點。我國濕地面積6600 萬公頃，占世界濕地的10%，位居亞洲第一位，世界第四位。我國濕地類型眾多，分布廣泛，區(qū)域差異性顯著，生物多樣性豐富，廣泛分布于三江平原、長江流域與青藏高原等地區(qū)。其中，長江流域洞庭湖、鄱陽湖等湖泊濕地和位于青藏高原腹地的長江源典型泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)獨具特色，由于其特殊的水文環(huán)境與植物群落結構，對于國家“雙碳”戰(zhàn)略與“綠色長江”建設具有重要的減源增匯作用。

國內外對濕地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量研究主要圍繞濕地類型、估算方法、影響因素、濕地碳管理與碳足跡等方面開展。馬維偉等[18]主要在青藏高原尕海濕地研究了植被退化過程中植被-土壤系統(tǒng)有機碳儲量變化特征。在低海拔地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量與碳排放研究中，濕地圍墾等人類活動對濕地碳循環(huán)過程的影響得到評估，而在高海拔地區(qū)的青藏高原，高寒濕地與草甸退化恢復對土壤微生物碳代謝功能多樣性的影響也得到科學評估。蘭州大學團隊對青藏高原若爾蓋草甸濕地碳循環(huán)與碳儲量開展了大量科學觀測實驗與科學研究工作。國內外學者充分利用原位觀測實驗、空間遙感數(shù)據等多種研究手段在青藏高原、洞庭湖、鄱陽湖等重要區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)開展碳循環(huán)與碳儲量變化研究工作，評估了土壤水分、溫度等重要影響因素。長江科學院研究團隊對長江源泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳潛力研究結果表明，長江源區(qū)當曲濕地生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳與甲烷等通量時空分異特征顯著，其中，二氧化碳平均通量為-151.8 mg/（m2·h）；甲烷平均通量為-1.38 mg/（m2·h），顯示為吸收狀態(tài)，表明濕地生態(tài)系統(tǒng)為顯著的碳匯；長江源區(qū)當曲濕地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量信息及時空分異特征明顯，其中，水體無機碳平均含量為35.05 mg/L，有機碳平均含量為8.10 mg/L，表明濕地生態(tài)系統(tǒng)的水體與土壤碳庫固碳潛力顯著。

2.2.5 陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究

陸地生態(tài)系統(tǒng)具有氣體調節(jié)、環(huán)境凈化、水文調節(jié)、土壤保持、維持生物多樣性等諸多功能。其中，固定CO2的功能也稱碳匯功能，在減緩大氣CO2濃度上升方面有著不可替代的作用。近10 年來，全球陸地生態(tài)系統(tǒng)平均從大氣中吸收碳高達3.61 Pg C/a，相當于工業(yè)活動和土地利用變化的人為總碳排放的33.7%。中國陸地生態(tài)系統(tǒng)占全球陸地面積的6.4%，是全球和區(qū)域碳循環(huán)及其模式研究的重點地區(qū)[19]。已有研究表明，1960s—2010s 期間，中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯量約為0.213±0.030 Pg C/a，其中，森林、草地、農田和灌木生態(tài)系統(tǒng)碳匯分別為0.101±0.023 Pg C/a、0.032±0.007 Pg C/a、0.043±0.010 Pg C/a 和0.028±0.010 Pg C/a[20]。

長江科學院研究團隊研究表明，在長江源地區(qū)，2000 年以來陸地植被生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產力（Net Primary Productivity，NPP）多年平均值為100.0 gC/m2，呈現(xiàn)由西北向東南增加的趨勢。從年際變化上看，在氣候暖濕化的背景下，長江源地區(qū)的NPP 呈現(xiàn)出增加的趨勢，其增加速率約為0.18 TgC/a。從年內變化上看，NPP 與氣溫、降水呈顯著正相關，其中2 月、3 月、5月和9 月氣溫和7 月份降水對NPP 影響較為明顯[21]。2000 年以來，受源區(qū)暖濕化氣候的影響，長江源區(qū)陸域植被生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈現(xiàn)出一定的增加趨勢（0.18 TgC/a）；局部地區(qū)受放牧、公路建設等人類活動影響，碳儲量呈現(xiàn)出減少趨勢（約占源區(qū)面積的4%）。水土保持碳匯能力研究結果表明，土壤侵蝕破碎運移作用使得微生物對坡面尺度碳循環(huán)作用的機制由物種結構主導型轉化為微生物量主導型，侵蝕與沉積區(qū)域土壤有機碳礦化格局與不同團聚體中有機碳品質和微生物對碳源具體利用方式有關，侵蝕誘導下的坡面有機碳分布與其后期碳礦化格局間不存在直接的作用關系。

2.3 減源增匯關鍵技術

2.3.1 減源關鍵技術

（1）梯級水庫科學調度減碳關鍵技術?？茖W有效的水庫調度是減源增匯的重要手段，可以通過減少碳物質陸源輸入方法減少水體碳物質循環(huán)與排放。目前，在國家防總和長江防總的統(tǒng)一調度下，長江流域中上游流域梯級水庫已開展聯(lián)合調度與生態(tài)調度試驗，效果顯著。仲志余研究團隊[22]根據長江上游梯級水庫群多目標聯(lián)合調度技術相關研究成果，通過三峽水庫與金沙江下游科學聯(lián)合調度，合理分配梯級水頭，充分利用調節(jié)庫容攔蓄小洪水、合理安排枯水期水位消落、響應電網調峰消納、減少棄水等，開展發(fā)電優(yōu)化調度，較同等來水條件下的常規(guī)調度增發(fā)電量5%左右，2018 年、2019 年分別增發(fā)電107.74 億、105.23 億kW·h，經濟效益顯著。據此折算因聯(lián)合優(yōu)化調度二氧化碳年減排量達900萬t，有力拓展了長江中上游流域巨型梯級水庫群的碳中和貢獻。

（2）水利水電工程節(jié)水減排及回水資源化利用技術。水利水電工程規(guī)模龐大、混凝土澆筑量與砂石骨料需求量大，通常需要結合工程需求建設配套的砂石骨料加工系統(tǒng)。為減少砂石骨料加工系統(tǒng)沖洗用水量與廢水排放，長江科學院研究團隊開展了砂石系統(tǒng)高效節(jié)水與回水資源化利用關鍵技術研究，提出了砂石系統(tǒng)精細化用水沖洗設計方案及工藝，大幅提高砂石骨料生產加工系統(tǒng)的節(jié)水效能，降低用水能耗需求；從源頭減少廢水排放量，降低工程污水處理負荷與成本，節(jié)約用水量達50%，相應用電能耗降低50%。研發(fā)了藥劑智能投放系統(tǒng)并建立中水回用控制標準，可根據廢水懸浮物含量動態(tài)精準調控藥劑投放量，顯著降低藥劑用量，節(jié)約成本的同時減少附加碳排放，經濟效益與碳收益十分顯著。

（3）低熱水泥綠色水工建筑新型低碳材料制造關鍵技術。我國是目前世界上修建特高拱壩最多的國家，今后10 ～20 年內特高拱壩工程建設不斷增多，對水工混凝土提出了應對“泄洪消能、溫控防裂、沖磨破壞、混凝土質量控制”的更高要求。長江科學院研究團隊開展了水電工程低熱水泥混凝土特性與應用關鍵技術研究，立足于低熱水泥混凝土全過程特性研究，在有效解決結構混凝土、襯砌混凝土、抗沖磨混凝土溫控防裂問題的基礎上，積極推動低熱水泥混凝土在300 m 級特高拱壩等水電工程中的全面應用，重點開展了低熱水泥礦物組成優(yōu)化、技術標準與生產質量控制研究；低熱水泥長期水化放熱特性與混凝土耐久性研究；低熱水泥混凝土熱力學特性及其時變規(guī)律研究，水電工程低熱水泥混凝土施工關鍵技術與質量控制研究。研發(fā)的低熱水泥相比于普通水泥每噸熟料熱耗降低7 kg 標準煤，日減少二氧化碳排放34.9 t。

（4）固廢基礦物摻合料綠色水工建筑新型材料研發(fā)關鍵技術。固廢基礦物摻和料的開發(fā)與應用是綠色水工建筑材料的必然要求，長江科學院研究團隊開發(fā)了粉煤灰、磷渣、礦渣、火山灰等固廢基礦物摻合料來替代水泥，提出了多元膠凝體系功能協(xié)調的時空互補效應，涉及多元膠凝粉體的顆粒堆積、水化歷程及力學性能等，實現(xiàn)了基于時空互補效應的多元膠凝體系定向設計，形成了現(xiàn)代水工大體積混凝土應用礦物摻和料技術標準體系；揭示了礦物摻和料減水勢能、增黏勢能、致密勢能與活化勢能改善水工混凝土性能的作用機理；建立了水工混凝土礦物摻和料分類體系，探明磷渣粉、礦渣粉、天然火山灰和石灰石粉品質影響因素和制備工藝控制措施，為水利水電工程合理應用礦物摻和料提供科學依據。在減污降碳方面，以葉巴灘水電站工程需要為例，使用固廢基礦物摻合料節(jié)省水泥約16 萬t，每噸水泥CO2排放量約為616.6 kg，可減少碳排放約9.9 萬t。

（5）污泥減碳處理關鍵技術。污水污泥由于產量大、危害屬性強、資源化難度大，是世界上人口大國普遍面臨的頭疼問題。傳統(tǒng)的污泥處置方法如衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥等，其潛在環(huán)境風險大，蘊含能源利用不充分，難以生產高價值產品。為了實現(xiàn)污泥高值轉化、有效控制二次排放，特別是碳排放，將熔鹽介質和電化學同時引入污泥轉化過程中，借助熔鹽介質自身具有強化傳熱和催化活性的特點，耦合電化學氧化過程促進污泥向高值產品轉化，生產高品質生物油、生物炭和熱解氣，能夠實現(xiàn)資源的回收和碳補償；其次依靠熔鹽的強溶解性，原位吸收轉化CO2、酸性氣體、有毒灰分等二次排放物，實現(xiàn)零碳排放；最后利用熔鹽電化學遷移轉化機制，借助熔鹽中高濃度氧離子實現(xiàn)二次有機污染物電化學分解，碳、硫等元素電化學固定，最終降低排放風險，實現(xiàn)碳物質的固定。熔鹽電化學轉化新體系下污泥處置的碳排放水平遠低于傳統(tǒng)的焚燒、厭氧堆肥等方式，實現(xiàn)了直接碳排放零排放，通過生命周期評價方法計算，熔鹽新體系的碳排放相比于焚燒降低了69%，相比于厭氧堆肥降低了45%。

2.3.2 增匯關鍵技術

（1）梯級水庫消落帶植被生態(tài)修復關鍵技術。為提升長江流域梯級水庫碳匯能力，在水庫消落帶開展植被生態(tài)修復是重要途徑之一。長江科學院研究團隊及國內相關單位研發(fā)了梯級水庫消落帶植被生態(tài)修復關鍵技術，構建了喬木灌木草本新型立體植被生態(tài)修復模式，研究了不同水位條件下三峽水庫典型消落帶細荻植物群落結構與分子生理生態(tài)特征，解剖結構與分子生理生態(tài)特征，研究細荻通氣組織，屏障結構和機械組織發(fā)育狀態(tài)，以及淹水前后結構變化。細荻成熟莖段和未成熟莖段無氧呼吸途徑（乙醇發(fā)酵途徑和乳酸代謝途徑）有關酶和抗氧化酶活性是否升高及其有關基因表達，開展群落結構特征和固定土壤能力分析，綜合評估三峽水庫典型消落帶植被根系固碳作用與潛力。

（2）陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)保護與修復關鍵技術。陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)保護修復作為經濟安全有效的固碳增匯手段，是鞏固提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力的主要路徑。20 世紀70 年代以來，我國陸續(xù)實施了天然林資源保護工程、退耕還林工程、“三北”防護林工程、京津風沙源工程等重大生態(tài)工程，其中，退耕還林對碳匯的貢獻最大，其次是天然林保護工程[23]。對于草地生態(tài)系統(tǒng)，經濟可行的增匯措施主要包括：退耕還草、圍欄封育、補播和人工草地建植[24]。對于農田生態(tài)系統(tǒng)，保護性耕作、合理施肥、合理灌溉、輪作等是農田土壤固碳措施[25]，但農業(yè)機械使用、非二氧化碳溫室氣體排放等會導致溫室氣體泄漏[26]。此外，多以單個生態(tài)系統(tǒng)為對象的增匯措施在系統(tǒng)性和整體性存在不足，導致生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性存在風險[27]，因此，需遵循山水林田湖草沙生命共同體理念，從根本上解決了生態(tài)修復缺乏系統(tǒng)性的問題，在提升生態(tài)系統(tǒng)質量和穩(wěn)定性的同時實現(xiàn)固碳增匯。

3 思考與建議

為適應“雙碳”目標，建議綠色長江建設統(tǒng)籌謀劃重大科研項目，重點推動節(jié)水優(yōu)先與節(jié)水型社會建設，以國家水網建設為抓手優(yōu)化水資源配置，大力推動長江流域水電低碳清潔能源開發(fā)，聯(lián)合開展梯級水工程科學調度，采用綠色水工建造材料與關鍵技術推進水工程的建設，進一步加強水生態(tài)修復與保護，提前布局長江流域生態(tài)系統(tǒng)碳匯監(jiān)測站網建設，建立生態(tài)系統(tǒng)碳匯監(jiān)測核算體系，提升長江流域生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。

（1）加快推進長江流域節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略與節(jié)水型社會建設。為提高節(jié)水減排效益，建議依據《“十四五”節(jié)水型社會建設規(guī)劃》和《國家水網建設規(guī)劃綱要》，在綠色長江建設中積極踐行“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路，以“國家水網”建設為抓手，優(yōu)化水資源配置，提高水資源利用率，以節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略助力節(jié)水節(jié)能降碳增效，與循環(huán)經濟相結合助力降碳行動，服務于全面控碳、降碳目標的實現(xiàn)。

（2）加強長江流域水生態(tài)修復與保護，提高水生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。建議按照水利部《“十四五”水利科技創(chuàng)新規(guī)劃》和“綠色長江”建設有關要求，著力復蘇長江流域河湖生態(tài)環(huán)境，開展河湖濕地“碳匯”潛力評價，加強水土流失綜合治理，強化濕地保護，穩(wěn)定現(xiàn)有河流、湖泊、水庫、濕地等固碳作用，保證水生態(tài)系統(tǒng)服務功能，增加水生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。

（3）大力提升長江流域水利雙碳監(jiān)測與核算能力。建議在長江流域片流域管理水利綜合監(jiān)測站網和長江流域水生態(tài)系統(tǒng)野外科學觀測研究站網中，提前謀劃布局雙碳相關觀測指標與內容，開展長江流域河流、湖泊、水庫、濕地等典型水域碳匯本底調查，建立生態(tài)系統(tǒng)碳匯監(jiān)測核算體系，實施長江流域碳儲量與碳匯成效監(jiān)測評估。

（4）因地制宜推動水電能源與抽水蓄能等新能源開發(fā)。建議積極推動長江中上游已納入規(guī)劃、符合生態(tài)保護要求的水電項目開工建設，推進雅魯藏布江下游水電開發(fā)，加快推進長江流域抽水蓄能電站的開發(fā)建設，推動小水電綠色發(fā)展。加強研發(fā)并大力推廣綠色水工建造材料與技術，持續(xù)開展水工程特別是梯級水庫科學調度，充分發(fā)揮水工程全生命周期碳中和貢獻。

（5）統(tǒng)籌謀劃實施長江流域碳達峰碳中和重大科技項目。統(tǒng)籌謀劃、多措并舉，實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的長江流域碳達峰碳中和國家級重大前沿科技項目，重點開展長江流域河湖庫碳匯能力評價與碳足跡核算研究、水- 碳耦合視域下的長江流域水土資源聯(lián)合調配、重力侵蝕和水土保持碳匯機理研究、雙碳目標下生態(tài)水利工程建設運行及效能提升技術、有機固廢低碳協(xié)同處置及資源化利用、水利水電工程綠色建造材料與技術研究及推廣應用等基礎研究，爭取在長江流域減源增匯基礎研究與關鍵技術方面取得進展，有力支撐“綠色長江”建設。