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前面。对。水珠。改变,2022年11月16日
秒。人们和森林
卷5 - 2022 | https://doi.org/10.3389/ffgc.2022.1055410

收获木材产品的存储碳的潜力

Jianheng赵 ^1、2中,

鑫源魏 ^{3 * __}和

凌李 ^{1 * __}

¹欧洛诺市缅因大学学院的森林资源,我,美国
²研究中心可持续森林,缅因州大学作品设计方我,美国
³橡树岭国家实验室,环境科学部门,橡树岭,TN、美国

森林生态系统是全球碳循环的一个重要组成部分,将碳存储在植被生物量和土壤有机质。木材收获可以横向移动的碳储存在森林部门收获木制品(HWPs),从而创建一个HWPs碳池。碳存储在HWPs分配给最终使用木制品(如纸,家具),垃圾填埋场(如废木材材料)和木炭(例如,非能源使用生物炭)。环境变化将产生深远影响的碳存储在HWPs通过改变木材供应。此外,木材行业的科技进步加速碳流入利率提高处理效率,减少外流率通过创建创新的木材产品有更长的使用寿命。人口和家庭收入等社会经济因素也导致木材产品的碳股票变化通过扩大或减少需求。由于众多因素与HWPs碳池的大小,一个先进的和全面的了解这些因素对修改HWPs碳储存是至关重要的建模和预测碳存储在HWPs,大气CO₂浓度和全球变暖;因此,我们回顾、总结和讨论了这些因素的作用在调节碳存储在HWPs。

介绍

森林生态系统是全球碳循环的一个重要组成部分,而隔离大气CO₂通过光合作用,释放碳的总生态系统呼吸以及森林大火(魏和拉森,2018;哈里斯et al ., 2021;诺兰et al ., 2021)。潘et al . (2011)报道,全球森林生态系统的碳储量是861±66 Pg C的下沉率每年2.4±0.4 Pg C,创造最大的陆地生物圈中的碳池。干扰包括野火和收获可以直接删除从森林生态系统的碳(Seidl et al ., 2014)。全球野火垂直向大气中释放二氧化碳通过生物质燃烧平均每年2.2 Pg C (鲍曼et al ., 2009;Van Der Werf et al ., 2017)。此外,世界木材收获横向移动HWPs森林生态系统的碳,这意味着每年1.04 Pg C (Brunet-Navarro et al ., 2017;Zhang et al ., 2020)。大火后的再生的树木和木材收获将是一个重要的大量吸收大气动力有限公司₂(普et al ., 2019)。不像野火,木材收获的碳从森林部分HWPs并创建一个HWPs碳池,可以长期储存的碳和有助于缓解温室效应Gustavsson et al ., 2006)。

作为一个部分的横向从森林生态系统碳出口(Ciais et al ., 2008;魏et al ., 2021),木材收获最初将碳从森林主要木材产品(如木材、纸浆和胶合板),用于使二级或木材产品最终用途(例如,家具,地板,和建筑)(斯库格和尼科尔森,2000年)。流入HWPs碳池新的木材产品,但旧木材产品将被处置,当他们达到的服务生活(图1)。处理的一部分木制品回收使新产品或重用作为生物燃料产生能量,和其余的被发送到垃圾填埋场。因此,HWPs碳池大小可以通过监测碳占流入和流出率(唐兰et al ., 2012)。此外,HWPs碳池涉及碳存储在产品最终用途(如建筑、家用、纸张和建筑)、废木材材料在垃圾填埋场,木炭(例如,非能源使用生物炭)。

图1

图1所示。从森林部门的碳通量收获木制品(HWPs)碳池和预测碳积累在全球HWPs碳池从1961年到2100年(HWPs中积累的碳碳池从1961年到2100年估计所提供的数据和会计框架Daigneault et al。(2022)和李et al。(2022)分别)。

量化碳存储在HWPs,许多方法已经开发和他们的膨胀是不同的分配、工业流程、碳池,产品删除(Brunet-Navarro et al ., 2016)。约翰斯顿和Radeloff (2019)使用历史记录与政府间气候变化专门委员会的指导和得出结论,碳隔离到全球最终用途HWPs担任净水槽91 Tg C 2015年。此外,Zhang et al。(2020)发现全球最终用途的碳汇HWPs平均每年122 Tg C期间1992 - 2015。在整个林业部门和木材产品,碳存储在澳大利亚HWPs是13% (艾格斯,2002在英国),33% (杜瓦和Cannell, 1992),10%在美国(史密斯和希斯,2008年在欧洲)和10% (艾格斯,2002)。因此,包括估计所需的碳存储在HWPs land-atmospheric碳交易所通过使用自底向上方法(股票变化方法)。

现有的研究表明,各种因素包括环境变化,科技进步在木材行业,以及大量的社会经济因素可以影响HWPs碳池的大小通过调节供求木制品以及住宅的木材产品碳池;因此,一个先进的和全面审查他们的影响是至关重要的建模和预测潜在的碳储存和大气CO₂浓度。在这项研究中,我们回顾和总结这些因素,并讨论了这些因素的作用在调节碳存储在HWPs碳池。

环境变化

改变环境如气候、大气CO₂大气氮、磷浓度、森林干扰、口供可以威胁或加速森林生态系统的生产力,从而影响HWPs碳池的大小通过改变木材供应。例如,更高的温度可能限制光合作用和减少木材产量在热带森林生态系统(史密斯et al ., 2020);然而,在北方森林生态系统,不仅温暖的温度有利于光合作用,也扩展了生长季节,可以促进木材生产(基里连科和Sedjo, 2007)。在缺水的森林生态系统,更多的沉淀强化木材生产,但潮湿气候限制光合作用,减少树增长率water-sufficient森林生态系统(召集人et al ., 2017)。此外,大气CO浓度增加₂可能会驱动修改森林生态系统,促进树木生长的速度通过碳施肥效应(Beedlow et al ., 2004)。已有实验证明,有限公司₂施肥可以引起树木生长增强(Gea-Izquierdo et al ., 2017)。然而,未知的这种反应将如何与其他气候条件变化。除了对个人的影响树木生长,气候变化能改变整个森林生态系统等树种组成、森林结构、树木之间的竞争,从而降低或增加适销的树(et al ., 2010行)。因此,木材生产对气候变化的响应是不同的在不同的森林生态系统。

此外,气候变化会降低木材生产通过引入火灾频繁,爆发的昆虫,和风暴和飓风等极端事件,比直接影响更重要的更高的温度,更少的降水,和高有限公司₂浓度。森林火灾直接燃烧的树木和碳释放到大气中,毁掉整个森林生态系统,威胁木材生产(卡里et al ., 2021)。昆虫死亡率增加森林落叶和树,这样可以减少树的速度大幅增长和减少木材产量(陈et al ., 2019)。风暴和飓风可以直接摧毁树木,少导致木材生产(太阳,2016)。此外,他们引起树木生长速度较低,减少可用的土壤养分和改变土壤质地(太阳et al ., 2022);因此,减少木材生产持续了好几年。

氮的供应限制了木材生产在大多数寒带和温带森林生态系统(Hogberg et al ., 2017);因此,更多的氮沉降加速树生长和提供了更多的木材产量。热带森林通常在旧和高度风化的土壤,磷已经历一个长期的消耗,最终输入磷限制的一个阶段(特纳et al ., 2018)。因此,额外的供应从大气沉积磷能提高森林生产力。

科技进步

木材行业的技术进步可以促进低质量和小直径日志的利用率,提高木制品加工效率,开发创新的木材产品和更长的使用寿命,提高回收率,可能扩大HWPs碳池的大小(李et al ., 2022)。例如,木材工业的科技进步促进了木材产量高达70%的日志小端直径(Shmulsky和琼斯,2019年)。此外,发明和普遍使用的木材复合产品,锯木厂处理残留分发给下游木材产品制造商,离开近零浪费(鲍耶et al ., 2012)。除了燃烧来产生能源,使用直径较小的树木和处理残留生产木材和木材复合产品可以存储碳的时间较长。

创新的木制品,如质量木材面板和刚性低密度木质纤维绝缘板,已广泛用于构建系统的替代高碳材料体现的钢铁、混凝土、砖、和石油绝缘,从而扩大木材的应用,降低含碳量(cetin谢伊,2018;自己et al ., 2021)。与此同时,这些创新木制品可以刺激大众的收获木材的树种和利用木材产品的市场。虽然传统木建筑材料如木材尺寸和定向结构刨花板住宅房地产市场仍占主导地位,质量在中高层的木材建筑越来越受欢迎和高层建筑系统(皮耶罗邦et al ., 2019)。Ganguly et al。(2017)报道,累积交错木材需求(此时面板在太平洋西北部估计为2016年和2035年之间的5600万立方英尺。此时此地的全球市场超过6.6亿美元和2018年的年度需求预计将增长逾13%到2020年代中期(IMARC集团,2022年)。这种高需求扩大碳存储在HWPs。

与传统木质材料相比,这些创新产品用于建筑和家庭应用程序可以存储碳的时间较长。此外,先进的木材加工技术,如压力和热治疗木材可以延长木材的使用寿命产品外观使用50年(Brischke et al ., 2006)。因为压力和热治疗木材被广泛用于装饰和全球木材装饰市场规模超过150亿美元(全球市场的见解研究[GMIRR], 2022),它可以储存大量的碳和有助于缓解温室效应。自2000年代以来,非能源使用生物炭土壤已成为一个受欢迎的bioproduct修改在农业用地(Lal et al ., 2001)。目前,每年的能源使用生物炭生产很小;然而,由于抗属性生物炭可以累积到一个相对重要的股票(魏et al ., 2018)。目前,生物炭市场主要在北美和欧洲,大约70%的全球市场。全球生物炭市场是20亿美元,并预测每年超过10%的增长率(有先见之明和战略英特尔市场研究报告[PSI-MRR], 2022)。这种日益增长的需求的生物炭长期将创建一个巨大的碳汇。

可回收木材产品,包括纸制品、木材建筑材料、木托盘,可以用来繁殖的新产品,最大限度地减少废木材材料送到垃圾填埋场和扩展了住宅的碳木材产品最终用途(Mallo埃斯皮诺萨,2015)。技术改进大大增加的百分比可回收的废木材材料。例如,在美国,美国环境保护署(EPA)报道,1%的浪费实木材料是回收的新产品,这率增加到2018年的17%。此外,美国环境保护署报道,17%的纸和纸板是由回收的木材料在美国在1960年代,这个分数在2018年增加到68%。

社会经济因素

全球经济的快速发展与繁荣的人口在过去四十年加速木材产品的需求,包括家具、建筑、和纸产品,大幅扩大HWPs碳池的大小(Zhang et al ., 2020;赵et al ., 2022)。住宅建设提升了为满足日益增长的住房需求不断增长的人口,与此同时,为家居装饰木材产品的需求一直在稳步增长以及不断上升的住宅空间(赵et al ., 2020)。城镇化是另一个关键因素,这与木材产品的需求呈正相关(赵et al ., 2013)。城市化率正在增加在全球范围内,10%的人口居住在城市地区,1900年,增加到2021年的57% (世界银行,2022)。根据联合国,据估计有66%的世界人口将居住在城市面积到2050年(联合国经济和社会事务部[DESA联合国],2014),这个比例将会增加到21世纪的85% (经合组织,2015年)。因此,与城市化进程,我们将看到一个上升的木材产品用于国内应用程序和结构。Mishra et al。(2022)发现,如果90%的新城市人与木质材料建造他们的房子,106 Pg公司₂将在2100年被隔离。

Skjerstad et al。(2021)建议锯木材消费将继续增加符合未来的经济增长。此外,更高的家庭收入通常与高对木材产品的需求特别是用于建造建筑和制作家具。约克(2018)发现消耗木材产品的质量与家庭收入呈正相关,这减少了碳流出速度通过扩展居住时间的木材产品。此外,家庭收入的增长可以改变消费者的偏好,他们将购买更多的环保或可持续的产品,这是一个耐用的木材产品的高需求的保证。虽然纸产品,如包装或图形纸通常寿命较短,纸产品的高需求可以形成一个大的营业额快速碳池和储存大量的碳(斯库格和尼科尔森,2000年)。因此,将这些社会经济的影响是至关重要的在HWPs预测潜在的碳储存。

讨论

除了环境变化,在木材工业技术改进,和社会经济变化,森林管理策略也有助于HWPs中的碳储存。气候变化预计将增加森林漏洞通过极端天气和严重的干扰;然而,因此森林经理调查管理策略来增加森林的阻力和弹性包括促进森林结构的复杂性和减少大树的比例(Barreto et al ., 1998;Birdsey et al ., 2006;刁et al ., 2022)。例如,营林策略如杂草的抑制、初始间距,郁闭前重新隔开,郁闭后变薄,旋转长度是有效的方法来控制木材产量(麦克唐纳和休伯特,2002)。受精也是一个有用的方式促进树木生长速度,特别是通过施肥更多的氮和磷(Routa et al ., 2011)。与生物炭土壤改良剂是另一个重要的方法来加快木材产量通过提高土壤孔隙度,降低抗拉强度,并增加土壤pH值(诺尔斯et al ., 2011)。此外,遗传改良进步木材质量和增加木材产量通过促进增长和森林抵抗疾病,昆虫,以及极端天气(Ahtikoski et al ., 2018;麦肯纳Coggeshall, 2018)。

政策是一个关键因素,调节碳存储在HWPs碳池,可以促进木材生产,促进木材工业的发展,和增加的需求(Moiseyev et al ., 2010)。例如,2022年,通货膨胀削减法案在美国宣布和分配300亿美元通过美国森林服务自然气候解决方案,提供激励措施来保护森林土地和采用气候智能型林业实践。因为HWPs可以抵消碳排放,碳信贷市场相关政策可以使碳封存在木制品在自愿碳市场或监管交易(布兰科et al ., 2019)。生物质燃料,尤其是木球,是一种可再生能源,加强可持续发展相关政策可以扩大和规范使用生物质燃料、税收减免等生物质设施和补贴的电力购买协议(林德,1996)。在美国能源政策法案(2005)和能源独立和安全法案》(2007)激励生物质燃料的广泛使用。此外,通货膨胀削减法案提供了30%的税收抵免为那些使用高效的颗粒炉灶或更大的住宅生物质加热系统。类似的法规已经颁布了世界各地如瑞典、芬兰、奥地利(霍华德et al ., 2021)。这些策略可以极大地促进木材产品的需求。废木材材料分解的垃圾填埋场已被认为是一个重要的甲烷排放(Pingoud瓦格纳,2006);因此,政策措施等促进回收的废木材材料已经应用在美国减少甲烷排放和应对气候变化(鲍威尔et al ., 2016)。

考虑到很多因素与碳存储在HWPs碳池通过修改碳流入,居住时间,流出的速度,它是一个挑战来预测HWPs碳池的大小。约翰斯顿和Radeloff (2019)使用合理的期货的木材产品概述了共享社会经济路径预测世界碳储存在最终用途HWPs和得出结论,总存储将累积到2065年高达2 Pg C。虽然这种预测是高度依赖于经济发展和木材生产不代表他们的估计。我们整合全球消费所预测的木材产品Daigneault et al。(2022)一起HWPs碳储存会计框架开发的李et al。(2022)大致估计碳堆积在HWPs碳池从1961年到2100年,得出一个存储48 Pg C到2100年(图1)。假设没有改变在全球森林生态系统的碳股票,HWPs碳池的大小是5.5%的碳储存在整个林业部门和木材产品。然而,预测执行的Daigneault et al。(2022)排除了环境变化对木材供应和技术改进带来的影响。模型和预测木材生产、地球系统模型是一种强大的方法来预测适销的树木,可以把气候变化、森林结构变化,可用营养(Koven et al ., 2020)。

作为一个重要的碳池,木材产品有助于缓解温室气体的影响,也应考虑在使用自底向上的方法来估计land-atmospheric碳交易所。HWPs碳池可以受各种因素;因此,它是一个挑战将所有这些因素在预测。准确预测HWPs的碳储存,有必要进行分析和识别关键因素强烈与目标HWPs碳池。

作者的贡献

所有作者列出了一大笔,直接和知识贡献的工作,批准发布。

资金

这项工作是由美国农业部(USDA)的农业研究局(58-0204-1-180和58-0204-1-180),美国农业部国家食品与农业研究所(NIFA), McIntire-Stennis项目(ME041825和ME042205),并通过缅因州森林和农业试验。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

引用

Ahtikoski,。,Haapanen, M., Hynynen, J., Karhu, J., and Kärkkäinen, K. (2018). Genetically improved reforestation stock provides simultaneous benefits for growers and a sawmill, a case study in Finland.Scand。j。Res。33岁,484 - 492。doi: 10.1080 / 02827581.2018.1433229