林业碳汇提升的主要原理和途径
邹晓明 王国兵 葛之葳 谢友超 阮宏华 吴小巧 杨 艳
自19世纪80年代第一次工业革命以来,全球平均气温已经升高1.1℃?；剂先忌帐头臗O?到大气层进一步加强了温室效应,被认为是全球气候变暖的主要驱动因子,控制大气CO?含量的进一步增加,已成为国际社会的共识。在2020年9月第75届联合国大会上,中国提出“力争于2030年碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的双碳目标。森林是陆地生态系统中最大的碳库,显示出极强的碳汇能力。大气CO?监测数据显示,2010—2016年中国陆地生物圈平均每年吸收的碳量为(1.11±0.38)Pg,经估计相当于中国同期每年人为排放的45%。林业不仅是经营和培育树木以永续利用森林资源和?；せ肪?还包括木材采伐、运销,并加工成各种林产品。因此,发展林业、提升林业碳汇功能,已成为实现中国“碳达峰、碳中和”战略目标的一个重要手段和途径。许多林产品使用周期长,所以林业碳汇(CF)既包含森林碳汇(CT),也包含林产品碳汇(CW)。森林碳汇又包含森林植物(包括活/枯立木)生物量碳(CB)和土壤(包括地表枯枝落叶和矿质土层)有机碳(CS);而林产品碳汇指的是原木经加工后在林产品中有机碳的净积累量。它们之间关系如下:
CF=CT+CW=CB+CS+CW
碳汇的高低取决于碳的周转速率(周转周期的倒数)和碳输入与输出量。在一个达到平衡的生态系统,输入量等于输出量。森林的碳输入来源于其净生产力,主要表现为生物量的增长和凋落物的年生产量。森林的碳输出主要表现为林产品原料的收获和动植物及微生物残体经分解以CO?和可溶性有机碳(DOC)的输出(活生物体的新陈代谢,也经自养呼吸产生CO?,也是森林碳输出的一部分,不在此次的讨论范围)。在达到平衡的森林生态系统,周转速率就是碳输入量与碳汇之比。森林的净生产力和采伐年龄,特别是森林土壤碳的输入量和周转速率,决定了森林碳汇的高低。木材的采伐量和林产品的使用寿命决定了林产品的碳汇量。
笔者拟阐明提高森林净生产力、提升土壤碳汇能力以及增加林产品用途和林产品寿命的原理,来分析提升林业碳汇的基本途径和方法(图1)。此外,以下提到的原理和途径,分别在对应的部分用英文字母P和M并加上序号,在括号中给予标注表示。
1 提高森林生物量碳(CB)的原理和途径
森林生物量碳的高低取决于森林净光合生物量碳(净生产力乘以森林面积)与森林植物(包括活/枯立木)损失碳之差,后者包括病虫害森林生物量碳损失、火灾生物量碳损失、森林采伐生物量碳损失和地上地下凋落物碳及根系分泌物损失。
1.1增加造林面积
森林生物量碳与森林面积成正比(原理P1),因此增加森林碳汇的第一途径是增加森林面积(M1)。中国现有可造林的荒山荒地非常有限,但可以在许多不适宜耕作农作物的地段恢复天然林(封山育林)或人工造林(适地适树)。自1999年以来,中国退耕还林(还草)面积已达到0.343亿h㎡。在全球范围内,大面积宜林地存在于南美、非洲和东南亚地区,还有待恢复森林。全球陆地生态系统每年净固碳60Pg。2020年全球森林面积40.6亿h㎡,陆地生态系统的固碳量的1/2来自森林固碳,则全球森林的平均固碳量约为7.4t/(h㎡·a)。森林面积增加3.4%,就可以每年增加1Pg的固碳量。
反之,砍伐森林改种农作物或经济林将减少森林碳汇。林地转化为农地10a后,土壤有机碳平均下降30.3%,成为大气层的碳源。相对于温带和寒带森林,热带雨林植被碳储量更高,使得热带雨林因森林砍伐导致的碳排放占全球温室气体总排放量的20%。近年来,中国西双版纳地区人口增加和人类活动加剧,橡胶等热带经济林或作物的种植面积不断扩大,土地利用/覆被发生明显变化,同时碳储量也显著减少。截至2021年,橡胶林的总生物量为(289.18±15.15)t/h㎡,其中林木生物量占比97.06%;橡胶林的总碳储量为(285.02±15.12)t/h㎡,尽管橡胶林的生物量和碳储量与热带雨林的(生物量约420t/h㎡,碳储量约310t/h㎡)相比低很多,但比其他类型人工林高,橡胶林复合种植模式可显著提高林分的生物量积累和固碳能力,提升橡胶林生态系统的碳汇功能。因此,营造热带人工林(㎡),可以达到事半功倍的增碳效果。
1.2增加森林净生产力
加强森林的科学经营与精细管理以增加森林净生产力是提升森林碳汇的核心。适当的灌溉或施肥可以增加森林净生产力(P2),达到增加森林固碳的目的。同样在全球尺度上,森林净生产力增加3.4%,就可以每年额外产生1Pg的碳汇量。热带森林的净生产力是温带森林的两倍,增加热带森林的净生产力(M3)能更有效地降低大气含量。有研究表明,中国森林碳汇主要来自人工林的贡献。但我国人工林质量普遍不高,森林群落结构与树种组成单一,经营管理措施和更新方式等不合理,且缺乏对森林固碳机理的正确理解,导致大面积的人工林改造没有考虑提升碳汇功能的作用,整体生态功能及碳汇潜力得不到充分发挥。最新研究表明,相较于单一的纯林,除了能提供更丰富的栖息地环境、更有效地防止病虫害的发生外,混交林的树高、直径和生物量均显著高于纯林,平均增加量分别为5.5%、6.8%和25.5%。因此,注重营造混交林(M4)也是增加森林碳汇的重要途径之一。
缺水会影响森林净生产力。中国北方大部分地区都缺水,即使是中国南方也有明显的干季和局部地段性缺水,从而影响我国森林净生产力。在水分充足地区,可以在干旱生长季引水灌溉林地(M5)来提高森林净生产力。党小峰等曾对陇南市油橄榄主产区的水资源分布和灌溉工程建设进行了调研分析,发现通过自流引水灌溉工程、电力提水灌溉工程等措施灌溉后,橄榄树胸径和树高是在未灌溉地区的2倍左右。而在水分不充足地区,可以考虑滴灌。例如方升佐的研究表明地下滴灌能明显提高沙地杨树人工林的生长量和林地生产力,4年期间树木的单株材积比常规灌溉增加了247.6%。在灌溉条件不具备的情况下,通过挖穴整地汇集储存林木周围地段水(M6)有利于林木生长,该技术的推广使干旱半干旱地区取得很好的生态、社会和经济效益。例如,湟水流域互助县沙塘川乡后山村汇集径流整地后再进行山杏植苗造林,成活率比一般整地高23.8%。此外,造林整地时还可以考虑在地表下20cm处埋入1个200mL的容器(矿泉水瓶)装满水,将造林幼苗根系的1支插入瓶中;同时在旁边更深30cm处埋入更大的塑料水瓶/桶、装水3～5L,瓶口插入一个漏斗以便接收更多地表土层流入的渗透水(M7)。该装置可以提高造林成活率,还可以促进林木的早中期生长,进一步发挥森林的生产潜力。研究表明,地处黄土高原丘陵地带的兰州北山通过收集天然降水其林地土壤含水量是原来的两倍多,当地的侧柏、柽柳等树种的造林保存率达到70%以上,生物产量提高两倍多。
森林生产力往往受限于土壤养分不足。适当施肥一般可以增加森林生产力,常?？筛叽?0%。根据利比希最小因子定律(Liebig's law of minimum),森林生产力受养分限制遵从于“木桶效应”———储水量取决于最短的一块桶板,也就是说森林生产力在给定地段和给定时间受限于一个最缺的养分元素。施用无机化学肥(M8)有助于提高森林净生产力,但成本相对高,而且长期施用会影响土壤质量。传统厩肥既能增加林木所需的养分,还能改良土壤质量(M9),但其成本也难以接受。相较而言,沼液是很好的复合有机肥(M10)。沼液是经发酵后的养殖场动物粪便和绿色植物茎叶在生产沼气过程中产生的废液。排放未经处理过的沼液会污染水体,造成环境污染。但如果在林地适量施用,污染物将是森林的优良复合有机肥,能够促进林木生长。在江苏东台国有林场的长期试验表明,施用沼液显著改善土壤理化和微生物学特性,促进杨树人工林的生长。
提高森林生产力的最重要林业措施就是要做到“适地适树”———在给定的地段种植最适宜生长的树种或为给定的树种找到最适宜生长的地段(P3)。周永斌等进一步提出“适地适树”的本质就是“适钙适树”。其原理在于:①植物都具有最适宜生长的土壤钙含量;②植物钙会全部随蒸腾吸收;③钙被植物利用固定后不能在体内重新转移。因此土壤钙供应量[土壤水溶液钙含量(Sca)×蒸腾量(Et)]必然等于植物钙吸收量[生长量(B)×植物组织钙平均含量(Bca)]。
如果用实践蒸腾潜力(E*)代替Et,给定一个地段,E*和Sca则固定。比较适宜该地段生长树种的组织钙含量,最小者为该地段的最适树种,同时也是生长量最大的树种。依据该原理,周永斌等对辽宁省适于辽东栎(Quercus liaotungensis)生长的立地进行了全省分类。Yin等利用Sca与Bca的比值来判断适宜给定地段生长的树种所必需具有的林木水分利用效率。
此外,通过林木育种选出林木组织钙含量更低的个体和品种,有助于增加森林生产力。目前还未见报道用植物钙组织含量作为育种目的(潜在途径M11)。从森林经理角度看采伐年龄不仅影响森林生物量,还决定了森林的平均净生产力。森林平均净生产力最大值所对应的林分年龄作为采伐年龄(M12)就是达到森林生产力最大化的采伐年龄,即林业碳汇最大化所对应的最佳林木周转周期(轮伐期)。过早或过迟的采伐都将降低森林生产力和林业碳汇能力。
1.3防治病虫害减少森林净生产力损失
森林病虫害往往会降低森林净生产力(P4)。通过对病虫害的化学、物理和生物防治(M13),也可以减少森林净生产力的损失。病虫害爆发时,该损失往往可以达到森林净生产力的5%～20%。不同虫害危害方式及机理各不相同,在林分水平上,失叶通常导致碳贮量下降;叶部害虫通过食叶或吸取汁液破坏叶绿素直接影响光合作用;小蠹虫等蛀干害虫危害致树木死亡,将森林由碳库变成碳源。加拿大自然资源机构的Kurz等通过计算山地松毛虫疫病对大不列颠哥伦比亚省松树林的影响,在《自然》杂志上公布了令人震惊的研究结果:在虫害最严重的几年,受害森林已成为一个大型的CO2排放源,它排放的碳总量是加拿大火灾引起的碳排放量的3/4。MonteCarlo模拟研究表明,2000—2020年期间不列颠哥伦比亚省松林将损失270Tg碳,相当于37.4万k㎡的森林每年每平方米损失36g碳。另一个对高山松大小蠹(Dendroctonus armandi)的研究也表明,这种小蠹虫导致样地内52%的扭叶松(Pinuscontorta)死亡,随着害虫的暴发,小干松林的碳贮量下降了31%～83%,样地水平上的碳通量下降了28%～73%。
1.4预防火灾减少森林净生产力损失
森林火灾降低森林碳汇(P5)。加强对森林火灾的监控,减少火灾,可以减少森林净生产力的损失(M14)?；鸶扇旁斐缮执竺婊乃鹗?是影响森林碳通量的重要因素,也是全球温室气体的主要来源之一。2019年澳大利亚发生的一场严重森林火灾,高温干旱导致林火肆虐数月,森林过火面积超过8万k㎡。
赵凤君等研究发现全球每年森林火灾排放含碳气体约为3.9Pg,相当于化石燃料排放量的70%。我国森林火灾年均消耗林地生物量5.0～7.0Tg。胡海清等[38]采用地理信息系统(GIS)技术,结合大量小尺度的野外火烧迹地调查以及室内的控制实验,根据大兴安岭森林资源调查数据和1965—2010年森林火灾统计资料,从林分水平上估算了大兴安岭1965—2010年森林火灾排放的碳为29.3Tg,年均排放量0.637Tg,约占全国年均森林火灾碳排放量的5.64%。1971—2011年黑河市发生森林火灾2045次,年均49.88次,亦为森林火灾频发地区。魏书精等同样利用此方法,估算出黑河市这41年间森林火灾碳排放总量4.0×1013g,年均排放量9.76×1011g,约占全国年均森林火灾碳排放量的8.63%。
因此,加强对森林火灾、病虫害及人为毁林活动的预防与监测,利用无人机等现代化物联网设备,及时排查隐患,快速消除潜在森林火灾与病虫害风险,降低森林净生产力损失,是提升林业碳汇的重要措施之一。
2 增加土壤有机碳(CS)含量的原理和途径
土壤有机碳的输入来自动植物残体(包括地上地下凋落物)和根系分泌物。动植物残体输入林地和土壤后,如果位于土壤表层,其绝大部分(>95%)有机碳都会在短期内(周转周期为几年到几十年)分解成为CO?释放到大气层中,只有极少量有机碳(DOC、细微植物碳和微生物残体碳)进入土壤而被固定下来。但如果动植物和微生物残体进入矿质土层,能被固定的有机碳则成倍增加。而矿物土层有机碳的平均周转周期是3100多年。周转周期越长,分解越慢,碳汇能力越强(P6)。
土壤有机碳分解缓慢的机制主要体现在两方面:化学保护(P7)和物理?；?P8)。化学?；な侵赣谢视胪寥揽笪镌丶湫纬苫Ъ?从而改变有机物的三维结构,造成与分解酶的镶合出现障碍而分解受阻。有机物颗粒粒径越小,化学?；ぷ饔迷角?因为大体积的有机物难以改变其三维结构。物理?；な峭ü寥鲤ち０谟谢时砻娲佣斐捎胛⑸锏奈锢砀衾?。黏粒为直径小于2μm的矿物颗粒,直径2μm的球粒所形成的空隙最大宽度为0.73μm。绝大部分细菌的大小为1～2μm。因此,被土壤黏粒包裹的有机质与黏粒外的细菌和其他土壤生物出现物理隔离现象,也就减慢了土壤有机质的分解?；П；ず臀锢肀；ひ黄鸫俪闪送寥烙谢视胪寥鲤ち８春咸?organo-mineral complex)的形成。全球土壤数据显示,土壤黏粒含量越高,土壤有机碳含量也越高。有机质体积越小,越有利于形成化学?；?也越容易形成物理保护。植物残体的分解可以形成小颗粒尺寸的有机质,但大部分小尺寸的有机质来自于微生物残体(microbial necromass)。微生物先分解植物残体,死亡后再产生新微生物残体?？笾释敛阒杏?0%～80%的有机碳是微生物残体碳。也就是说,增加土壤碳汇的重要途径是在黏粒含量高的土壤中增加微生物残体量(P9)。
植物根系地下碳输入比地上凋落物输入更有利于微生物残体碳的形成和稳定。因此,可以考虑将林地表面的凋落物埋入土壤(M15),进而在矿质土层培养微生物,所产生的微生物残体又能直接受土壤黏粒的化学和物理?；?从而增加土壤有机碳的固定,达到增加土壤碳汇的目的。比如,每1～3a在已经郁闭的林地林木行间犁地挖沟(约30cm深),埋入邻近植物枯枝落叶。该经营措施如果实施于湿胀干缩的土壤或冻融交替的地区,黏土的?；ばЧ杀对黾?该经营措施还非常适合应用于可以机械化作业的地区。但深埋地表枯枝落叶对土壤稳定有机碳的影响还少见报道,值得研究。
在湿润地区,可以考虑在林木行间种植固氮植物(M16),有利于增加蚯蚓数量。蚯蚓是森林土壤的耕耘者,有助于土壤有机质与黏粒复合体的形成。其中一类内栖蚯蚓(anecic earthworms)居住在矿质土层但取食于地表枯枝落叶层,可以把地表植物凋落物埋入土壤,起到增加土壤固碳效果。在相对干旱的地区,地下筑巢的白蚁和蚂蚁也有类似固碳效果。在海岸带红树林,螃蟹也可以把地表凋落物带入土壤,起到固碳的作用。所以,?；ね寥郎锒嘌?增加蚯蚓、蚂蚁、螃蟹等动物的数量,可以促进土壤有机碳的固定(M17)。
加速微生物周转有利于有机碳的固定。微生物在分解周转周期短的植物碳的同时,会产生更多受黏土?；ず椭茏芷诔さ奈⑸锊刑逄?。比如,在干旱季节(两周无降雨)对林地灌溉(M18),可促进微生物生长;干旱两周后,微生物大量死亡。周而复始,就可以加速微生物周转,产生更多的微生物残体,有利于稳定性土壤碳的增加。Liang等的研究也可以证明这一观点,他们利用吸收马科夫链(Absorbing Markov Chain)首次模拟并估算出微生物源碳对有机质贡献的相对比例,发现土壤中微生物死亡残体有机碳量是活体有机碳量的40倍。
黏土是岩石风化土壤形成过程中产生的次生矿物,因此黏土的形成是个缓慢过程。因土壤流失速度可以是其形成速度的几十倍甚至几百倍,所以,森林碳汇的第10条原理(P10)就是减少水土流失、减少风土流失(沙尘暴)。减少水/风土流失的最重要机制就是隔离雨滴/风对土壤的直接冲/吹击(M19)。林冠和地被物可以减缓雨滴对沙石的冲击作用,甚至塑料薄膜也可以起类似作用。中国北方兰州地区用石头铺盖在农田土壤表面,不仅可以减少水分蒸发,还可以减少水土和风土流失。缺氧限制微生物活性,从而限制有机物分解(P11)。把植物残体,特别是木头和废弃的木质林产品,沉入水中(M20),有利于碳固持。自然界从高纬度到低纬度的湿地生态系统土壤含碳量升高也是此原因。
在全球尺度,土壤有机碳含量达1550Pg。全球森林共储存6.62×1017g。假设其中2/3是森林土壤有机碳,增加森林土壤有机碳0.23%,就可以每年增加森林土壤碳汇量1Pg。
3 增加林产品碳汇(CW)的原理和方法
3.1林产品碳汇提升原理
相较于自然环境中的动植物残体,林产品因放置于人工环境使得其分解更慢、寿命更长,从而也成为林业碳汇。首先,林产品产量越高,碳汇量相对越大(P12)。其次,因为不同的林产品寿命相差几十倍,林产品寿命越长,碳汇效率越高(P13)。林木产品种类主要包括薪炭木材、工业木材、锯材、人造板和木纸浆等。2020年全球共生产48亿m3木材、8.27亿t纸浆。2020年全球林产品出口贸易达2440亿美元,其中还未包括各国国内的交易价值。不同林产品的碳汇功能相差巨大:占全球木材产量40%的薪炭木材和纸浆类产品寿命极短,平均只有不到2a,基本没有或只有微弱的碳汇功能;而锯材,比如做成家具的平均寿命可达35a,人造板的平均寿命也达25a,都具有较强的林产品碳汇功能。但锯材和人造板仅仅占全球木材产量的17.5%。另外,40%的木材用于工业,不同工业用途的木材寿命差距很大。
3.2林产品碳汇提升的主要途径
全球不同地区林产品总消费量和人均消费量差异巨大。亚洲、南美洲、特别是非洲的人均锯材和人造板消耗量是欧洲、北美和中美洲,及大洋洲的人均消耗量的1/3～1/6(表1)。假设全球每年生产的4.58亿m3木材的锯材和4.07亿m3木材的人造板共含0.4Pg碳,以平均寿命30a计,可固碳达12Pg。因此,增加林产品产量和拓宽林产品的用途可以增加林业碳汇(M21),比如用木材作为建筑材料建房屋、桥梁、铺木质地板、做木质工艺品等。北美和欧洲的房屋有90%是木建筑。而今天的中国几乎没有新建木建筑。木建筑不仅可以固碳,因其保温性能好还可以起到冬暖夏凉的空调节能效果,从而进一步减小碳排放,在中国适当鼓励部分农村地区用木材建房。另外,可以通过给木质林产品进行防水和防腐处理来延长林产品的寿命(M22),增强碳汇效应。提高加工工艺科技水平,增加木材成材率(M23),也是增加林产品产量的另一途径。如果工业用木的平均寿命也可以达到30a,则可以在30a内另外每年产生约1Pg的碳汇。如果能用可再生能源替代薪炭木材,把薪炭木材制成锯材或人造板(M24),则可以在30a内每年再产生1Pg的碳汇。
以中国 2020 年木材全生命周期碳储量变化为例(表 2),探讨林木整个生命周期中碳循环规律以及木材带来的碳汇价值。在林木全生命周期的不同环节中:①采伐环节除薪材和采伐剩余物两项导致碳排放外,其余大部分木料都进入加工环节;②在加工及使用环节,由于部分采伐剩余物和上一年的回收纸被用作木质林产品(HWP)的原材料,并且原材料利用率高达 89.5%,木材净碳储量在3个环节中最大,为 118.30 Tg;③木材废弃环节碳排放过程十分缓慢,排放速率与原材料的用途及使用寿命相关,长期木质林产品的使用寿命一般为20～50a,能形成长期的碳储存效果。替代与木结构产品功能等价的非木质材料(如钢、铁、铝、水泥和砖),也可以增加林产品碳汇(M25)。生产木质林产品消耗较少的能源且CO?排放量会大大降低。在新西兰建筑业使用木材增加17%时,建筑材料生产过程中的碳排放相应减少20%,相当于减少新西兰总碳排放量的1. 5%。对比木建筑和钢筋混凝土结构建筑在原料生产和使用中的能源消耗和排放后发现,木结构建筑所消耗的能源是钢筋混凝土结构所消耗能源的28%,即比钢筋混凝土结构的建筑少排放碳45%,表明木质林产品替代能源密集型产品具有很大的碳减排潜力。
白彦锋等利用储量变化法、生产法和大气流动法估算了中国1961—2020年木质林产品的碳储量,显示目前我国的木质林产品是一个碳库,并且这个碳库的碳储量呈不断增长的趋势。3种方法估算2020年中国木质林产品的碳储量分别是640.03、568.91和493.62Tg。如果能杜绝焚烧废弃林产品(表2),而将其返回森林或沉入水体(M26),林产品碳汇能力将极大提升。生物质林产品利用也可以增加林业碳汇(M27)。生物质由一切绿色植物通过光合作用形成。天然橡胶作为一种生物质林产品,其寿命长,本身即是稳定碳汇。全球橡胶年产量达约0.28亿t,而橡胶的平均寿命可以到100年?；凰愠商?橡胶生产可以每年产生14Tg的碳汇,100年就可以产生1.4Pg的碳汇。此外,1t天然橡胶从植物合成到轮胎生命终止总计排放2.7tCO?,仅是合成橡胶全生命周期CO?排放量(10.2t)的约1/4。按照2020年中国天然橡胶的产量(82.8万t)来计算,相对于合成橡胶,整个轮胎使用周期减排约6.21Mg,相当于当年提高了4%的原木产量。
生物质林产品也可以来源于生物质残余物,包括人类生产活动中排放的固态、非固态物质的总和,其含碳量高度聚集。若处置恰当,生物质残余物的合理利用可以继续为林木的碳汇过程做贡献;若处置不当,将导致大气、土壤等自然环境恶化,并造成过早的碳排放。同时,根据不同的产生来源,生物质残余物涉及园林和林业等领域。园林活动会产生大量园林废弃物,其中,木屑经350℃过热蒸汽处理15min后可得到燃料特性相当于烟煤的生物炭做为土壤有机肥料。
在林业方面存在大量未被回收利用的剩余物,一部分可以回收利用,与其他原材料合成林业生物质材料,根据其组成和生产特点可以分为两类:一类是合成生物质材料,是以化学或生物化学方法将生物质加工成可降解的高分子材料、功能高分子材料、生物质胶黏剂、精细化学品以及新型碳吸附材料等,比如灌木刨花板、灌木纤维板、秸秆刨花板、定向麦秸板、蛋白类胶黏剂、淀粉类胶黏剂、木质素胶黏剂、生物质高分子防腐剂、聚乳酸、生物乙烯、天然橡胶制品和生物炭等;另一类是生物质基复合材料,以生物质与生物质、生物质与废旧塑料等合成高分子材料、生物质与水泥或石膏等无机物质制造的复合材料,比如木质素添加复合材料、木塑复合材料和木基陶瓷复合材料等。另一部分和园林残余物的处理方法一样,可以将木屑、植物废弃物烧制生物炭。添加高生物炭量不仅可以改良土壤肥力和替代化石燃料,有效降低林地的综合温室效应,其在自然界的寿命往往可以达到1000a,能增加几十倍的林产品碳汇效应。因此,可以推广林产品的回收作为生物质残余物加以重新利用。林业工业方面,木质素的利用场景宽泛(M28),其固碳潜力不可小觑。如橡胶工业中,在天然橡胶中加入木质素能起到补强作用;塑料工业中,应用木质素作为新偶联剂能抵扣树脂的消耗;利用木质素的物化特性,将木质素作为原材料,可以得到多种具环保性能的胶黏剂、性能更优的聚氨酯材料、稳定性强的电化学储能装置等寿命延长的工业改性产物。
可见,生物质残余物的利用领域和途径多样化,既可以解决生物质废弃物的堆积问题,同时已存在的碳经过人为改造变成了另一种储存形式的碳继续发挥碳汇功能。今后如何更有效地减少生物质残余物的堆积腐烂和焚烧,增加其在人类生产生活中的利用路径和使用量是有待解决的问题。
4 小结
笔者概述了林业碳汇的13个主要原理和28条途径。森林碳汇的增加一方面是通过提升森林净生产力,另一方面是通过减少森林生物量和土壤碳的损失。提高森林净生产力的途径包括贯彻适地适树和适钙适树的林学原理以及加强水肥管理等措施来实现;减少碳的损失途径包括掩埋地表枯枝落叶和增加土壤微生物残体碳,以及降低病虫害损失、防止森林火灾等措施来实现。
林产品的寿命长,因此也成为一个重要的碳汇。增加林产品碳汇,一方面可以通过增加林产品的社会需求和提升林木成材率;另一方面还可以增加林产品的使用寿命。途径包括推广木质地板的使用和在乡村地区推广木结构住房建设,在使用其他可更新能源的基础上将省下来的薪炭木材用于生产锯材和人造板材,以及将木材生产过程中的剩余物制成生物质炭作为农田和林地肥料。现有的林业碳汇措施有一些是成熟技术,还有一些需要探索更有潜力的方法。
