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植物是陆地上唯一能够从大气中固碳的自然生态系统,在全球碳循环中发挥着重要作用,通过碳吸收、固定、储存和封存,在减缓碳排放、应对气候变化的作用远未被认识和充分发挥。目前的森林碳汇相关研究只涉及森林植物生长阶段,忽略产品生产使用阶段、废弃分解阶段,以及相互之间的联系。据张颖等(2021)研究[1],我国林木碳储量由1976年的51.96亿t增加到2018年的87.9亿t,年均增汇0.855 7亿t,森林资源总碳储量(包括林木、林地和林下植被)由125.06亿t增加到214.39亿t;其中,人工林碳储量增速明显,年均增加5.05%。但作为森林资源利用的延伸,伐后木质林产品如家具、胶合板和纸类等日用品或用作能源的木质材料,能够有效地转移森林通过光合作用储存的碳,并长期保存。Winjum等(1998)研究[2]提出全球木质林产品碳储量每年增长约139 TgC,抵消森林采伐碳排放的14%。在全球层面上,Pan等(2001)[3]测定全球范围内每年木质林产品碳储量的增量约占森林碳库增量的4.7%;在国家层面上,诸多研究也肯定了本国木质林产品在应对气候变化方面的积极贡献,如爱尔兰、加拿大、捷克共和国、美国、欧共体15国、日本和中国等。IPCC建议将木质林产品的碳储量在国家温室气体清单中进行报告,并制定了一系列报告其碳储量的清单指南[4]。
据李玉敏(2017)研究[5]提出,森林是陆地生态系统中最大的碳库,汇集了全球植被碳库的86%和土壤碳库的73%,在调节全球碳平衡以及应对气候变化中具有十分重要的独特作用;在《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》《哥本哈根协议》《波恩政治协议》和《马拉喀什协定》等国际公约中都承认森林的固碳作用,并对森林碳汇机制做了较为详细的制度设计。然而迄今为止,主要的国际政策工具如《京都协议书》和《马拉喀什协议》等都没有将竹林作为森林的一部分。
竹子的管理和碳评估技术与树木不同,但往往与其他类型的森林混在一起:在联合国粮农组织的“2015年全球森林资源评估”中,并没有单独的章节来报告各国的竹林覆盖率。这种缺乏分类的情况使林业工作者在评估碳汇时很难衡量竹子的潜力,而碳汇评估又将影响各国依照《巴黎协定》作出的国家自主贡献。
竹子是世界上生长最快的植物之一,一次种植可永续利用,具有生长更新速度快、年生长量大、固碳能力强、成林后可隔年连续采伐等特点,是理想的林业碳汇植物,在适应和减缓气候变化中扮演着极为重要的角色;竹子从生长发育、采伐收获、加工制造、产品利用直至废弃处置的全生命周期过程,是碳循环的全过程,包括竹林碳汇、竹产品生产使用和废弃后分解的碳足迹。但目前的相关研究呈现割裂状态,要么侧重于竹林培育阶段,要么侧重于竹材加工阶段[6]。
因此,从竹生长发育、竹林培育、经营利用、竹产品增值增效、减缓碳排放、可再生材料循环利用、可再生材料国家安全等方面,开展竹产品全生命周期碳科学研究,系统认识碳循环规律,完善竹林碳汇的内涵,探明竹产品碳足迹,是当前“碳达峰”“碳中和”大背景下促进竹林增汇、增加产品碳封存、调控全生命周期各个环节减排、应对市场贸易“绿色”壁垒、推进竹业全产业链发展的必由之路。从全产业链与环境容量相结合系统性考虑竹产业发展,是一种全新理念、创新模式,体现竹子全生命周期碳循环“来得快、去得慢”特征,通过竹林碳汇交易、竹产品碳足迹和碳标签(产品碳标签是指把产品在生产过程中所排放的温室气体排放量、碳足迹在产品标签上用量化的指数标示出来,以标签的形式告知消费者产品的碳信息)等深入研究,提振现代竹产业高质量发展,并为气候变化谈判、实现“碳中和”目标贡献“绿色发展”智慧。
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为了减缓气候变化、维持人类社会的可持续发展,1992年,联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 通过《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC),1994年起正式生效。1997年UNFCCC《公约》开始关注木质林产品在应对气候变化中的减排贡献[7]。林业碳汇被认为是应对气候变化最为经济与有效的途径,我国政府已于2009年明确提出了森林增汇目标,2012年提出建立碳排放市场,允许森林碳汇作为抵消机制来参与交易。2015年巴黎气候大会把森林作为单独条款被纳入全球气候治理的新制度《巴黎协定》,这充分表明了林业在应对气候变化中的重要性。我国政府高度重视林业在应对气候变化中的特殊地位和重大作用,2017年开始建立全国统一碳汇交易市场,推进国内碳市场的逐步建立与发展,林业碳汇项目呈现较快发展的态势。据统计,截至2017年3月,国家发展和改革委员会公示的中国核证减排量(CCER)林业碳汇项目达到97个。此外,2018年印发的《生态扶贫工作方案》提出结合全国碳排放权交易市场建设,积极推动清洁发展机制和温室气体自愿减排交易机制改革。为积极应对全球气候变化带来的挑战,2020年9月,中国首次向全球宣布,力争于2030年前实现碳达峰、在2060年前实现碳中和。由此可见,我国政府对于林业碳汇项目的期望较高,未来我国林业碳汇项目的市场前景将非常广阔。
目前的林业碳汇项目根据其所采用的方法学不同,主要有碳汇造林项目、森林经营碳汇项目、竹子造林碳汇项目和竹林经营碳汇项目。竹林碳汇研究已逐渐成为碳汇研究领域的重要分支之一。
据张红燕等(2020)研究[8]对近30年国际竹林碳汇相关研究分析,关于竹林碳汇研究文献最早出现于1996年,印度巴纳拉斯大学研究人员(Tripathi,S.K.和Singh,K.P.)对印度热带地区竹种(Dendrocalamus strictus)的近熟林和成熟林进行了碳储量估算及分布和竹林年净碳汇量研究。此后在近20年时间内,竹林碳汇研究一直处于停滞状态。近10年以来,尤其是2014年后,国际对竹林碳汇研究的热度不断提升,受到越来越多学者的关注,相关文献数量呈井喷式增长。1996—2019年,中国、美国、日本竹林碳汇文献发表量居世界前3位,共发表论文744篇,占文献总量83.5%。中国竹林碳汇的发文量多达551篇,占文献总量61.8%,是第2位美国发文量的5.3倍。目前,已有不少学者基于生物学方法,对单位面积竹林固碳能力和区域水平林地立竹碳储量进行了研究,提出了竹林总生物量、地上生物量、地下生物量、秆材积和秆高的异速生长等模型,开发了33个竹种的地上部分碳生物量计算模型,研究评估了竹林生态系统固碳能力[5-9]。但是,这些研究方法及其模型,没有对凋落物、土壤碳储量进行深入研究,也忽视了竹林培育、产品加工等全过程的要素投入、产品价格、碳汇政策等经济和政策因素对竹林种植面积与结构及其相应碳汇能力的影响效应。
现在研究在竹林碳汇测定、碳通量监测、时空分布以及竹林碳增汇的影响机制、竹产品生产减排技术等方面取得一些重要进展,主要探讨了竹林生态系统碳储量、竹林经营提升固碳能力、竹产品碳转移和封存量、竹林碳汇交易及其增收效应等方面,对提升竹林碳汇能力和增加农户收益发挥了积极作用。但对不同类型、不同立地、不同竹种的竹林生态系统碳储量、固碳能力、碳汇交易等方面还缺乏系统研究,竹林碳通量监测还处在起步阶段,竹林碳汇效应、碳增汇减排作用还没有得到充分发挥。
竹林是陆地生态系统中一个重要植被类型,作为我国十分重要的森林资源,大力发展竹林碳汇对于实现我国“森林增汇”“碳中和”目标具有特别重要的意义。据陈先刚等(2008)研究[10],对20世纪80年代以来有关中国的竹林面积、生物量、碳密度、土壤有机碳等要素的研究成果进行统计分析,并依据过去6次全国森林资源连续清查的相关数据资料,结果表明,我国竹林碳储量在过去50年呈增加趋势,其中1950—1962期间为322.65 TgC;1977—1981期间为431.15 TgC;1984—1988期间为469.30 TgC;1989—1993期间为499.25 TgC;1994—1998期间为555.57 TgC;1999—2003期间为639.32 TgC,后期的增加速度明显越快,预期随着中国森林面积的增加,竹林碳储量仍将继续增加。 据刘应芳(2012)研究[11],1998—2009年的11年间,四川竹林起着一个碳“汇”的作用,基于面积的四川竹林碳储量从1998年的23.22 TgC增加到2009年的49.01 TgC,增加了25.79 TgC;四川毛竹林平均碳密度为98.5140 t·hm−2,平均生物量为49.1393 t·hm−2,毛竹林单位静态碳储量为2.005 kg·kg−1;表明竹林碳汇潜力巨大,将成为一种效果惊人的碳汇和缓解全球变暖的重要自然手段。Kuehl et. al.(2013)研究[12]估计,1 hm2竹子及其制品可以在60年内储存306 t碳,而同等条件下杉木的碳储量为178 t(见图1)。
近些年,国内不少学者从不同的视角就清洁发展机制(CDM)林业碳汇项目开发进行了研究。关于竹林碳汇造林项目也逐步得到中国自愿性碳补偿项目的认可。早在2009年,互联网零售巨头阿里巴巴就在浙江省临安县购买了约50 hm2竹子作为碳补偿。此后,浙江农林大学和国际竹藤组织(INBAR)的研究人员开发了一种方法,使农民和企业更容易获得种植竹子的碳信用额度。这种方法已被国家发改委认定为“重点节能低碳技术”,并得到广泛应用。
Figure 1. Simulation trend diagram of carbon accumulation of new species of bamboo plantations and Cunninghamia lanceolata plantations harvested regularly in 60 years
目前基于碳汇交易的竹林碳汇项目不多,仅浙江省新栽植约2.7万hm2竹林,产生了540万个认证碳信用额度。湖北和福建也相继启动碳汇竹子造林项目。据程毅明等(2021)研究[13],已有7处竹林碳汇项目,主要在浙江、湖北地区,包括湖北省通山县竹子造林碳汇项目1处,竹林经营碳汇项目湖北省1处、浙江省5处(见表1)。其中,2015年湖北省通山县竹子造林碳汇项目是全国首个可进入国内碳市场交易的CCER竹子造林碳汇项目,在湖北省通山县燕厦乡的宜林荒山分三年实施毛竹碳汇造林,造林规模为700 hm2。预计20年的计入期内将产生13.11万t减排量,年均减排量约0.66万t。从7个项目看,竹林碳汇作用,单位面积年均减排量5.10~9.30 t·hm−2。
项目名称 项目实施年限/a 项目面积/hm2 项目累计减排量/t 单位面积年均减排量/(t·hm−2) 湖北省通山县竹子造林碳汇项目 20 700.93 131 123.00 9.30 湖北省通山县竹林经营碳汇项目 30 28 339.80 4 381 247.00 5.10 浙江省遂昌县竹林经营碳汇项目 30 8 635.87 1 855 575.00 7.20 浙江省诸暨市竹林经营碳汇项目 30 6 179.20 1 235 295.00 6.60 浙江省安吉县竹林经营碳汇项目 30 1 426.27 249 658.00 5.70 浙江省景宁畲族自治县竹林经营碳汇项目 30 5 513.13 971 659.00 5.85 浙江省临安区竹林经营碳汇项目 30 5 062.07 1 100 000.00 7.20 Table 1. Overview of case sites of bamboo forest Carbon sink project
Research Progress and Measurement Framework on the Lifecycle Carbon Footprint of Bamboo Products
doi: 10.12172/202108180003
- Received Date: 2021-08-18
- Available Online: 2021-10-22
- Publish Date: 2021-12-10
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Key words:
- Carbon sink of bamboo forest /
- Carbon footprint of bamboo products /
- Whole lifecycle /
- Carbon cycle /
- Adding Carbon sinks and reducing Carbon emissions.
Abstract: Abstracts The research progress of carbon sink of bamboo forest and carbon footprint of bamboo products were summarized. From the perspective of the whole lifecycle, the carbon cycle process of bamboo products was analyzed, and the measurement framework of carbon footprint of bamboo products was established. Based on the relevant research results, the lifecycle carbon footprint of some bamboo products was estimated. The content of the carbon footprint of bamboo products in the full lifecycle that need to be further studied and the promotion path of adding carbon sinks and reducing carbon emissions were discussed, in order to provide scientific guidance and support for promoting the high-quality development of bamboo industry and enhancing the capacity of adding carbon sinks and reducing carbon emissions.