利用生物质采购降低林分水平碳排放：加拿大东部森林案例研究

这篇研究通过评估加拿大东部森林六处样地的木材采伐强度对碳平衡的影响，创新性地将生物质能源（bioenergy）生产与传统木材工业供应链结合分析。研究采用100年模拟周期，量化了不同采伐情景（从仅采锯材到增加纸浆材和生物质采收）与自然干扰（火灾、虫害）的碳通量差异，提出纸浆材（pulpwood）是关键减排原料，并计算出生物质能源的置换因子（DF）需达到0.072-0.701 tC tC-1才能实现碳效益。

　　

引言

随着全球气候政策推进，森林生物质能源（bioenergy）作为化石燃料替代品备受关注，但其碳减排效益仍存争议。加拿大东部典型 boreal 和 temperate 森林的案例研究表明，利用采伐残余物（treetops, branches）生产生物质能源需系统评估全供应链碳足迹。研究通过对比四种采伐强度情景与三种自然干扰（未干扰成熟林、火灾、云杉芽虫爆发）的碳通量，揭示木材采收强度与碳平衡的复杂关系。

材料与方法

样地特征：六处样地覆盖魁北克省不同生态区，包括以糖枫（Acer saccharum）、香脂冷杉（Abies balsamea）为主的混交林和针叶林，林龄50-90年。采用 Artemis-2014 生长模型和 CBM-CFS3 碳预算模型，模拟100年内生态系统（活立木、枯木、木质碎屑、林地表层）、木材产品及供应链的碳通量。

关键设计：

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  采伐情景：ST（仅锯材）、ST+P（锯材+纸浆材）、ST+P+BioLogs（增加低质原木）、ST+P+BioTops（增加树梢）

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  自然干扰：火灾（即时碳释放）、虫害（10年渐进式影响）

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  敏感性分析：考虑木材市场波动、采伐遗留效应（再生林增产5-10%）、火灾延迟再生等因素

结果

生态系统碳动态：

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  采伐后初期所有样地均表现为碳源，20-30年后逐渐转为碳汇。

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  火灾导致即时碳损失最高（如 Sainte-Florence 样地损失34 tCO₂eq ha^-1），但针叶林（Montmorency）因枯木分解慢，长期累积排放低于未干扰林。

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  增加生物质采收（BioTops）减少木质碎屑分解排放，使混交林（Reboul）中期碳汇提升8%。

碳平衡核心发现：

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  与传统工业用材（ST）相比，增加纸浆材（P）采收可使供应链碳足迹降低12-18%，因其用于长寿命板材（half-life 35年）而非短效纸制品。

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  生物质能源需满足置换因子（RDF）0.072-0.701 tC tC^-1才具减排效益，其中纸浆材直接用于能源生产的RDF最低（0.072）。

敏感性验证：

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  若采伐强度提升10%促进再生林生长，生物质采收可无需市场置换即实现净减排。

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  火灾延迟再生10年会使自然林碳汇能力下降26 tCO₂eq ha^-1，突显人工干预的重要性。

讨论

采伐强度悖论：

尽管高强度采伐减少枯木分解排放，但生物质能源生产的即时碳排放可能抵消收益。纸浆材作为"桥梁原料"，既能降低供应链排放（较锯材减排1.5倍），又可灵活转向能源生产。

政策启示：

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  置换因子阈值（0.7 tC tC^-1）提示需精准匹配生物质能源与高排放能源市场。

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  部分采伐（如 Hereford 样地25%强度）在阔叶林中展现最佳碳汇潜力，支持差异化经营策略。

局限与展望

模型未考虑气候变化对分解速率的影响，且纸浆材技术可用性在针叶林中偏差达525%。未来需整合气候情景与创新木材利用技术（如交叉层压板材 CLT），以应对 boreal 森林日益增加的干扰风险。