Karbonbinding via trebegravelse: en grunnleggende vurdering

muligheten for karbonbinding via trebegravelse stammer fra observasjonen om at naturlig skog vanligvis er strødd med døde trær (Fig. 1). Det er en hypotese at store mengder organisk karbon ble begravet og bevart i over hundre tusen år under den Store Nordlige Halvkule icesheets Under Pleistocen glacial-mellomistid sykluser . Andre studier har vist at organisk materiale, spesielt tre, i kommunale deponier dekomponerer ekstremt sakte . Med disse ble det klart at vedhøsting og begravelse kunne være en levedyktig metode for karbonbinding.

Globalt er omtrent 60 GtC y-1 midlertidig sekvestrert av landvegetasjon (Netto Primærproduktivitet eller NPP; Fig. 2). Dette karbonet returneres kontinuerlig til atmosfæren når vegetasjonen dør og nedbrytes (heterotrofisk respirasjon, Rh). I en steady state er dødsratene for disse karbonkomponentene lik deres respektive dekomponeringshastigheter og legger OPP TIL NPP slik at netto karbonfluks for land-atmosfære er nær null (NPP = Rh). Hvis vi kan stoppe eller bremse en del av nedbrytningsbanen, har vi håp om å sekvestrere CO2 med en hastighet som kan konkurrere med dagens fossile CO2-utslipp på 8 GtC y-1. Siden treaktig materiale er mest motstandsdyktig mot nedbrytning på grunn av sin lignin-cellulosefiberstruktur som også minimerer næringslås (under), vil jeg fokusere på dette karbonbassenget.

To store spørsmål må først besvares om potensialet i denne metoden: hva er produksjonshastigheten av dødt tre, og hvor mye er det i verdens skoger? Dessverre er det en generell mangel på kunnskap om dødt tre på skogbunnen, og dette karbonbassenget blir ofte forsømt i karbonbudsjettregnskap. Siden dødeligheten er fundamentalt begrenset av vekstraten, kan den døde treproduksjonen ikke overstige verdens totale NPP på 60 GtC y-1. Da er nøkkelspørsmålet hvordan NPP er delt inn i de tre viktigste karbonbassengene: blad, tre og rot. Bladene vokser og faller i en løvskog hvert år, men kan vare noen år i en eviggrønn skog. Fin woody materiale som kvister og små grener kan bryte og falle ofte, men trestammer og store grener har en levetid på flere tiår til århundrer og lenger. Således, selv om trebiomasse er mye større enn bladbiomasse, antyder den lange levetiden en produksjonshastighet som er mye mindre enn ellers. Rot biomasse kan være stor og dødeligheten er også betydelig som røtter stadig vokse for å søke etter næringsstoffer og vann. En ‘ naï ‘ første gjetning kan være AT NPP er delt like inn i disse tre bassengene, noe som fører til en 20 GtC y-1 trevekst, og dermed 20 gtc y-1 tredødsrate ved steady state. Siden fine woody rusk brytes raskere og vanskeligere å håndtere, grovere materiale som badebukser og store grener er mer egnet for begravelse. Forutsatt at halvparten av det treaktige materialet er grovt, kan ca 10 GtC y-1 dødt tre være tilgjengelig for begravelse, og dermed føre til en 10 GtC y-1 karbonvask. Forutsatt en gjennomsnittlig oppholdstid på 10 år for døde trær på skogbunnen, ville ca 100 GtC (10 gtc y-1 ganger 10 år) i form av grov woody rusk allerede være på skogbunnen. Disse døde trematerialene er under ulike stadier av forfall, men selv om halvparten av det kan samles og begraves, gir det en betydelig lett tilgjengelig karbonvask.

forslaget er å (1) samle døde trær på skogbunnen og (2) selektivt logge levende trær. Deretter blir trestammene enten begravet i grøftene gravd på skogbunnen (begravelse) eller egnede deponier, eller logger stablet opp over bakken skjermet bort fra regn (Fig. 3). Det nedgravde woody materialet vil ha betydelig lengre oppholdstid, og det overfører effektivt karbon fra et relativt raskt nedbrytende basseng (ca. 10 år) til et mye langsommere karbonbasseng (100-1000 år eller lenger). I tilfelle av (1) reduserer det en del av heterotrofisk respirasjon, og er dermed en umiddelbar effektiv karbonvask. I tilfelle av (2), den påfølgende gjenvekst i ‘hullene’ igjen av treet kuttet er en karbonvask, som vil avhenge av frekvensen av gjenvekst. I praksis er (1) og (2) sannsynligvis ikke forskjellig mye, da fallne trær gir hull for mindre trær å vokse på en måte som ligner på tilfelle (2).

Kvantifisering av karbonbindingspotensialet

1 Bærekraftig vask av trefjerning (begrenset av vekstraten)

for å kvantifisere størrelsen på denne potensielle karbonvasken ble den globale dynamiske vegetasjonen OG terrestriske karbonmodellen VEGAS brukt. Mens modellen simulerer hele terrestriske karbon syklus, bare karbon bassenger og flukser som er relevante for formålet her er diskutert. Simuleringen inkluderte ikke jordbruksareal, og estimatene vil derfor være potensielle priser. Modellen ble drevet av moderne observert klimatologi med sesongmessige sykluser av nedbør, temperatur, solskinn, vindhastighet og damptrykk. Simuleringen ble kjørt til konvergens i en steady state hvor trevekst er balansert av dødelighet.den modellerte globale NPP er 57 GtC y-1, hvorav 19 gtc y-1 går inn i dødt blad, 17 gtc y-1 i dødt tre og 21 gtc y-1 til døde rotstrukturer. Siden fint tre (kvister og små grener) dekomponerer raskt, er vanskeligere å håndtere (dyrere å rydde opp bladene, etc.), og kan oppta mer gravplass, bare grovt tre vil bli vurdert som egnet for begravelse. Skogbruk litteratur gjør generelt et skille mellom fine og grove woody rusk, vanligvis ved hjelp av 10 cm stammen diameter for å skille de to klassene. Dessverre er det relative bidraget til den totale tredøden fra fint og grovt tre vanskelig å kvantifisere, delvis på grunn av den forskjellige levetiden (mindre stammer har generelt kortere levetid enn hele treet). Det er noen ganger uklart hvordan disse bassengene og fluksene er definert og hva de rapporterte tallene representerer i skogbrukslitteraturen. Jeg betegner dermed noe vilkårlig boten: grovt forhold av dødsrate til å være 7: 10 slik at grov tre dødsrate er 10 gtc y-1.

den romlige fordeling av grov tre dødelighet er vist I Fig. 4. Den høyeste frekvensen finnes i den tropiske regnskogen Som Amazonas og Kongo-bassengene, etterfulgt av tempererte og boreale skoger. Det faktum at den romlige fordeling av tredødsraten er lik den for produksjon (NPP), er ikke overraskende fordi dødsraten i stor grad følger vekstraten. Ethvert regionalt avvik fra det globale middelpartisjoneringsforholdet mellom de tre bassengene (leaf:wood:root = 19:17: 21) er resultatet av plant functional type (PFT) og climate dependent carbon allocation strategy. Slike avvik er ikke mer enn 10-20% i denne modellen.

karbonbindingspotensialet for grovt tre for ulike geografiske regioner er gitt I Tabell 1. Den tropiske skogen har et 4,2 GtC y-1 karbonbindingspotensial, temperert skog har 3,7 gtc y-1, mens den boreale regionen har 2,1 gtc y-1. Siden modellen bare vurderer potensiell vegetasjon (ingen landbruk), kan de tempererte områdene ha vesentlig mindre potensial.

i regional skala (Tabell 2) har Sør-Amerika et karbonbindingspotensial på 2,3 gtc y-1, med store bidrag fra Regnskogen I Amazonas. Afrika følger med 1,9 GtC y-1. Russland har et potensial på 1,2 GtC y-1 på grunn av sin enorme utbredelse av boreal skog. Den conterminous USA har et potensial på 0.8 GtC y-1 med sin omfattende bredbladet og blandingsskog langs Østkysten og Sør, og den fjellrike Vest. Canada har et 0,7 GtC y-1 potensial fra sine blandede og boreale skoger. Av 0.9 GtC y-1 potensialet For Kina, sannsynligvis bare en brøkdel kan realiseres fordi mye av landets skoger har lenge blitt omgjort til dyrket mark. Et vellykket skogplantingsprogram kan imidlertid øke størrelsen på denne brøkdelen.

den grove tredødsraten estimert av modellen er resultatet av plantefunksjonstype og klimaavhengig karbonallokeringsstrategi som ikke er godt begrenset i dagens generasjon av globale vegetasjonsmodeller . Observasjoner på dette karbonbassenget og dets omsetningsrate har generelt manglet. Likevel har noen undersøkelser understreket betydningen av dette karbonbassenget. Ved hjelp av observerte og estimerte gjennomsnittlige tre dødelighet og ekstrapolere punktdata ved hjelp av global biomasse distribusjon, Harmon et al. anslått produksjonshastigheten for grovt treaktig avfall til å være 2-11 GtC y-1, med usikkerhetsområdet som kommer fra treets levetid estimater. Basert På, Matthews anslått 6 GtC y-1 som grov woody rusk produksjonshastighet. En sammenligning er oppført i Tabell 3. DERMED VEGAS modell resultatet er innenfor området, men på den høye siden. En av grunnene kan være at likevektsimuleringen AV VEGAS innebærer at de modellerte skogene har nådd en stabil tilstand, dvs. de er modne skoger, mens dataene som brukes inkluderer skoger i ulike aldre. Siden yngre skoger har en tendens til å ha lavere dødelighet enn gamle vekst, vil disse unge skogene ha høyere potensial i fremtiden ettersom dødeligheten øker mot modenhet. Gitt de mange ukjente i begge metodene, vil jeg tildele en faktor på 2 usikkerhet til 10 GtC y-1 modell estimat, dvs. et område på 5-15 gtc y-1.

ved å estimere 10 GtC y-1 potensialet antok jeg naturlig vegetasjon, som i seg selv ville være en overvurdering fordi noe av det potensielle skogsområdet har blitt omgjort til dyrket mark. Siden dagens verdens skogsområde er 3 ganger det for åkerland, og en betydelig del av åkerland tilsvarer potensielt gressletter og til og med ørken i stedet for potensiell skog, er graden av overestimering beskjeden. På den annen side kan det faktiske potensialet være høyere på grunn av andre faktorer som selektiv kutting (under), planting av raskt voksende treslag og begravelse av mindre størrelse tre. I tillegg vil skogplanting, avskoging og klimaendringer i fremtiden komplisere ethvert forsøk på et presist estimat inkludert arealbruk. Dermed ble valget i bruk av potensiell vegetasjon gjort her.

2 en gang potensial fra eksisterende grov woody rusk

som en arv av tidligere tre død, har en betydelig mengde dødt tre akkumulert i verdens skoger i ulike stadier av forfall (Fig. 5). Jeg brukte MODELLEN VEGAS for å simulere denne døde tre basseng og estimert global grov woody rusk å være 130 GtC, noe større enn estimatene av 75 GtC av, men innenfor området 60-232 GtC anslått av . Disse tallene kan virke store som relativt lite oppmerksomhet har blitt betalt til dette karbon bassenget, men de er ikke overraskende store i lys av 390 GtC lagret i verdens skog vegetasjon biomasse (for det meste tre; ). Siden tre i senere stadier av forfall ikke er egnet for begravelse (også mindre sannsynlig å bli inkludert i skogtaksstudier), selv om halvparten av dette bassenget er egnet for begravelse, er det fortsatt 65 GtC tilgjengelig for sekvestrering. Det romlige mønsteret (Fig. 5) viser en noe annen fordeling fra produksjonshastigheten med høyere verdier i temperert og boreal region, hovedsakelig på grunn av den langsommere nedbrytningshastigheten ved lavere temperatur.

implikasjonen av dette store eksisterende karbonbassenget er at i den første fasen av trebegravelse vil mer enn den bærekraftige hastigheten på 10 gtc y-1 estimert ovenfor være tilgjengelig.

3 Forbedring av bærekraftig hastighet via selektiv kutting av levende trær

10 GtC y-1 dødt treproduksjonshastighet kan også forbedres ved aktiv skogforvaltning. I stedet for å vente på at trærne skal dø, kan man også høste relativt modne trær via teknikker som selektiv kutting. Ved første øyekast ser dette ut til å være en karbonkilde da levende trær tar OPP CO2. Men hvis trær er valgt riktig, kan det føre til en samlet vask fordi yngre skog har en tendens til å være mer produktiv, og et sted i utviklingsstadiet overstiger produktiviteten betydelig respirasjon og nedbrytningstap . Siden de mindre produktive trærne som ikke gjør det bra, konkurrerer om lys og andre ressurser, vil fjerningen av dem la yngre trær vokse mer kraftig i hullene, og danne en netto karbonvask. I en jevn gammel skog er selvtynning et stort skritt i den sekundære suksessen der en stor brøkdel av unge trær dør for å gi vei til andre trær. I dette tilfellet kan mye yngre trær selektivt kuttes eller samles etter døden.

Implementeringsstrategi

gjennomføringen av en trebegravelse vil innebære tre hovedtrinn:

1. (1)

   Gir tilgang til skogen hvis den ikke allerede er på plass;

2. (2)

   valg av Sted, grøftgraving for begravelse eller bygging av et ly for lagring over bakken;

3. (3)

   Selektiv treskjæring eller innsamling av dødt tre etterfulgt av trimning, forkortelse og begravelse eller lagring, gjentatt med et passende returintervall.

jeg ser for meg et nettverk av veier og stier som vil tillate maskintilgang, og grøfter som er fordelt på en mer en mindre ensartet avstand. For eksempel vil et 1 km × 1 km område (100 hektar) akkumulere ca 100 tonn karbon per år for en typisk grov treproduksjonshastighet på 0,1 kgC m-2 y-1 (Fig. 4). Med et returintervall på 5 år vil hver grøft begrave 500 tonn karbon(ca. 1000 tonn tørrmasse). Forutsatt en 0,5 tonn tørrstoff per kubikkmeter og forsømmer litt plass mellom loggene, vil volumet som kreves være 2000 m3. Hvis haugen er begravet under 5 meter jord, kan grøften ha dimensjonene på 10 m × 10 m × 25 M (Fig. 6). Overflaten vil være 100 m2, bare 0.01% av tresamlingsområdet, dermed vil forstyrrelsen være liten. Jord vil fylle rommet mellom logger og over og få lov til å bosette seg. Vegetasjon kan få lov til å vokse tilbake naturlig på gravstedene. Selektive steder kan overvåkes for forfall av det begravde treet. Figur 3 og 6 illustrerer dette.