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89年8月(第98期)

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森林經營與大氣碳吸存


李國忠(台灣大學森林學研究所教授)
林俊成(林業試驗所林業經濟系助理)

  大氣中二氧化碳濃度增加,促進「溫室效應」,如何降低二氧化碳濃度以減緩氣候變遷的衝擊,已為世界各國所共同關注的議題與努力的目標,其方法可由二氧化碳減量(mitigation)及環境適應(adaptation)著手。在減量方法上,可從調整產業結構,積極增加能源使用效率,抑制能源消耗來進行,但此種方法將可能對國家整體經濟產生較大的衝擊,同時減量所需成本也較高。因此,促進可持續的森林管理策略,加強造林和再造林以吸存大氣二氧化碳之環境適應方法,便成為一個值得重視的課題。在京都議定書內容中即肯定森林資源對吸收溫室氣體的效果,明定1990年以後所進行之造林、再造林及森林採伐之二氧化碳吸收或排放之淨值,可併入排放減量值計算。

  台灣森林面積占全島面積的59%,對吸存大氣二氧化碳具有相當大的貢獻,森林資源減緩大氧二氧化碳的方法,可由「開源」與「節流」兩方面進行,「開源」即增加森林對二氧化碳的吸存,乃將森林合理經營管理及擴大造林面積,「節流」即減少所固定二氧化碳的釋放,可以減少林地破壞衝擊、增加林木收穫與林產品使用效率及林產品替代性經營來達成,茲說明如下:

一、森林合理經營管理

  永續性的森林經營活動可提高二氧化碳吸存潛力,因生長力旺盛的林分,對大氣中二氧化碳吸存能力最強,因此如為天然更新林和經營管理得好的人工林生態系,由於淨生產量高,則固定大氣中的二氧化碳量就更多。針對林分蓄積量大的林地加以保護以避免破壞,對林分蓄積量低及低生產力的林地,以再造林或加強經營森林使之再生,具高生產力林地可從事林業經濟性經營使其收穫最大化,以供日後木材市場使用。由於二氧化碳吸存能力與林地生產力有顯著的關係,因此可由天然林合理撫育及提高人工林經營效率兩方面著手。

  依第三次台灣森林資源及土地利用調查結果,台灣森林資源之天然林面積有1,527,500公頃,占台灣森林面積之72.7%,對森林資源吸存大氣二氧化碳占極重要的角色。但由於森林吸存大氣二氧化碳量的多寡乃取決於森林淨生長量,未受干擾的天然林雖可吸收大量的二氧化碳,但森林群落中的其他植物、動物和微生物呼吸量大,枯枝落葉大量分解消耗有機質而釋放出二氧化碳,因此天然林吸收和釋放的二氧化碳量基本上是平衡的。天然林在碳貯存量雖然保存有高蓄積,但其生產量與枯死量略維持平衡,故淨生長量大致為零。天然林若原本林相優良,天然更新能力強的林分,自然無需多做干擾,如果天然林蓄積量低、生長量差、林相不良的低生產力森林,則有改善天然更新的空間與潛力(吳俊賢,1999),技術上,天然更新的方法有傘伐作業及擇伐作業之天然更新方法。此外,亦可應用人工促進天然更新的經營策略,以改善林地狀況,提高種子著土力,調整林木生長空間,促進天然更新及幼樹幼苗生長,使不同年齡結構的林木能順序延續地更替,基本保留了原始林的結構和功能,建造更健康的多層次壯年天然林分結構。天然林經營加入人工管理因子,不但可保證天然更新成功,提高天然林分質量生長,增加大氣中碳吸存,並可增進保持水土效果(李國忠,1999)。

  提高人工林的經營效率,增加林地的生產力,在增加生長量之餘,也相對提高碳吸存量,在做法上,可藉延長輪伐期,以增加森林林地碳量的蓄積;在適地適木的原則下選擇適當樹種種植,改善林木育種技術、林下栽植等來達成最適生產力和林地碳密度的增加。對林地進行撫育如林地施肥、育林處理技術的使用與改進(如疏伐、修枝、森林齡級和空間結構的調整),以增加林木收穫為高價值、長生活期的生產。由於高價值木材大部分為長伐期,因此可增加碳的累積。林俊成等(1999)估算本省柳杉人工林,依生物量變化做計量上分析,估算結果每公頃可貯存二氧化碳量為591.21公噸。

二、擴大造林面積

  在裸露地或農地及因林地破壞之土地,以造林或進行森林更新演替,或兩者兼用,以擴大造林面積,經由都市林和社區林的營造也可擴大造林面積以增加吸存大氣二氧化碳,因此目前推行之全民造林運動是值得鼓勵。依行政院農業委員會林業處(1996)估計全民造林計畫五年間共完成國有林造林11,275公頃,獎勵造林50,060公頃,預計造林成林後,每年可吸收二氧化碳226萬公噸。Pedro et al.(1994)分析馬來西亞Sabah地區大規模種植龍腦香科林木對碳的吸存效果,初步估計輪伐期如為60年,每公頃可吸收195公噸。

  擴大造林面積可增加二氧化碳吸存量,但在時間尺度上,並不如對現有森林合理經營管理來的快速有效,在空間尺度上,目前又面臨可造林面積有限的窘境。同時大規模的造林一旦成林後,將對木材市場可能產生顯著的過度供給,導致林產品價格下跌之負面衝擊。Adams et al.(1993)曾分析造林對美國農地之社會成本及對農林部門的衝擊,結果顯示:每單位二氧化碳吸取成本每噸為18美金(吸取目標為10%)至55或200美金(吸取目標50%),此單位成本之上升,乃因吸取目標之升高,會迫使愈多品質較好的農地加入造林,此時所付出的社會成本將大幅增加。若只造林而不砍伐,大部分之社會成本會因農產品價格上升而轉由消費者來負擔。但若加以砍伐,則消費者會因較低廉的木材及木製品而獲得補償,但傳統木材市場之生產者則會因木材價格之大幅下降而蒙受重大損失。根據Chang(1998)所建立之農林業部門模型初步估算結果,台灣森林若以吸取5百萬公噸為目標,其成本非常低,因為此時僅需要調整現有森林之樹種即可達成目標,若以吸取1千萬公噸為目標,則吸取成本約每公噸20美元,因為此時須將20萬公頃未造林之林地加以植樹造林。若吸取超過1千萬公噸,則必須有農地加入造林行列,且單位邊際成本也逐漸遞增,特別是超過25百萬公噸時。就目前的全民造林之補貼標準而言,應可達到吸取1千~1千5百萬公噸的目標,此吸取量約為達預計減量目標的10%,但在政府造林預算之限制下,此目標可能無法達成。

三、減少林地破壞衝擊

  森林中的植物藉行使光合作用,將大氣中的二氧化碳加以吸收,轉化為有機碳的形式貯存於植物體內而成為生物量的一部分,其林下的枯枝落葉層及森林土壤也有貯存碳的能力,大規模的伐採與森林破壞是造成森林二氧化碳釋放的最大原因。Marland和Marland(1992)指出大規模的立地、成熟林木和低生產力林地,要回歸到原來的碳的吸存狀況需要很多年,伐木將造成林地被破壞。林地破壞將改變土地利用方式,造成森林生產力的降低與生物量的減少,微氣候的改變,使森林的擾動頻率增加,如森林火災、林地裸露,土壤流失與退化,使森林林木及土壤中所貯存的有機碳快速流失。同時因林地破壤也使森林的林分的齡級分布產生變化,幼齡級比例的增加,使森林吸存二氧化碳的功能減弱。

  林地如受到干擾,將使原已吸存、固定的二氧化碳,大量流動到大氣中,以圖1所示:林木收穫時,使長時間所建立的森林,在短時間便喪失吸存二氧化碳的功能,所伐除的林木,可經各種加工過程以林產品的形式而將原先所累積的碳加以固定、貯存,但藉由重新造林以恢復原有吸存二氧化碳能力及數量,則需花費較長時間,同時林木收穫所造成的林地裸露,使固定於土壤中的有機碳回歸於大氣中,但可經重新造林再逐漸恢復有機碳的累積(如圖1(a))。如原先為森林狀態,如將森林破壞,改變土地使用型態以供農業使用,將造成原先所累積的碳大量散失,同時也因林木的伐除而失去吸存二氧化碳的能力,也造成土壤中有機碳的大量回歸於大氣,如將林地荒廢,二氧化碳吸存能力雖稍可恢復,但需頗長的時間(如圖1(b))。

四、增加林木收穫及林產品使用效率

  林木屆伐期而伐採,便將林木狀態所貯存的碳加以收穫,林木收穫後,將原先所貯存的碳,以林產品的形式固定,Houghton(1996)認為提高林木收穫過程之生產效率、延長林產品使用壽命等皆會降低碳的釋放速率。因此在伐採集運時,提高林木收穫和過程的效率,改良收穫技術,可避免碳的損失。林俊成等(2000)分析1992年台灣森林資源林木收穫與林產品碳量流動與貯存的變動,結果顯示:減少1%廢材產出將減少1.03%的碳量流動到大氣,因此提高林產品生產及資源利用效率,減少廢材產出量,將可減少碳流動排放量。過去台灣林產工業在生產過程中約有30%的生產用材成為廢材,以往木材工業廢材大半會被當作燃料或者就地燃燒掉,故減少製造過程的廢材產出量及加強廢材利用應是減少流動到大氣碳量的可行方法。就經濟效益而言,如以1994年的廢材約有354萬m3,如依柳桉材進口價格來推算,共約530億元之木材變為廢材,若此等廢材經過適切而有計畫的回收及再循環利用,經加工過程再製造成各類林產品,則可獲得約354×0.4=142萬公噸之木質纖維(彭武財,1995)。可見廢材的減量及再利用,不僅在經濟上的有效管理及減少碳流動排放是必要的。

五、林產品替代性經營

  林產品不僅可固定碳,同時在製程上所排放的二氧化碳與能源消耗,與其他材料而言相對為少。如用木材原料替代其他原料,不僅在能源消耗上節省,木質材料的利用可延遲碳釋放於大氣中,因此使用林產品可以替代金屬,鋁,混凝土和其他材料,可減少能源的消耗和減少化石能源的消費。在相同的能源效率之下,木材的二氧化碳排放量明顯地少於石化原料所排放;在等量熱值比較時,木材與燃料油燃燒之二氧化碳釋放量,燃料油229公斤(1噸木材相當於229公斤燃料油)全部的二氧化碳排放量為1,023公斤,木材僅為66.4公斤(陳載永、莊純合,1999)。各種材料在製造時所消耗的能源及碳的釋出量,木質系材料則為其他金屬材料的數十分之一至數百分一,如製造天然乾燥製材之能源消耗為1.5MJ/kg,製造時碳的釋出量為30kg/t,製造鋼材之能源消耗為35MJ/kg,製造時碳的釋出量為700kg/t,製造鋁之能源消耗為435MJ/kg,製造時碳的釋出量為8700kg/t(王松永,1998)。因此,木質材料經常被稱為生態材料,其對環境改善的貢獻除了木質材料外,生態能源的利用亦為目前許多先進國家所重視。

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