高层建筑用木材建造？“大规模木材”建筑是否可持续取决于什么

Josiah02

木材是自人类建造住所以来就一直存在的材料，越来越多地被用于低层和中层建筑。
这些“大规模木材”项目的承建公司表示，木材是一种碳排放较低的钢材或混凝土替代品，并且还具有其他优势，例如施工时间更快、成本比混凝土和钢材更低。支持者表示，这些木材材料由用胶水将木材层层压缩而成，防火性能也很好。
作为一名研究林业和自然资源的经济学家，当我听说校园里的一家当地酒吧将被一座 13 层的木质建筑所取代时，我对这种建筑趋势产生了兴趣。
我认为增加建筑中木材的使用量对减少建筑的大量碳足迹具有积极意义。但至关重要的是要考虑木材的来源以及森林是否得到可持续管理。
森林所做的工作
研究人员评估产品或服务的环境足迹的方法之一是生命周期分析，它计算从摇篮到坟墓的影响。
一项生命周期分析发现，在俄勒冈州的一栋 12 层建筑中使用大量木材，与使用钢筋混凝土建造的建筑物相比，对全球变暖的影响降低了 18%。当比较低层和中层建筑的木材和钢材时，碳排放效益甚至更大。在这些研究中，与钢铁或混凝土构件相比，全球变暖效益主要来自这些大型木质建筑在采购、运输和制造材料方面的较低排放量，而不是建筑物使用寿命结束时加热或冷却或处理材料的效率。
从全球层面来看，大量木材的原材料——森林——从大气中吸收大量二氧化碳，成为重要的碳“汇”。
砍伐树木是森林中最常见的干扰之一，然而，在考虑了所有采伐、火灾、土地使用变化和其他干扰后，美国的森林每年仍能从大气中净吸收7.54 亿吨二氧化碳，相当于美国排放量的 13.5%。全球的情况也类似，森林生长从大气中吸收的二氧化碳比所有木材采伐、森林砍伐、森林火灾和其他干扰的综合影响多26 亿吨。
尽管如今森林是美国的二氧化碳净吸收源，即从大气中吸收的碳多于因破坏而释放的碳，但在上世纪中叶之前，森林是碳排放的主要来源。当时，农民将土地转变为农业用地，林业工人砍伐老树以生产木材，森林大火肆虐。美国的碳损失如此之大，以至于 20 世纪初的陆地排放量与今天热带地区森林砍伐的排放量相当。
在过去 100 年里，这一趋势发生了逆转，因为森林从大气中吸收的二氧化碳远多于其释放的二氧化碳。这种转变的原因之一是农作物产量持续增加，这使得农场在更少的土地上获得了更大的产量。结果，粮食价格实际下跌，农民放弃了产量较低的土地，让森林得以重新生长。这些再生森林反过来又从大气中吸收了碳。
荒废并非美国树木再生的唯一原因 20 世纪上半叶，当林业工人还在砍伐原始林木时，一些有远见的森林土地所有者就开始种植树木，因为木材短缺日益严重，木材价格每年上涨 3% 至 4%就是明证。到 20 世纪 50 年代和 60 年代，美国每年种植的树木超过 10 亿英亩，而如今，种植面积是当时的两倍。
森林管理经济学
为了检验木材是否为可持续来源，而不是导致更高的碳排放，考虑森林管理的经济学是有益的。
在低层至中层建筑设计中，木材替代其他材料的使用将推动对木制品的需求，从而导致更多的采伐和种植。采伐量的增加会带来风险，包括碳排放增加、栖息地丧失和其他影响。最明显的影响可能是当需求激增导致敏感生态系统、关键栖息地或原始森林被砍伐时。一旦失去，生物多样性等生态系统服务往往是无法替代的。
碳可能不那么令人担忧，因为它可以通过再生返回森林。然而，一些批评者认为，在木材采伐和森林再生之间的这段时间内，采伐会将二氧化碳沉积在大气中，从而导致大量的二氧化碳排放。
关于这种“过量”排放假说存在相当大的争议。其他关于木材需求增加影响的研究表明，当需求上升时，采伐和再生都会增加。当将木材投资与采伐一起建模时，当木材需求增加时，林地中的碳储量就会增加。这一发现并不新鲜。上个世纪的例子表明，木材需求增加和木材产品价格上涨增强了土地所有者对商业森林进行密集管理的动力——种植更多土地、改良品种、改变物种组合、施肥、控制排水和管理竞争。
大规模木材的可持续性还将取决于哪些森林可以满足这一新需求。美国各政府部门拥有的 42% 的森林不太可能采伐大量木材。这些森林中有许多要么受到行政保护（例如，作为荒野地区），要么地处偏远且成本高昂。在允许砍伐的地方，伐木速度会因需要大量规划、影响评估和公众参与而放缓。
甚至许多私人土地所有者也养成了出于环境服务目的而进行保护的习惯。如今，美国有超过 3700 万英亩的私人土地被纳入保护地役权，这限制了当前和未来所有者对其土地的使用。并非所有这些受保护的土地都是森林，但在这些土地上，对大规模木材的新需求不太可能导致更多的采伐。
除了这些受法律保护的土地外，许多私有森林也实施森林保护，原因很简单，许多森林所有者疏忽大意，或者他们更看重野生动物和木材收入以外的其他利益。因此，研究发现，即使需求大幅增长，非工业土地所有者整体上也不太可能扩大砍伐。
人工林的作用
另一方面，工业利益集团仅拥有美国 20% 的森林，但却供应了全国 46% 的木材。这些森林中绝大多数都采用人工林管理。植树造林非常普遍，工业所有者拥有私人人工林的 60%（私人人工林的定义是通过种植或播种人工再生的森林）。
集约化管理解释了为何如此少的工业林能够支持如此大规模的采伐。如果需求增加，这些所有者将有强烈的动机增加采伐量。然而，由于森林是一种有价值的资产，他们也会通过新种植和强化管理来种植更多更大的树木。
气候变化对林业的影响之一是，二氧化碳水平的上升通过提高光合作用率促进了森林的生长。我在 2022 年合著的一篇论文发现，二氧化碳水平的升高对较年轻的人工林的木材体积产生了特别大的影响。人工林不仅在相同年龄比天然林拥有更多的木材体积，而且我们的研究估计，在过去 50 年里，人工林通过这种碳“施肥”增加了 62% 的体积。在同一时期，每英亩的树木数量没有发生实质性变化，因此大部分木材体积的增加都导致了树木的长大。
1997 年至2017 年间，工业所有者在私有土地上新种植的森林中占了 10 公顷的 8 公顷，种植面积增加了一倍。没有人会将这些森林与原始森林混淆，但从商业角度来看，人工种植的树木已成为成本最低的木材来源。它们还减轻了对天然林的压力。
对于大气更为关键的是，扩大幼树、速生林的面积可以增强森林的整体碳吸收能力，并激励人们管理服务于建筑环境的森林。