文献阅读 | 为减缓气候变化而种植、保护和管理森林的经济成本

题目

The economic costs of planting, preserving, and managing the world’s forests to mitigate climate change

作者

K.G.Austin, J.S.Baker, B.L.Sohngen, C.M.Wade, A.Daigneault, S.B.Ohrel, S.Ragnauth, A.Bean

期刊

Nature Communications

时间

2020年12月

一作

单位

RTI International, 3040 E Cornwallis Rd, Durham, NC 27709, USA

链接

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19578-z

研究背景

长期以来，人们已经认识到，利用自然生态系统的碳固存和存储过程，即基于自然的气候变化减缓策略有可能大幅减少全球温室气体（GHG）的排放量。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告，包括植树造林、重新造林、改善森林管理和避免森林转化在内的此类战略可在全球减排组合中发挥关键作用。IPCC近期报告特别强调了为防止温度升高到1.5–2°C，对基于土地缓解措施的需求。在减少温室气体排放量的国家和国际承诺中，先前的研究表明，这些林业部门的减缓行动有可能实现到2030年实现气候稳定目标所需的减缓量的四分之一至三分之一。

研究方法

本文使用全球木材模型（GTM）（一种全球森林部门的动态经济模型）来研究通过森林部门的减缓行动减少的全球温室气体排放成本。使用GTM可以获得市场与土地使用之间的内生反馈、跨期权衡、减排行动之间的相互作用以及收获模式和减缓行动中的空间分配，所有因素均对减排成本有着重大影响，并且未曾考虑在全球森林部门减缓成本的估算。此外，在以往的经验研究基础上，不仅要考虑替代土地使用的潜在净收益（例如，避免砍伐森林，重新造林），而且还要考虑不断变化的森林管理边际用户成本（例如，增加采伐轮换，施肥，品种选择或幼苗密度）。

本文使用GTM建立了在没有减缓激励措施的情况下土地和森林经营产生的未来温室气体排放量的参考水平，并根据《共享社会经济路径》（SSP）情景2和《美国年度能源展望》对GDP和全球人口的宏观经济预测进行了校准，将此参考情景与通过减少碳汇的租金形式来提供温室气体减缓激励的情景进行了比较。本文考虑了一系列假设价格（每吨二氧化碳5美元，20美元，35美元，50美元，75美元和100美元）以及价格的高低增长率（每年1％和3％），分析预测了由于四种减价信号而产生的温室气体减排量：森林退化的避免、森林管理行动、增加采伐轮换以及造林/再造林（包括天然林的再生和集中经营的木材种植园），同时预测了16个全球区域的缓解措施的情况和成本，并按行动和国家/地区对缓解措施的结果进行分类，说明缓解措施组合随时间的变化。除此之外，还报告了近期（2015-2035年）以及本世纪中叶（2015-2055年）的缓解措施情况和成本。此外，本文将私人土地管理者的缓解成本与总成本区分开来，其中包括通过森林经营、砍伐以及维持或增加森林覆盖率进行碳储存的成本。与价格激励相比，面对增加碳存储的较低边际成本或机会成本的土地管理者，将因参与该计划和存储更多的碳而获得超额的经济租金。

研究结论

全球林业部门的缓解潜力和成本。本文的预测范围从低碳价格情景中的适度缓解到与IPCC高价格中一致的更强力的缓解。在各种减缓价格情景中，预计到2035年全球森林部门中的累积温室气体减少12.1–102.9 GtCO₂，每年的总成本为10-1780亿美元。到2055年，预计累计减少25.2–239.1 GtCO₂，平均每年的总成本为20-3930亿美元。巨大的潜力以及相关成本说明在一定的碳价范围内，森林可以成为缓解工作的目标源。但是正如其他经济部门所显示的，边际减排成本陡然高于某些价格阈值，会随着减缓激励措施的增加，收益递减（图1）。例如，在2035年提供每年2.1GtCO₂减排的情景将耗资160亿美元，而将这一减缓速度大致翻倍至每年4.6 GtCO₂则将耗资1,160亿美元。

图1  全球林业部门的全球边际减排成本曲线。

本文预计，避免森林砍伐将在2025-2055年间每年平均减少0.3-1.8 GtCO₂，而造林和重新造林为0.1-2.6 GtCO₂/yr，森林管理（包括采伐轮换）将导致0.2-1.6 GtCO₂/yr。本文预计，林业部门的减排成本要高于近期文献中先前报告的水平。假设增长率1％，初始碳价为$100/tCO₂，预测到2030年，平均减排潜力为5.2 GtCO₂/yr。假设初始碳价分别为$20/tCO₂和$50/tCO₂，增长率为1％，预计到2055年热带地区的累积缓解水平将达到61.7 GtCO₂和107.7 GtCO₂。但是由于本文的方法是假设这些初始价格会随着时间的推移而上涨，导致2055年的价格分别略低于$30/tCO₂和$75/tCO₂。

预计的林业部门缓解措施的分布。全球森林部门减缓的最大份额将来自热带地区，其中到2055年所有情景下全球减缓总量的72–82％将发生在热带地区（见图2）。在研究期间，热带地区避免的森林砍伐和造林/重新造林仍是减缓气候变化的主要来源，到2055年，热带地区减缓气候变化的82-86％占全球整体减缓气候的61-71％。

图2  通过缓解行动（避免的森林砍伐，森林管理，重新/造林和轮伐期的变化）预计的整个生物群落的年度缓解，初始碳价为$ 50 / tCO2且增长幅度为1％和3％由于避免森林砍伐的高水平减少了热带地区的木材供应，预计温带和北方地区的木材采伐量将开始增加。在较高的初始采伐水平之后，从二十世纪中叶开始重新种植以促进长期固碳，届时价格诱因预计会大大提高。随着时间的推移和更高的价格激励措施，总的缓解措施中有较大比例转移到了温带和北方生物群落的轮作和森林管理行动。本文发现缓解的时机对碳价格增长率的假设很敏感（表1和图2）。在温带和寒带生物群落中，减缓潜力主要由轮作和森林管理决定。与低增长情景相比，在高碳价增长情景下，模拟范围的前二十年累计减排量最多减少10％（表1）。但是，到2055年，高增长情景的净减排量将比低增长情景的净减排量高30％，这表明高碳价增长的影响不会持续到本世纪中叶。

表1  预计的平均每年林业部门的缓解和成本

缓解激励措施下森林面积的变化。在所有缓解价格情景下，总森林面积增加是由于相对于基准情景而言，森林砍伐减少和植树/再造林。在$35/tCO₂的情况下，到2035年，森林面积将增加327-360Mha。以$100/tCO₂的最高价格估算的情况下，到2035年，森林面积可能会增加584-631 Mha。

随着碳价上涨，包括人工林在内的额外森林面积所占比例有所下降，因为更高的价格情景更加强调了对现有森林的保护。但是，人工林在中国和美国扮演着重要角色，特别是在高缓解价格情景下。对于表1，预计到2055年，在中美两国以$100/tCO₂的碳价计算，人工林将构成额外森林面积的四分之一以上。缓解成本的比例由土地管理者承担。本文将私人土地管理者的缓解成本隔离开来，其中包括森林管理成本、采伐方式变化以及维持或增加森林覆盖率。到2055年，在所有情景下，土地管理者（包括个人、管理森林的社区和政府所有者）承担的减缓成本仍不到减缓总成本的四分之一（表1） 。在最低价格情景中，土地管理者会采取最低成本削减措施或“低挂果”，因此土地管理者的成本非常低甚至为负。在较高的碳价下，土地管理者投资于成本更高的缓解行动，因此土地管理者承担的总减排成本所占比例增加。 

图3  到2055年，在所有森林部门的减缓行动中，各国每年的预计温室气体减排量。

编辑：王明皓

排版：江琴

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