向木构城市转型带来的土地利用变化与碳排放
传统的建筑材料（水泥、钢铁等）在生产过程中会产生大量的碳排放，在2020年，传统建筑的原材料生产贡献了全球碳排放的10%。因此，人们正在努力寻求更加低碳环保的新型建筑以减缓气候变化。用于建筑行业的工程木材（engineered wood）能够有助减少传统建筑材料带来的排放。木材属于可再生能源，拥有相对较低的碳足迹。而且在木材中储存了通过光合作用从大气中吸收的CO2，作为建筑材料将能够成为长期碳汇。
木构城市（Timber City）是指以木材为主要建材的未来新型城市建筑群。Timber City这一项研究计划由格雷奥甘斯基建筑事务所（Gray Organschi Architecture ）提出（http://www.timbercity.org），并得到了耶鲁大学可持续发展研究基金的支持。
木材来源于人工种植林，天然的原始林或次生林。高生产力的人工林能够提高木材生产力，缓解天然林的压力，但是未来木构建筑对于木材的需求需要开发更多的人工林和天然林，然而，建立新的种植区会改变原有土地利用类型，同时会对被替代的自然生态系统的生物多样性产生负面影响。因此，将何处作为建设木构城市的资源地十分关键。
Abhijeet Mishra与 Florian Humpen?der第一次从全球尺度上分析了未来建造大规模木构城市建筑群对土地利用、土地利用碳排放以及木材产品（harvested wood products, HWP）长期碳储量的影响，以2020年后由于城市人口增加所引起的木构建筑木材需求量变化为研究对象，设置了四个不同情景：照常情景（假设没有任何新建木构建筑），以及假设10%，50%或90%的新增城市人口将居住在木构建筑中。他们利用全球多区域开源土地系统模型（MAgPIE）来模拟全球尺度在2020-2100年土地利用类型的变化，并按照SSP（Shared Socioeconomic Pathways）情景模拟全球发展中地区城市人口的增长。
结果发现，到2100年，世界人工林种植区域面积将在BAU情景下达到276 Mha，其余三个情境下将分别达到291 Mha，360 Mha，425 Mha，而MAgPIE模型所模拟出的2020年全球森林种植面积约为137 Mha。从结果对比可以看出，即使在BAU情景下，全球的森林种植面积仍然需要增长一倍。如果要建设更加木构化的城市（90%的新增城市人口居住在木构建筑中），需要将森林种植面积扩大到原来的3倍左右。Supplementary figure 15展示了不同的木材需求下全球不同区域森林种植面积的可能变化。
在所有情景下，农田和森林种植面积的扩张是以不受保护的天然林地等土地面积的减少为代价的，在一些城市人口增加较快的国家（例如撒哈拉沙漠以南的非洲地区）土地利用变化程度更加剧烈。但是在将天然林地或是非林地的天然植被转化成农田时，需要注意不能违背土地保护及生物多样性保护的原则。
情景分析发现，对木材产品需求量越大，反而能够产生更低的土地利用相关碳排放。这种减排效益主要得益于植被再生率升高带来的生态系统碳吸收量的增长。因此，尽管在对木材产品需求高的情景下土地利用变化剧烈，但同时带来了更大的减排效益。
考虑到生产加工过程的碳排放，在4种情景下，分别对于以建筑木材（engineered wood for construction），传统建筑材料（水泥和钢铁），以及建筑木材与传统建材结合的新城市建筑的建设碳排放进行对比。结果发现如果未来新增城市建筑中木构建筑占比为0或10%，以传统建筑材料或二者结合的方式建造新建筑都将产生远高于高比例木构建筑的碳排放。
综合土地利用和建材碳排放情况来看，高木构建筑占比下未来城市建筑的总累积碳排放更低，得益于更低的土地利用碳排放以及建材加工生产碳排放。并且从长远来看，工程木材构造的建筑物的长期储碳能力相较于其生产碳排放要高出许多倍，使得木构建筑可以作为一个净碳汇而不是碳源。
因此，大规模向木构城市转型可能是应对气候变化的可行方案。尽管在高度工程化的木材需求情景中造林所需的土地扩张可能会对生物多样性产生负面效应，但它的影响小于 BECCS（生物质能-碳捕集与封存，Bio-Energy with Carbon Capture and Storage） 情景或传统农业扩张。通过将保护区排除在木材使用范围之外，可以在一定程度上解决负面问题，助力陆上生活可持续发展目标（SDG 15）。有效的森林管理以及木材加工技术进步和生产能力的提高有助于积极向木构城市的转型，同时减少向天然林或其他植被的扩张。
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