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工業革命以來,以煤炭、石油、天然氣為代表的化石能源成為當今世界各國發展經濟和進行工業生產活動的主要能源。2006年全球消耗的能源中,化石能源所占比例高達87.9%,我國的比例則高達93.8%,其中煤炭占主要地位。分析2010年一次能源結構,其中煤炭生產和消費比例分別達到76.5%和68.0%。石油和天然氣消費的比例也從2005年的3.27%和0.47%提高到了2010年的4.28%和0.98%占世界比例達10%和3.4%。隨著人類的不斷開采,化石能源枯竭是不可避免的,大,部分化石能源21世紀將被開采殆盡。另外,大量化石能源的消耗帶來CO2排放量的增加,打破了自然界正常的碳循環過程,或者說打破了正常的碳交換平衡,致使大氣中CO2的增加速度和增加數量大大超過了海洋碳庫和陸地生態碳庫可以吸收的速度和數量,從而引起溫室效應,對生態環境造成嚴重破壞。德班世界氣候大會期間,一些媒體報道了英國梅普爾克羅夫特公司(Maplecroftcom-pany,世界上著名的風險評估公司之一)公布的溫室氣體排放量數據,并以此為依據對全球近幾年排放CO2最多的國家進行了排名,其中5個國家的CO2排放量占全球CO2排放量的一半還多。從我國的人均排放量來看,雖然不是排名前列,但是總量達到了60億t,位居世界各國之首。
2007年,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)公布的第四次評估報告結果顯示[1]:自1750年以來,全球大氣溫室氣體(GHG)濃度顯著增加,二氧化碳(CO2)濃度從工業革命前的280ppm上升到2005年的379ppm,以目前的增長速度計算,到2050年大氣中CO2的濃度將達到550ppm,將為工業革命前的2倍;化石燃料燃燒釋放的CO2從20世紀90年代的6.4GtC/a上升到2000-2005年的7.2GtC/a;20世紀90年代估計土地利用變化導致的CO2排放是1.6GtC/a,全球CO2濃度的增加主要是由化石燃料使用和土地利用變化(主要是毀林)引起的。
森林是陸地生態系統的主體,對維持陸地生態平衡起著十分重要的作用。樹木是森林系統的主要生物質,可以通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳,釋放出氧氣。有數據記載,樹木每產生1t木材,就要吸收1.6t二氧化碳,釋放1.1t氧氣,可以固定0.5t的碳[2]。國際上對于森林碳素儲存能力(碳匯)問題的研究始于20世紀60年代中后期,對森林碳匯研究主要集中在以下內容:森林參與大氣碳循環的方式、森林碳匯對大氣的凈化作用、森林吸收CO2量的計算模型、不同的森林類型吸收CO2的差異等。而對于木材的碳素儲存能力和木材保護處理對碳素儲量的變化、生物質復合材料的碳素儲存、不同建筑結構住宅的固碳量、提升和發揮木質材料碳匯功能的途徑等方面提及較少。
樹木在自然界中發揮著固定二氧化碳、供給氧氣、保持水土、利于健康等多種重要功能。通過光合作用可以使木材吸收的CO2以有機物的形式儲存于生命體內,固定在木材的各個部分,而木材(木質部)是木材全部生物量中碳素儲存最多的寄存體。構成木材的元素主要有C、H、O三種,三種元素各自所占比例約為C50%、O42.6%、H6.4%。可見,在木材中碳素儲量最多,可以說木材(樹木)是陸地生物最大的碳素儲存庫。森林和樹木具有吸收二氧化碳和固定碳素的重大功能和減少二氧化碳排放、減緩溫室效應的獨特作用,并以此減少生態災難,保障人類的生態安全。樹木生產中吸收的CO2以木材的形式予以固定和儲存,木材是林木生物量中儲存碳素量最大的生物質。所以,科學保護和科學利用木材,對減少二氧化碳的排放和減緩溫室效應具有十分重要的意義。
除木材外,我國每年收獲的農作物秸稈約在7億t左右,也是陸地植物體中儲存碳素最多的物質之一。以前對這類生物質材料的工業利用率很低,絕大部分被丟棄或焚燒,燃燒時所釋放的煙霧嚴重危害環境,甚至妨礙航空安全。因此,要將木材的科學保護和利用擴展到農作物、廢棄物等全部的生物質材料。木材也是良好的建筑材料之一,世界上一些發達國家和木材資源豐厚的地區,很注重采用木結構形式建造住宅和公共、公益性場所。木結構房屋和木質家具使人居空間的木材擁有量增加,木材和木質材料具有獨特的環境學屬性,除長久固定碳素、凈化空氣外,還具有調節建筑室內物理環境的功能,從而提高人居舒適程度。
0.1 全球氣候變化概述
全球氣候問題從工業革命以來逐漸成為全球環境問題的焦點,氣候變化及其所帶來的不利于人類和自然生態系統可持續發展的一系列問題,使得氣候變化問題被國際社會列為全球十大環境問題之首,并成為國際社會普遍關注的熱點話題。目前國際社會不斷通過政府間氣候變化相關組織進行溝通以協調各國應對氣候變化的辦法及確立各國的責任和義務,推動并提高氣候變化的全球參與度和關注度,為緩解全球氣候變化形成了組織基礎。全球氣候變化的因素有很多,范圍較為廣泛,既有歷史因素,又有人文因素,既有經濟因素,又有社會因素。此外,全球氣候變化對于現代人類社會在經濟、社會、環境,甚至政治方面影響巨大,并不僅僅是單一的環境或者氣象學和生態學問題。在經濟方面,氣候變化衍生的全球變暖、碳排放和碳匯問題關乎一個國家和地區的經濟發展規模、發展速度和今后的發展方式。應對全球氣候變化從某種意義上來說也是國家之間政治的角力,是發展中國家和發達國家對于自然資源價值在碳排放空間的爭奪和重新分配。在應對全球氣候變化過程中所衍生的對于新型能源的開發和利用反映了各國對于可持續發展的愿望,另外也刺激了各國利用新技術新方法開發新型能源的積極性。可以說以核能、太陽能、風能、生物質能等為代表的新型能源的利用程度和開發程度是將來各國綜合國力提升和競爭的能源基礎,是解決和應對全球氣候變化的有效途徑。新型能源成為全球主流能源還有很長的路要走,在此之前,如何合理利用和保護現有全球陸地生態系統,提高森林的碳庫作用,優化樹木的配比結構,延續木材的固碳能力是在全球氣候變化對人類生存環境提出嚴峻考驗的情況下最為基本和有效的措施。
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