《Resources, Conservation and Recycling》：Should forests be used? Consequential analysis of the utilization potential of Japan’s forests considering regional long-term carbon dynamics
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森林管理面临一个长期的权衡：保护森林碳储量与采伐木材以提供可能替代化石密集型替代品的材料和能源。本研究量化了日本人工林两种对比策略的时间依赖生命周期温室气体（LC-GHG）后果：（i）采伐与再造林（harvest-and-replant）和（ii）无采伐管理。
森林管理面临一个长期的权衡：保护森林碳储量与采伐木材以提供可能替代化石密集型替代品的材料和能源。本研究量化了日本人工林两种对比策略的时间依赖生命周期温室气体（LC-GHG）后果：（i）采伐与再造林（harvest-and-replant）和（ii）无采伐管理。研究人员进行了一项为期200年的后果生命周期评价（consequential LCA），并采用系统扩展方法，跟踪年度和累积LC-GHG排放。森林生长和采伐产出通过基于日本特定产量表模型进行模拟，木材被分配至两种利用途径：长寿命建筑产品（附带级联能源回收的残余物）和直接能源利用。研究人员评估了36种情景，结合森林策略、立地生产力（高/中/低）、利用途径以及三种典型去化石燃料化路径（Ambitious/Middle/BAU，参考SSP叙述）。对于建筑用途，采伐在第一轮伐期后变得对气候有利，在高生产力条件下，减排差距从t=50时的约0.14 kt-CO?eq/ha增加至t=200时的1.93 kt-CO?eq/ha。对于能源用途，采伐在短期内（t=50）可能增加排放，但随着时间的推移变得有利，到t=200时LC-GHG排放低达0.87 kt-CO?eq/ha。总体而言，气候效益高度依赖于时间范围、终端用途选择和立地生产力，而持续再造林是实现长期减排的先决条件。结果支持区域特定策略：在生产力高的立地优先材料利用，在短期政策视野下考虑更长轮伐期或保护于低生产力立地。
**研究背景与问题**
森林在应对气候变化中扮演双重角色：既是碳汇，也是可再生资源的来源。然而，森林管理面临核心矛盾：是保护森林碳储量，还是采伐木材以提供材料与能源来替代化石密集型产品？以往研究在森林利用与保护的权衡上存在不确定性，尤其是在碳平衡、生长-轮伐动态以及循环木材利用方面。日本森林覆盖率高（约67%），但面临木材需求下降、管理废弃等问题，导致森林碳汇能力逐年下降。现有研究缺乏针对日本特有森林条件和长期（多轮伐期）动态的后果生命周期评价（consequential LCA）。因此，本研究旨在通过200年时间维度的后果分析，量化采伐与再造林策略相对于无采伐策略的生命周期温室气体（LC-GHG）后果，并探讨不同利用途径、立地生产力及社会去化石燃料化（defossilization）路径的影响。论文发表在《Resources, Conservation and Recycling》。
**研究内容与结论**
研究人员针对日本柳杉（Cryptomeria japonica）人工林，设定了采伐与再造林（harvest-and-replant）和无采伐（no-harvest）两种策略，考虑高、中、低三种立地生产力等级，以及两种木材利用途径（长寿命建筑产品附带级联能源回收、直接能源利用），并结合三种社会去化石燃料化路径（Ambitious/Middle/BAU），共构建36种情景。采用200年后果生命周期评价（consequential LCA）和系统扩展方法，追踪年度与累积LC-GHG排放。森林生长与采伐量通过基于日本本地产量表模型（LYCS）进行模拟。结论表明：在建筑利用途径下，采伐策略在第一轮伐期后变得气候有利，高生产力条件下累积减排差异从t=50时的0.14 kt-CO?eq/ha增至t=200时的1.93 kt-CO?eq/ha。在能源利用途径下，采伐在短期内（t=50）可能增加排放，但随时间推移转为有利，到t=200时达到0.87 kt-CO?eq/ha的低排放。总体而言，气候效益高度依赖时间范围、终端用途和立地生产力，持续再造林是实现长期减排的前提。研究支持区域特定策略：高生产力立地优先材料利用，低生产力立地在短期政策视野下考虑更长轮伐期或保护。意义在于为日本森林管理提供量化依据，指导资源利用与气候目标的协调。
**关键技术方法概述**（不超过250字）
研究采用的核心技术方法包括：（1）后果生命周期评价（consequential LCA）与系统扩展，确保功能等价性（1 ha柳杉人工林，200年）；（2）基于日本本地产量表构建系统（LYCS）模拟树木生长与采伐量，并采用指数近似外推无采伐案例至200年；（3）设定36种情景，组合两种森林策略（采伐与再造林vs.无采伐）、三种立地生产力（高/中/低）、两种利用途径（建筑级联能源回收vs.直接能源）以及三种去化石燃料化路径（Ambitious/Middle/BAU，参考SSP叙述）；（4）采用一阶衰减函数模拟残留物分解，半衰期设为树干/根10年、枝条/叶2年；（5）背景数据来源于AIST-IDEA数据库，使用100年全球变暖潜能值（GWP100）将温室气体排放转化为CO?当量。样本队列来源为日本高知县（Kochi Prefecture）的柳杉人工林，并扩展至鹿儿岛县（Kagoshima Prefecture）进行敏感性分析。
**研究结果**
（1）年度LC-GHG排放（Annual LC-GHG emissions）：通过比较代表情景发现，采伐策略（Har-h-*）中，主伐年份出现最大排放峰（来自木材加工和残留物焚烧），而再造林确保持续碳吸收。无采伐策略（NHar-h-*）中，森林成熟后净吸收下降，替代产品带来排放，且排放受社会去化石燃料化路径影响更大。
（2）累积碳动态（Accumulated carbon dynamics）：采伐策略下，累积排放随45年轮伐周期周期性波动，但整体碳平衡相对稳定（再造林吸收补偿）。无采伐策略下，累积排放随时间倾斜增加（替代产品排放大于森林吸收），尤其在非木替代品（RC混凝土、电网能源）使用下。
（3）累积产品产量与碳动态总结（Accumulated product production with summarized carbon dynamics）：采伐策略持续产出木材产品，建筑途径中木材衍生能源输出相当于纯能源途径的49.5%。无采伐策略无森林产品产出，总产量显著降低。立地生产力越高，森林资源产出越大。
（4）敏感性分析（Sensitivity analysis）：区域差异（高知县vs.鹿儿岛县）对采伐策略碳动态影响小（碳通量平衡），但无采伐策略受森林吸收能力影响（鹿儿岛因生长快，总体排放更低）。轮伐期长度（35年、45年、80年）对温室气体平衡影响不显著，但长轮伐期使稳态排放更偏向负值（碳累积）。若所有木材用于胶合板，碳动态与基准情景几乎无差异。主要建议：高生产力立地采用45–80年轮伐并严格再造林，优先建筑用途；低生产力立地推荐更长轮伐期或保护，辅以残余物能源利用。
**讨论总结**
讨论部分强调了再造林率的关键作用：当前日本平均再造林率仅0.37（2018–2020），在此条件下，无采伐策略的温室气体排放总体低于采伐策略（除Har-h-Con-BAU外），表明持续再造林是采伐策略实现低碳效益的前提。研究还对森林管理提出启示：采伐策略能持续产出建材和能源，且其温室气体排放对去化石燃料化路径不敏感，而无采伐策略则高度敏感；立地生产力高低决定采伐与无采伐的减排优劣；分析期长短影响判断（短期（如40年）两者差异小，长期（100–200年）采伐策略更有利）。局限性包括未考虑自然灾害、碳吸收模型不确定性（假设老林100年后停止吸收）、木材芯片利用简化为能源用途（实际有纸浆、化学品等新兴用途），以及仅采用GWP100指标与200年分析期不匹配。总体而言，结果支持主动管理森林并持续再造林，以实现温室气体减排。
**研究结论翻译**
本研究评估了采伐与无采伐场景下200年轮伐周期内的长期碳平衡动态，采用适应日本不同森林条件的现有森林生长模型。碳动态与敏感性分析得出以下结论：采伐场景可以产生温室气体排放等于或低于无采伐场景的产品和服务，具体取决于立地生产力和社会去化石燃料化路径。高质量立地因森林CO?吸收和生产力显著而更有利于采伐场景。相反，在雄心勃勃的去化石燃料化条件下，中低质量立地在采伐场景中显示更高的温室气体排放。因此，通过采伐实现有效温室气体减排需要高立地生产力、持续的采伐和再造林实践，并仔细考虑采伐木制品在市场上的储存时间。研究强调了分析期在理解碳动态中的重要性。虽然无采伐场景提供有效的短期碳封存，但替代森林产品会产生间接温室气体排放。一旦成熟森林的碳储存能力饱和，采伐便变得有利。然而，实现2050年碳中和等短期政策目标可能更倾向无采伐策略或更长的轮伐期，这凸显了森林管理与全球气候目标对齐的必要性。制造建筑材料在所有场景中始终展现最大的温室气体减排潜力，这是由于采伐木制品中的碳储存以及替代非森林资源的高碳强度。准确评估需要至少200年的延长分析期。最后，森林是全球气候缓解的关键地方性资源。有效整合森林利用与灾害管理、区域产业共生和社会经济因素，是制定定制化、可持续森林管理策略的关键。
