Estimation of eucalyptus forest plantations carbon sequestration potential in Uruguay with the CO2fix model

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507212249
Title: Estimation of eucalyptus forest plantations carbon sequestration potential in Uruguay with the CO2fix model
Alternative title: Arvio eukalyptus viljelysmetsien hiilinieluista ja päästöistä Uruguayssa CO2fix mallin avulla
Author: Juntheikki, Joni
Other contributor: Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, Metsätieteiden laitos
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Forest Sciences
Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten, Institutionen för skogsvetenskaper
Publisher: Helsingfors universitet
Date: 2014
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-201507212249
http://hdl.handle.net/10138/135575
Thesis level: master's thesis
Discipline: Skogsekonomi
Forest Economics
Metsäekonomia (liiketaloudellinen metsäekonomia)
Abstract: Purpose of this thesis is to estimate the carbon sequestration potential in eucalyptus plantations in Uruguay. This study also aims to show how beneficial these plantations are for carbon sinks. The aim of this research is calculate total carbon balance in eucalyptus plantations and compare the results to degraded lands. This study is first-of-its-kind study in Uruguay, but not unique globally. The objective was to use a modeling approach to formulate the results. The methodology of this study is based to the dynamic growth model (CO2fix V3.1). Model is developed to calculate and estimate forest carbon fluxes and stocks. In this study the model was utilized for estimating how much carbon is sequestered in eucalyptus plantations and soils. In this thesis the model was used to simulate eucalyptus forest plantations that stem from numerous studies and different data. Ad hoc Excel model was generated to form calculated results from the simulated data. A separate sensitivity analysis is also formulated to reveal a possible different outcome. The framework is based on a stand-level inventory data of forestry plantations provided by the Ministry of Uruguay (MGAP) and companies. Also multiple scientific reports and previous studies were used as guidelines for simulations and results. The forest stand, yield, soil and weather data used for this study are from three different departments. There are over 700 000 hectares of different species of eucalyptus plantations in Uruguay. The theoretical framework was tested computationally with eleven simulations. CO2fix was parameterized for fast-growing eucalyptus species used in different parts of Uruguay. The model gave outputs per hectare and then this result was scaled up to the national level. This study will also estimate how much grassland (Pampa) and former pasture land could sequester carbon. Situation prior to plantation is a baseline scenario and it is compared to the expected carbon sequestration of plantations. The model is also used to calculate the effect of changing rotation length on carbon stocks of forest ecosystem (forest vegetation and soil) and wood products. The results of this study show that currently the 707,674 hectares of eucalyptus plantations in Uruguay have the potential to sequester 65 million tonnes of carbon and reduce 238 million tonnes of CO2. The calculated carbon storage is 38 and simulated 25 million tonnes of C, products are deducted from the equation. During 22 years (1990–2012) the annual carbon sequestration benefit (afforestation-baseline) without products is 1 757 847 Mg C. The results suggest that it is reasonable to establish eucalyptus plantations on degraded, grassland (Pampa) and abandoned pasture land. The implications of the results are that eucalyptus plantations in Uruguay actually enhance carbon sequestration, are carbon sinks and store more carbon than grassland and abandoned pasture land. Plantations have a vast sequestration potential and are important in mitigating of CO2 emission and effects of the climate change. The findings endorse the significance of plantations to increase carbon sinks and this role will broaden in the future. The most relevant findings of this study are that afforestation increases the soil carbon in 10-year rotation plantations by 34% (101.1>75.6) and in 12-year rotation 38% (104.4>75.6 Mg Cha-1) in a 60-year simulation. The net (afforestation-baseline) average carbon stock benefit in the soil is 25.5 Mg C ha?1 in a 60-year simulation. The (CO2Fix) model indicate that the total average carbon sequestration for eucalyptus plantations is 92.3 Mg Cha?1. The average total carbon storage ranges from 25.8–138.5 Mg Cha?1 during a 60-year simulation. The simulations show that the net annual carbon storage in the living biomass is 29.1, 25.5 (soil) and 37.6 Mg C (products) on the average scenario. There is some fluctuation in the sequestration results in other 10 simulations. Previous studies have showed that the average carbon stock for eucalyptus plantations varies from 30–60 Mg C ha-1, when soil and products are deducted. The capacity of forest ecosystems to sequester carbon in the long run could be even more strengthened if a rotation length increases. Extending rotation from 10 to 12 years increased the average soil carbon stock from 25.5 to 28.8 Mg C (by 13%) in 60 year simulation. The results also indicate that mean annual precipitation (MAP) alters the carbon sinks of the forest ecosystem. There are some limitations in this study and they are clearly explained and analyzed. Hence, most of the results are estimations. Ministry and companies need to prolong planting of trees and even intensify annual programs in order to achieve carbon sequestration targets. Further research is needed to get an estimate of the total forest ecosystem carbon storages and fluxes.Opinnäytetyön tarkoituksena on arvioida hiilen sitomisen potentiaalia eukalyptusplantaaseilla Uruguayssa. Tutkimuksessa pyritään osoittamaan miten hyödyllisiä nämä metsät ovat hiilinieluina. Tämän tutkimuksen tavoitteena on laskea kaikkien eukalyptusplantaasien hiilitasapaino ja vertaa tuloksia ruohoalueisiin. Tämä tutkimus on ensimmäinen Uruguayssa toteutettu, mutta ei ainutlaatuinen maailmanlaajuisesti. Tulosten muodostamisessa käytetään mallintamista. Tutkimus menetelmät perustuvat dynaamisen kasvun malliin. CO2fix V3.1-malli on kehitetty laskemaan ja arvioimaan metsien hiilivirtoja ja -varastoja. Tässä tutkimuksessa mallia käytettiin arvioitaessa, kuinka paljon eukalyptusviljelmät ja maaperän sitovat hiiltä. Tässä kirjoitelmassa mallia käytettiin simuloimaan eukalyptusplantaaseja. Simulaatiot pohjautuvat lukuisiin tutkimuksiin ja erilaisiin tulostietoihin. Tulosten analysointia varten luotiin tarkoitusta varten sovellettu Excel-malli tarjoamaan enemmän tuloksia simuloiduista tiedoista. Erillinen herkkyysanalyysi on myös muotoiltu paljastamaan mahdollisia poikkeavia tuloksia. Teoreettinen viitekehys perustuu metsäplantaasien leimikkotason inventointitietoihin, jotka on hankittu Uruguayn ministeriöstä (MGAP) ja eri yrityksiltä. Useita tieteellisiä raportteja ja aiempia tutkimuksia on myös käytetty antamaan suuntaviivoja simulaatioille ja tuloksille. Tässä tutkimuksessa käytetyt metsän-, maaperän- sekä puun tuottavuuden tiedot ja sää informaatio ovat kolmesta eri maakunnasta. Teoreettinen viitekehys testattiin empiirisesti yhdentoista simulaation avulla. Uruguayssa on yhteensä yli 700 000 hehtaaria eri eukalyptuslajien viljelmiä. CO2fix parametrisoitiin näiden nopeasti kasvavien puille, joita on istutettu eri puolilla maata. Malli antaa arviota hehtaarille ja sitten tämä tulos yleistetään koko maan tasolle. Tutkimuksessa esitetään myös aluksi arvioita, kuinka paljon niityt (Pampa) ja entiset laidunmaat voivat sitoa hiiltä. Tilanne ennen metsää toimii vertailuna tuloksille. Lähtökohtaa verrataan plantaasien hiilen sidontaan. Mallia käytetään myös laskemaan metsän kiertoajan muutoksen vaikutukset metsäkekosysteemin (kasvillisuus ja maaperä) ja puutuotteiden hiilivarastoihin. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että 707 674 hehtaaria eukalyptusmetsää on mahdollista sitoa 65 miljoonaa tonnia hiiltä ja vähentää 238 miljoonaa tonnia hiilidioksidia (CO2) Uruguayssa. Hiilivarastot ovat yhteensä 38 miljoonaa tonnia hiiltä, kun puutuotteet on vähennetty tuloksista. Vuotuinen hyöty (metsä-lähtötilanne) hiilensidonnasta on 1 757 847 mg C. Tulokset viittaavat siihen, että eukalyptusmetsiä on järkevää perustaa taantuneille ruohoalueille, niityille (Pampa) ja hylätyille laidunmaille. Istutukset sitovat enemmän hiiltä kuin ruohoalueet ja parantavat maaperän hiilivarastoja. Tulokset osoittavat, että eukalyptusviljelmät Uruguayssa todella parantavat, vahvistavat ja lisäävät hiilensidontaa, kun maankäytön muotoa vaihdetaan. Tämän tutkimuksen olennaisimmat havainnot ovat, että metsitys lisää maaperän hiiltä 34 prosenttia (101.1 > 75.6) 10 vuoden kiertoajan aikana ja 12 vuoden aikana 38 % (104.4 > 75.6 Mg Cha-1) 60 vuoden simuloinnin aikana. Keskimääräinen maaperän nettohiilivarasto (metsä-lähtötilanne) on 25.5 mg C ha-1 vuodessa. CO2fix malli vahvisti, että keskimääräinen eukalyptusviljelmä sitoo vuoden aikana hiilidioksidia 92.3 mg Cha-1. Metsän keskimääräinen hiilivarasto vaihtelee välillä 25.8–138.5 mg Cha-1. Simulaatiot osoittavat, että elävän biomassan nettohiilivarasto on 29.1, maaperän 25.5 ja metsätuotteiden 37.6 mg C keskimääräisessä skenaariossa. 10 eri simulaation hiilensidontatuloksissa on olemassa jonkin verran vaihtelua. Metsäkekosysteemien hiilensidonnan kapasiteetti pitkällä aikavälillä voisi olla vieläkin parempi, jos metsän kiertoaikaa jatketaan. Metsän kasvattamisen jatkaminen 10 vuodesta 12-vuoteen lisää keskimääräisen maaperän hiilivarastoa 25.5 tonnista 28.8 tonniin (13 %) 60 vuoden simuloinnin aikana. Tulokset osoittavat myös, että keskimääräisen vuotuisen sademäärän vaihtelut muuttavat metsän ekosysteemien hiilinieluja. Tuloksista tehdyt päätelmä ovat, että eukalyptusviljelmät Uruguayssa ovat suuria hiilinieluja ja sitovat enemmän hiiltä kuin ruohoalueet, niityt tai hylätyt laidunmaat. Plantaasit tarjoavat valtavia hiilen varastointi mahdollisuuksia sekä ovat tärkeitä ilmastonmuutoksen torjunnassa ja CO2-päästöjen lieventäjiä. Tulokset tukevat plantaasien tärkeyttä hiilinieluja lisäämisessä ja tämä rooli tulee vielä laajeneman tulevaisuudessa. Tässä tutkimuksessa on joitakin rajoituksia. Ne eritellään, sekä esitetään selkeästi ja analysoidaan tarvittaessa. Muutamien rajoitusten takia useimmat tulokset ovat suuntaa-antavia arvioita. Ministeriöiden ja yritysten pitää jatkaa plantaasien kasvattamista ja jopa tehostettava vuotuisia puiden istutusohjelmia, jotta asetetut hiilivarastojen tavoitteet voidaan saavuttaa. Lisätutkimuksia tarvitaan, jotta saadaan aikaiseksi vielä kattavammat sekä tarkemmat laskelmat eukalyptusplantaasien hiilivarastoista ja -virroista.
Subject: CO2fix
Eucalyptus
Uruguay
forest plantations
forest simulation model
forest industry
subtropical forest
afforestation
CDM
Kyoto protocol
carbon accounting
carbon credits
climate change
greenhouse gases
GHG
soil organic carbon
SOC
mean annual precipitation
MAP
metsäteollisuus
subtrooppinen metsä
metsien uudistaminen
Kioton pöytäkirja
hiilen laskenta
hiilidioksidi
ilmastonmuutos
kasvihuonekaasut
maaperän orgaaninen hiili
keskimääräinen vuotuinen sademäärä
CO2fix
eukalyptus
Uruguay
metsäplantaasit
metsän simulointimalli
CDM


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Juntheikki.pdf 1.112Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record