The impact of increasing spruce plantation area on the carbon balance of forests in Western Norway

Skogtiltak inngår blant flere sentralt tiltak for å redusere de globale klimaendringene. I Norge omfatter dette treplanting og tresslagsskifte, der formålet er både å øke det årlige opptaket av CO2, og å øke den langsiktige lagringen av karbon (C) i skogen. Tiltaket inkluderer forslag om å erstatte stedegne lauvtrær med rasktvoksende norsk gran som har et større potensiale til å binde C. Formålet med BalanC prosjektet har vært å beregne mer fullstendige karbonbudsjett knyttet til treslagsskifte ved hjelp av studier i parallelle bestand av plantet gran og naturlig forynget bjørk på fire lokaliteter i Sogn og Fjordane og Møre og Romsdal. Arbeidet omfattet 1) kvantifisering av C lagre og endringer i trær, bunnvegetasjon og jord, beregning av albedo og effekter ved bruk av treprodukter istedenfor mer karbon-intensive produkter, og 2) dybdestudier av endringer i jordprosesser, artssammensetningen av mikroflora/fauna og artsgrupper av bunnvegetasjon. Resultatene fra de parallelle bestandene av bjørk og gran viste en betydelig økning av karbonlageret i biomassen i granbestandene sammenliknet med bjørk, mens biomassen i bunnvegetasjonen var høyere i bjørkebestandene sammenliknet med gran. Det ble ikke funnet noen forskjeller i lagre av død ved eller i C lageret i jord ned til 30 cm jorddybde. Vi fant en netto C-akkumulering i bestandene av gran i forhold til bjørk 45 – 60 år etter treslagsskiftet. Netto karbonfangst i skogøkosystemet var mellom 49 og 97 ton C ha-1 på tre av lokalitetene når C-gjelden fra opprinnelige bjørkebestand ble inkludert, mens vi fant et netto C-tap på 69 ton C ha-1 fra det 45-årige bestandet på Stranda. Netto karbonfangst var delvis knyttet til bestandenes alder. Basert på sammenliknbare bestand fra Landsskogstakseringen viste modellestimater en betydelig økt klimagevinst av en forlenget rotasjonsperiode i referanseårene 2050 og 2100. Simulering av hogst med påfølgende planting av gran viste på den andre siden en betydelig negativ klimaeffekt ved bruk av forlenget rotasjon som referanseverdi. Den negative klimaeffekten skyldes i hovedsak forskjeller i C-lagre i stående biomasse, kombinert med tap av C fra hogstavfall og potensielt tap av C fra jorda etter hogst. Mens endringer i albedo resulterte i en negativ klimaeffekt som følge av treslagsskifte, gav endringer albedo etter hogst en positiv klimaeffekt både i 2050 og 2100. Endringene i albedo var imidlertid lave sammenliknet med akkumulering og tap av C fra biomassen ved henholdsvis forlenget rotasjon og hogst. Bruk av tømmeret basert på SSB statistikk over andel spesialtømmer, skurtømmer og massevirke av gran på Vestlandet antydet en fortsatt betydelig negativ klimaeffekt av hogst. Den endelige klimaeffekten knyttet til substitusjon synes å være bestemt av valg av substitusjonsprodukt. Vi fant en stor variasjon i den teoretiske substitusjonseffekten mellom ulike produktpar av tre og «ikke-tre» med samme funksjonalitet, der krysslaminerte bjelker av gran som erstattet stålbjelker viste den høyeste substitusjonseffekten av de fire valgte produktparene. Klimagevinsten var i hovedsak knyttet til avverget utslipp fra «ikke-tre-produktene». Ellers var transport av tømmer den enkeltfaktoren som hadde størst betydning for CO2 utslipp fra planting frem til levering av tømmer ved fabrikk. Treslagsskifte ble funnet å påvirke C-dynamikk og sårbarheten med hensyn til langtidslagring av C i jorda. Vi fant en negativ sammenheng mellom C-lageret i mineraljorda og C-lageret i grantrærnes biomasse, og en økt lagring av C i humussjiktet under gran muligens knyttet til en økning i soppbiomassen. På grunn av ulike stabiliseringsmekanismer i humus og mineraljordsjikt forventes en redusert stabilitet i det økte C-lageret i humussjikt under gran ved klimaendring og forstyrrelser. Endringer i sammensetningen og stabiliteten av humussjiktet og mineraljords ble evaluert gjennom studier av mineralisering, fotoakustisk spektroskopi og termiske analyser. Treslagsskifte resulterte i større grad i kvalitative endringer i det organiske materialet enn kvantitative endringer i C-lagrene. For artsgrupper av bunnvegetasjonen var den gjennomsnittlige dekning av urter, bregner og gressarter samt ligninrike planter signifikant lavere i gran. I øvre jordsjikt var % N, utbyttbar Mg og basemetning lavere, og utbyttbar aciditet høyere under gran relativt til bjørk. Endringer i bunnvegetasjon og jordkjemi påvirket igjen de mikrobielle samfunnene i jorda, der treslagsskiftet ble funnet å ha en negativ virkning på artsrikdommen både av bakterier og sopp og medførte en tydelig endring i sammensetningen av sopp- og bakteriesamfunnene. Treslagsskifte ble ellers funnet å påvirke både taxonomiske og funksjonelle kategorier av mikrofauna som inngår i ulike næringskjeder i jorda. Fremtidige beslutninger om treslagsskifte og videre bruk av granbestand bør inkludere hensyn til langsiktig lagring av C og biodiversitet, samt risikofaktorer knyttet til klimaendring.

Prosjektet samlet forskere fra fagområdene jordfag, skogbruk, skogøkologi, mikrobiell økologi, klimavitenskap og industriell økologi fra ulike institusjoner nasjonal og internasjonalt, og har derigjennom bidratt til økt tverrfaglige samarbeid og kunnskap. Prosjektets fokus har strukket seg fra mikrobielle samfunn via jordprosesser, jordkjemi og bunnvegetasjonsgrupper til kvantifisering av C-lagre og C-akkumuleringen i skogøkosystemet på bestandsnivå, effekt av albedo, og livssyklusanalyser av tømmer brukt for å erstatte mer karbonintensive produkter. Resultater er formidlet gjennom prosjektperioden i form av omfattende foredragsvirksomhet, med skogforvaltningen og skognæringen som de viktigste målgruppene, samt gjennom presentasjoner på internasjonale konferanser og publisering i internasjonale fagfellevurderte tidsskrift. Prosjektet har ellers utviklet metode for termisk analyse i jord, samt forbedret modellestimater for albedo på Vestlandet. Potensielle effekter av prosjektet er knyttet til både tiltak for å redusere de globale klimaendringene, og effekter av skogtiltak på biologisk mangfold: I følge IPPC kreves presserende handling for å begrense den globale oppvarmingen til 1,5°C. For å stabilisere den globale temperaturen må netto utslipp av CO2 reduseres til null. Skog er regnet som å være klimanøytral ved slutten av en rotasjonsperiode. I lys av IPCC sine referanseår for å begrense globale klimagassutslipp (2030, 2050, og 2100), er det også viktig å evaluere endringer i opptak og utslipp fra skog for disse referanseårene. På Vestlandet er hogst av plantet gran vanlig ved bestandsaldre 45- 60 år. Prosjektets resultater antyder at en forlenget rotasjonsperiode kan medføre i en betydelig klimagevinst, mens hogst av plantet gran etter treslagsskifte kan til sammenlikning medføre betydelige CO2 utslipp både i 2050 og 2100. Resultatene kan bidra i vurderinger av skjøtselstiltak og økonomisk kompensasjon ved klimaskogbruk for å redusere utslipp av CO2 knyttet til hogst. Prosjektets resultater er også aktuelt for spørsmålet om hvorvidt avvirkning av plantede granbestander på Vestlandet kan gi økte risiko for ulike former for skred. Resultater fra prosjektet kan eller bidra til økt bevissthet rundt bruk av klimavennlige treprodukter og substitusjon, og illustrerer et behov for virkemidler som sikrer at tilgang på ‘mer’ treprodukter fører til at disse blir brukt istedenfor, ikke i tillegg til, bruk av eksisterende karbonintensive produkter. Prosjektets resultater har fått økt aktualitet etter ratifiseringen av FN’s Naturavtale om naturmangfold og biodiversitet i 2022. Prosjektet har bidratt til ny kunnskap om mikrobielle samfunn og artsrikdom i skogøkosystem på Vestlandet, samt effekter av treslagsskifte på endringer i mikrobielle samfunn, artsgrupper av bunnvegetasjon og jordkjemi, og sammenhenger mellom disse. Potensielt kan kunnskapen inngå i videre evaluering av endret valg av treslag ved treslagsskifte og planting på Vestlandet.

To mitigate climate change in Norway, tree species change has been proposed as a government policy to increase the annual uptake of CO2 and long-term storage of carbon (C) in forests. This strategy relies mainly on the potential of fast-growing species like Norway spruce to rapidly produce biomass and sequester C as opposed to native, deciduous species like birch. However, crucial parts of the overall C-sequestration potential of forestation have been ignored due to the lack of available information and assessment complexity, resulting in an incomplete picture of the C balance of this measure. These parts include soil C, albedo, and emission connected to wood-product life-cycles, all expected to change considerably with tree species. Forests in western Norway host some of the largest soil C pools in Scandinavia, and are roughly estimated to store more than 3 times the C stock found in biomass. Moreover, compared to boreal forests of the cooler and flatter regions of eastern Norway, little is known empirically surrounding the albedo dynamics in coastal forest ecosystems of western Norway. A major goal of the tree species change policy is to promote the transition to a bioeconomy by the enhanced use of tree biomass for bioenergy, materials, etc.; however, the fate of C in the wood-product chain has not been accounted for along with the rest of the C-pools and flows in contrasting forest ecosystems. The BalanC project aims at providing a complete C budget of the effect of tree species change that comprises static (C stocks in biomass and soils) and dynamic parts (C-processes, albedo and wood product chain) of C in the C-rich forests of western Norway where large tree species changes are planned. By investigating these multiple dimensions and their responses to tree species change, we intend to provide the knowledge base required for a complete and solid assessment of the overall effect of the proposed policy on C-sequestration and climate change mitigation in Norway.