2021WLA研究类优异奖作品分享：生物炭与林业-碳的负循环 | Needle项目分享Vol.04
前期准备
WLA的student competition没有规定题目，也没有限制concept和场地，这样开放式的比赛往往更加看重项目立意、创新性以及完成度，所以更适合用studio的project参赛。因此我选择了我花了几个月时间打磨出的一个research项目：BIOCHAR-FORESTRY CARBON NEGATIVE CYCLE。
此项目的骨架是我在Cornell MLA program第二年fall semester的studio做成的。Professor Jamie Vanucchi 在2020 fall带领我们参加了” Green New Deal Super Studio” ，这个super studio面向全美的景观、建筑以及城设program，探讨2016年美国颁布的New Landscape Declaration和 2019年颁布的绿色新政的框架如何转化为实际项目，以及这些项目应该优先在哪里进行，它们将是什么样子，它们将为谁服务，以及它们将如何推出。
拿到题目后，我研读了New Landscape Declaration和Green New Deal，并将这些文件的gesture翻译为积极寻求应对climate change的手段、呼吁弹性设计和社会公平、提供绿色工作岗位。同时我也在思考作为景观设计师/建筑师/规划师，应该在这样的大环境下扮演什么样的角色，我们的思考方式&设计理念及手段应该发生怎样的转变。因此这个project从宏观上来讲，是我个人对设计师应该如何响应创新和落实政策的理解。
下图的timeline旨在说明政策和重大历史事件是如何影响纽约州的森林演变进程的，以及在新trend的带领下，森林将面临什么样的转变。
项目介绍
我选择了森林来作为切入点，因为森林是陆地上巨大的carbon sink，可以absorb & store carbon。在森林生态系统中，乔木作为主体的生物群落，是绝佳的固碳的媒介，它们可以吸收空气中的二氧化碳，通过光合作用将二氧化碳转化为有机物存储在体内or固定在土壤中。除了乔木，灌木和草本植被也有同样功能。因此运作良好的森林系统可以有效降低大气中二氧化碳的浓度，从而减缓气候变暖。除此之外，森林还兼备sustain biodiversity、protect & provide resources、social values等其他价值。因此，促进森林健康、修复受损林地以及扩大森林覆盖面积是有力的呼应前文两个policies的策略。
Professor在我brainstorm的过程中建议我查找biochar的相关资料，这个提议蛮醍醐灌顶。所谓biochar，就是一种charcoal-like substance，是通过燃烧农业和林业废弃物中的有机材料(biomass)，通过一个被称为pyrolysis的受控过程制成的。在pyrolysis过程中，有机物如木屑、落叶或枯死的植物，在一个氧气含量很低的容器中燃烧。当这些材料燃烧时几乎不会释放二氧化碳or有污染的烟雾。Biochar是一种稳定的碳形式，不会轻易进入大气。在热解过程中产生的能量或热量也可以被捕获并作为清洁能源使用。根据现有资料，将biochar apply to soil之后，biochar会优化土壤结构，增加土壤肥沃程度和储水能力，增加土壤中的微生物活性，以及减少greenhouse gases从土壤中的泄露等。有趣的是，森林可以生产出大量biomass用作biochar的生产原料，either用portable的kiln，or送到biochar factories生产。Biochar之后又可以被用回到需要修复的森林土壤，增加森林的carbon performance。这样，一个闭环就形成了。
做research无法避免大量阅读文献，大量信息涌入难免会使思维变杂乱。我个人喜欢用思维导图来梳理逻辑。下图是我整理出森林的生态、社会价值；Biochar的生产过程以及end-use；和forest and biochar connection，这也是我propose的BIOCHAR-FORESTRY CARBON NEGATIVE CYCLE的基础。
因为这个cycle很宏观，是一个holistic system，所以我决定先large scale入手。由于我身处纽约州，对周边环境有基本了解，所以选择先去评估整个纽约州的森林状况，再去选择问题突出的area建立experimental forest plot去评测我propose的cycle的可行性。
下图是我整理出的可以用作experimental forest的场地以及可以在cycle里可以被include的stakeholder以及human actors。两个mind-map一起支撑了BIOCHAR-FORESTRY CARBON NEGATIVE CYCLE的提出。
上图的mapping展现了纽约州森林正面临的问题：如早期和晚期forest stage减少、某些植被物种种的疾病、部分森林区域野火频发or山体滑坡灾害频发等。这些都与森林健康、功能完整性和carbon performance密切相关。另一方面，纽约州有很多锯木厂，它们可以轻而易举地被改造成成同时生产biochar的工厂，因此在这些sawmill 的基础上发展biochar市场有很大潜力。如果再结合可持续的森林管理模式，存在问题的森林的functioning以及carbon performance都会有显著改善。
我选择了两个矛盾冲突较激烈、现存问题较严重的森林片区作为实践cycle的experimental forest的地点: Long Island Pine Bar-rens & Private Timberland in Washington County.
下面两张是两个experimental forest的analysis和succession strategy。两个不同scale的section、mapping以及每一个树种的carbon performance的计算，都是为了评估风险和发现机会。Succession strategy是在BIOCHAR-FORESTRY CARBON NEGATIVE CYCLE的条件之下，实验林地变化的推演。每个阶段林地的修复状态、植被种类、年吸收碳的水平、以及可被囊括进的human actor都有所体现。
Long Island Pine Barrens
Long Island Pine Barrens位于长岛含水层之上，蕴藏着大量值得保存和保护的重要自然和文化资源，保护着居民的饮用水质量。但其内有很多废弃的砂矿，废弃砂土采矿区由于对土壤结构、土壤微生物和植物种类的破坏性干扰而不能自行reforest。
同时Long Island Pine Barrens景观独特，因为高度易燃植被的存在，积累的干燥森林凋落物，和干燥的土壤条件具有高火灾频率。
更重要的是，松树受松甲虫感染的风险很高。对自然火灾干扰的抑制和森林管理的缺乏，导致许多松树荒地变得拥挤不堪，树木变得脆弱，这降低了松树抵御甲虫的能力。如果不保持和恢复松林生态系统的自然过程，自然群落面积的净损失将逐年增加。
通过succession strategy的应用，experimental forest恢复pine barrens的能力和carbon performance的水平变化都可以被测试出。（见上图）
Private Timberland in Washington County
Washington County, NY百分之百的林地为私人所有。因此，土地所有者对其林地所作的决定和选择，以及林务人员、木材采收者、游憩者和其他森林使用者所作的决定和选择，将极大地影响和改变资源。然而，许多森林都是single species，even-aged的，并且在实施着clear-cutting，这显然能说明森林所有者和管理人员进行sustainable management的能力有限。
此外，Washington County具有较高的滑坡风险。土壤性质、地形位置和坡度等自然变量以及历史滑坡事件将有助于确定滑坡活动的总体风险。在过去的20年里，Washington County发生了几次山体滑坡，最有可能的原因是伐木或森林覆盖的破坏。在这种情况下，诸如过度全伐采伐等unsustainable的采伐方式将没有任何好处。
许多研究表明，multi-species，uneven-aged forest stand比single species，even-aged forest stand具有更好的碳固存和储存能力。因此，在森林所有者中培养一种long-term stewardship的标准，并在所有者和消费者的群体中补充一些技术知识，对改进working forest的performance至关重要。通过succession strategy的应用，experimental forest将single species, even-aged forest stands转换为uneven-aged, multi-species forest stand的过程和每阶段carbon performance的水平变化都可以被测试出。（见上图）
