将不合理的体积密度值赋予添加了生物炭的土壤，会扭曲土壤碳封存量的估算结果

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Imputing unjustified bulk density values to soils with biochar addition biases soil carbon sequestration estimates

Yang等人的研究指出，在估算土壤有机碳密度（SOCD）时，因未正确考虑生物炭应用对土壤 bulk density（BD）的影响，导致BD值高估。修正公式表明，BD的混合值（BDmix）应基于土壤和生物炭的BD及质量比计算，原分析中未考虑此，导致SOCD及气候效益被高估。

　　

杨等人分析了一个全球数据集，其中包含了29个长期田间实验（持续时间从4年到12年不等），并报告了生物炭在提高作物产量、减少温室气体排放以及固存土壤有机碳（SOC）方面的持续效果（1）。土壤有机碳密度（SOCD，单位为kg C ha^?1）的计算公式如下：

$\mathrm{SOCD}=\mathrm{SOC}\times \mathrm{BD}\times H\times 10,$

[1]

其中，SOC表示耕作层的有机碳含量（单位为g kg^?1），BD表示土壤容重（单位为g cm^?3），H表示耕作层的深度（0.2米）。

然而，在杨等人的补充数据集中（1），高生物炭施用量的土壤往往被赋予与低生物炭施用量土壤相同的容重（BD，单位为g cm^?3）。这与已建立的实证证据相矛盾，因为生物炭的密度远低于大多数土壤（2、3），因此随着生物炭施用量的增加，土壤容重应该降低。此外，补充数据集中的许多容重值似乎是在没有考虑母土质地（壤土、粘土、沙土）的情况下估算的，而土壤质地是决定容重的关键因素（4）。因此，数据集中容重（BD，单位为g cm^?3）与生物炭施用量之间没有显著相关性（r = –0.033，adj. R² = 0.0007，P = 0.082），如果容重值能够被一致且准确地记录或估算的话，这种结果是不太可能出现的（图1）。

图1.

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根据杨等人研究（1）中的数据，展示了土壤容重（g cm^?3）与总生物炭施用量（t ha^?1）之间的相关性。BD：土壤容重；BR：生物炭施用量。

由于容重（BD，单位为g cm^?3）直接被包含在SOCD的计算公式中（1），忽略其对生物炭施用量和母土质地的依赖性会导致SOC储量的系统性高估。

为了正确考虑生物炭对土壤混合容重（BD_mix）的影响，可以使用生物炭的容重（BD_B）和土壤的容重（BD_s）来表示，具体公式如下：

${\mathrm{BD}}_{\mathrm{mix}}=\frac{1+C}{\frac{C}{}}+\frac{1}{{\mathrm{BD}}_S}$

[2]

其中，C = m_B/m_S表示生物炭与土壤的质量比。C可以直接根据生物炭的施用量计算得出：

$C=\frac{{\mathrm{Rate}}_{\mathrm{BC}}}{{\mathrm{BD}}_S}$

[3]

为了量化容重（BD）和土壤有机碳密度（SOCD）被高估的程度，我重新分析了杨等人（1）的数据集，去除了包含缺失值的记录后，根据土壤质地（壤土、沙土、粘土）重新分配了土壤容重（BD_s）和总生物炭施用量（t ha^?1）。生物炭的容重（BD_B）分别取值为0.33 g cm^?3、0.24 g cm^?3和0.22 g cm^?3（2）。使用公式2和3重新计算C和BD_mix后，得到的BD_mix值大约是杨等人（1中使用的土壤容重值的1/3到1/5。由于土壤有机碳密度（SOCD）与容重（BD）成正比（公式1），如果不进行这些修正，这表明原始分析中对SOC固存量及其相关的气候缓解效益的估计存在显著的高估。