回复孙：现实世界中生物炭的体积密度变化表明其具有较高的碳封存潜力

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Reply to Sun: Real-world bulk density changes support high carbon sequestration potential of biochar

生物炭长期施用显著降低水稻土（7.1%）和旱地（8.3%）土壤密度，理论计算值与实测偏差显著，因实际存在颗粒老化、孔隙占用及团聚作用等复杂机制。

　　

我们感谢孙（1）对我们论文（2）的关注，并欢迎这个机会来澄清我们的研究方法。虽然我们重视建设性的科学交流，但孙的评论源于对我们工作的根本性误解，而且他们提出的计算方法过于理想化，不适用于实际的土壤系统。

首先，我们数据集中包含的施用生物炭前后的土壤容重值直接来源于原始研究，并非由我们估算或分配的，正如孙的评论所暗示的那样。我们的碳封存计算（见补充信息附录）仅包含了报告了容重值的研究，因此这些计算结果仍然是有效的。在我们的数据集中，施用生物炭后，水稻土和高地土壤的容重分别显著下降了7.1%和8.3%，而在长期连续施用（超过5年）的情况下，容重分别下降了11.0%和11.3%（图1 A和B）。这些变化与之前的研究（3–5）以及孙的预期一致。然而，孙的图1似乎仅展示了未施用生物炭的对照组的容重值。因此，该图中缺乏明显趋势并不支持他们的结论。当分析适当的数据，即施用了生物炭的土壤数据时，无论是水稻土还是高地土壤，施用量与容重之间都存在强烈且显著的相关性（图1 C和D）。

图1.

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长期连续施用生物炭后水稻田（A）和高地土壤（B）的容重变化，以及水稻田（C）和高地土壤（D）的容重与总生物炭施用量之间的相关性。

孙自己提出的公式无意中揭示了依赖理论容重而非实际测量容重所导致的误差程度。根据他们提供的数据（黏土、壤土和沙子的容重分别为0.78、1.25和1.76克/立方厘米），以及生物炭的中位容重（0.24克/立方厘米），我们使用他们的公式计算了数据集中一系列长期实验的理论容重值。在水稻土中，理论预测的施用生物炭后容重下降幅度通常比实际测量值更大（图2 A–C）。而在高地土壤中，理论预测的下降幅度则小于实际下降幅度（图2 D–F）。因此，使用理论容重值计算得出的有机碳封存率在水稻田中偏低，在高地土壤中偏高。

图2.

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不同土壤质地的水稻田（A–C）和高地土壤（D–F）的理论（Sun-CK和Sun-BC）和实际测量（Yang-CK：未施用生物炭；Yang-BC：施用生物炭）容重值。图A–F中的数据分别来自Yang等人（2）的数据库中的研究343、429、343、343、34和328。我们选择这些长期试验是基于它们尽可能长的持续时间，并涵盖了三种不同的土壤质地。

有几个因素可以解释为什么长期田间实验中的容重变化与理论预测不同。例如，施用于表面的生物炭会老化并分解成具有高垂直移动性的纳米级颗粒（6）；这些颗粒从表土中流失可能会减少预期的容重下降。此外，小的生物炭颗粒可以占据土壤孔隙，降低孔隙度，从而部分抵消容重的下降（7）。另一方面，施用生物炭通常会增加土壤的团聚作用（7），这一过程通常会降低高地土壤的容重（8）。

总之，我们用于碳封存计算的容重值来自经过同行评审的研究，而不是任意设定的数值。像孙提出的理论估计是不必要的，且可能会严重误导对实际情况的理解。这进一步强调了基于实证的生物炭-土壤相互作用评估的必要性。