近年來，為提高茶園產(chǎn)量和效益，過量施肥現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，長期集約化種植也給茶園帶來土壤酸化、養(yǎng)分失衡和重金屬積累等問題，嚴(yán)重制約了茶產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
“十五五”規(guī)劃建議對“加快經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，建設(shè)美麗中國”進(jìn)行專章部署，剛剛結(jié)束的中央經(jīng)濟(jì)工作會議將“堅(jiān)持‘雙碳’引領(lǐng)推動(dòng)全面綠色轉(zhuǎn)型”確定為明年經(jīng)濟(jì)工作八項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一，全面綠色轉(zhuǎn)型正在加速推進(jìn)。
生物炭是一種優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑，通過調(diào)節(jié)土壤環(huán)境、促進(jìn)茶樹生長和增強(qiáng)抗逆性等多重機(jī)制，近年來被廣泛用于土壤改良和污染修復(fù)，為茶園可持續(xù)發(fā)展提供了新途徑。
本期總結(jié)生物炭對土壤影響及茶樹生長的研究進(jìn)展，為茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論參考。
圖源：大北農(nóng)農(nóng)林科創(chuàng)基金
01生物炭是什么？
生物炭通常由農(nóng)林廢棄物（如稻殼、木屑和秸稈）在限氧條件下熱解（300～800℃）生成，其特性受原料類型、熱解溫度和停留時(shí)間影響顯著。
生物炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，可增強(qiáng)土壤保水性和通氣性，同時(shí)為土壤微生物提供生存空間。
生物炭富含穩(wěn)定碳（C），鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）等礦物質(zhì)，以及堿性物質(zhì)，在中和土壤酸性物質(zhì)方面具有顯著優(yōu)勢，并能提高養(yǎng)分有效性，有利于作物吸收。
同時(shí)，生物炭表面富含各類官能團(tuán)，如羥基、羧基等活性基團(tuán)，對重金屬鎘和鉛，以及有機(jī)污染物具有強(qiáng)吸附能力，可有效降低土壤中有毒物質(zhì)含量。
目前，制備生物炭的材料來源豐富，性質(zhì)因原材料和制備工藝的不同存在顯著差異，主要體現(xiàn)在有機(jī)C含量、灰分含量、比表面積、pH值等方面，這些特性的變化會直接影響生物炭對土壤的改良效果。
不同條件制備的各類生物炭特性
02生物炭對茶園土壤的影響
生物炭對茶園土壤的影響主要體現(xiàn)在土壤pH、土壤肥力、土壤污染物和土壤溫室氣體排放等方面。
（1）對土壤pH的影響
茶樹是喜酸作物，但是土壤的過度酸化會對茶樹的生長帶來危害。大量研究表明，生物炭的施用能夠顯著提升茶園土壤pH。
施用生物炭對茶園土壤pH的改善作用
中和土壤酸性
生物炭通過高溫?zé)峤夂?，產(chǎn)生大量的堿性物質(zhì)，這些堿性物質(zhì)可以中和土壤中的酸性離子，同時(shí)還能改變土壤中離子的交換過程，從而實(shí)現(xiàn)土壤酸堿度平衡。
吸附土壤H+、促進(jìn)陽離子交換
生物炭由于其多孔性，具有較大的比表面積，加上生物炭表面具有諸多官能團(tuán)，這些官能團(tuán)能夠很好地吸附土壤中的H+。施用生物炭能夠顯著增加土壤中陽離子的交換量，生物炭中大量的陽離子被釋放到土壤中去，諸如Ca2+、K2+、Mg2+，而土壤中的H+則大量被生物炭所吸附，進(jìn)而改善了土壤的pH值，避免了對茶樹帶來的危害，為茶樹的生長提供更為有利的土壤條件。
減輕Al3?對土壤的毒害
生物炭通過提高土壤pH，促使可溶性鋁離子（Al3?）轉(zhuǎn)化為不溶性Al(OH)?沉淀，降低鋁的生物有效性，減輕對茶樹根系的抑制。
提升土壤養(yǎng)分有效性
生物炭不僅能調(diào)節(jié)pH，還能提高土壤中有效磷、有效鉀、有效鎂等養(yǎng)分的含量，為茶樹生長創(chuàng)造更有利的土壤條件。
圖源：農(nóng)環(huán)世界
(2)對土壤養(yǎng)分的影響
實(shí)現(xiàn)土壤的保肥作用
研究表明，生物炭的施用能夠顯著增加土壤中的有機(jī)C、N、P、K等養(yǎng)分含量。由于生物炭具有較大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠有效吸附土壤中的養(yǎng)分離子，減少土壤中養(yǎng)分淋失，實(shí)現(xiàn)土壤的保肥作用，進(jìn)而降低肥料施用量，節(jié)約生產(chǎn)成本。
提高土壤有機(jī)C含量
生物炭的施用顯著提高了茶園土壤的有機(jī)C含量，有效實(shí)現(xiàn)C儲存，進(jìn)而增強(qiáng)了土壤的碳匯功能，有助于實(shí)現(xiàn)茶園的低碳發(fā)展。
提高土壤可溶性鹽含量
在施用生物炭后，茶園土壤中的可溶性鹽含量顯著增加，標(biāo)志著土壤中可以利用的礦物質(zhì)及養(yǎng)分含量增加。
(3)對土壤溫室氣體排放的影響
顯著降低N?O排放
氧化亞氮（N?O）是一種強(qiáng)大的溫室氣體，其全球變暖潛能值（GWP）是CO?的265倍，生物炭施用可降低17%～61%的N?O排放，當(dāng)施用量達(dá)2%時(shí)累計(jì)排放量可銳減61%，并使溫室氣體強(qiáng)度下降75%。
作用機(jī)制一是直接通過多孔結(jié)構(gòu)為N?O還原菌創(chuàng)造有利生境，促進(jìn)其將N?O還原為N?；二是間接通過改良土壤理化性質(zhì)（如提高pH、增強(qiáng)團(tuán)聚體穩(wěn)定性）和調(diào)控微生物功能，抑制氮轉(zhuǎn)化過程中的氣體產(chǎn)生。
對CO?排放具有動(dòng)態(tài)減排效果
生物炭對CO?排放的影響呈動(dòng)態(tài)變化：初期可能因引入可溶性碳而短暫促進(jìn)排放，但長期能通過穩(wěn)定土壤有機(jī)質(zhì)、改善微生物群落等機(jī)制實(shí)現(xiàn)減排。
茶園施用生物炭可使CO?排放量降低7.2%～9.3%，在無氮肥條件下減排效果為7.2%。
對CH?排放的影響復(fù)雜
生物炭對甲烷（CH?）排放的影響與對N?O和CO?不同，具有“氣體類型依賴性”，甚至呈現(xiàn)相反趨勢。其效果取決于施肥管理，在無氮肥條件下可能增加CH?釋放，而在配施氮肥時(shí)則表現(xiàn)出顯著抑制作用。這表明其綜合溫室氣體效應(yīng)需結(jié)合具體施肥措施進(jìn)行評估。
總之，生物炭的施用能夠有效降低茶園土壤中溫室氣體的排放，但具體的作用機(jī)制會受到土壤環(huán)境和茶園施肥方式影響。
（4）對茶園土壤微生物的影響
顯著提升土壤微生物多樣性
施用生物炭能顯著提高土壤細(xì)菌和真菌的群落多樣性，具體表現(xiàn)為Chao1、Observedspecies、Shannon和Simpson等多樣性指數(shù)均顯著增加。這種微生物多樣性的提升與茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)改善呈正相關(guān)。
為微生物創(chuàng)造有利的生存環(huán)境
生物炭通過調(diào)節(jié)土壤pH至更適宜的范圍、利用其多孔結(jié)構(gòu)為微生物提供棲息空間，并以其自身作為豐富的碳源和氮源，綜合改善了微生物的生長條件。
改變微生物優(yōu)勢菌群結(jié)構(gòu)
生物炭的施用顯著改變了土壤微生物的群落構(gòu)成，具體表現(xiàn)為有益菌群如變形菌門（Proteobacteria）的相對豐度顯著增加，而通常偏好酸性環(huán)境的酸桿菌門（Acidobacteria）的相對豐度則顯著下降。
總之，合理施用生物炭能夠改善茶園土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)，提高土壤中微生物的多樣性，降低土壤中有害物質(zhì)的積累，減少植物病蟲害的發(fā)生。
03生物炭對茶樹生長的影響
生物炭對茶樹生長有多方面影響，眾多研究表明，生物炭的施用可以顯著促進(jìn)茶樹的生長，提高茶葉產(chǎn)量，提升茶葉品質(zhì)。
（1）促進(jìn)茶樹生長
顯著促進(jìn)茶樹根系生長
施用生物炭能顯著改善茶樹根系形態(tài)，大幅增加根表面積、根體積、根尖數(shù)、根長和根的陽離子交換能力。與僅施肥相比，生物炭處理可使茶樹的根表面積、根體積和根長分別增加38%、159%和67%以上。
大幅提升茶樹地上部分生長與生物量
生物炭對茶樹地上部分的株高、莖粗以及莖、葉和總生物量均有顯著促進(jìn)作用。研究數(shù)據(jù)表明，施用2.5%或5.0%的竹炭或稻草生物炭，可使上述各項(xiàng)生長指標(biāo)提升13.9%至73.6%不等，其中生物量的增加尤為顯著。
增強(qiáng)茶樹光合生理機(jī)能
生物炭的施用能顯著提高茶樹的光合作用速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率。這些關(guān)鍵生理過程的改善，是促進(jìn)茶樹地上部分旺盛生長的重要基礎(chǔ)。
（2）提高茶葉產(chǎn)量
生物炭的施用可通過改善土壤肥力和增強(qiáng)茶芽萌發(fā)能力，有效提高茶葉產(chǎn)量。試驗(yàn)表明，施用生物炭基肥可以增強(qiáng)茶樹的光合作用，顯著提高茶葉產(chǎn)量，可使春茶鮮葉產(chǎn)量增加18.6%，且連續(xù)3年增產(chǎn)效應(yīng)穩(wěn)定。
（3）提升茶葉品質(zhì)
生物炭的施用能顯著增加茶葉中多糖、氨基酸、酚類的累積，整體改善茶葉的品質(zhì)。研究表明，茶園施用5.0%生物炭后，茶葉中茶多酚含量比對照組提高了18.0%；同時(shí)茶葉中的游離氨基酸含量也得到了顯著提升。此外，施用生物炭后顯著提高了茶葉中咖啡堿含量，比對照組增加2.1%。
04結(jié)論與展望
生物炭在農(nóng)林經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中應(yīng)用廣泛，隨著茶產(chǎn)業(yè)逐漸成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的新增長點(diǎn)，未來生物炭在茶園中的研究應(yīng)從以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)突破：
一從可持續(xù)發(fā)展角度出發(fā)，生物炭規(guī)模化生產(chǎn)及運(yùn)輸成本較高，需開發(fā)低成本制備技術(shù)，可以就地發(fā)展生物炭熱解技術(shù)。
二從潛在的安全角度出發(fā)，部分生物炭制備原材料可能會引入一些污染物，需建立起系統(tǒng)性生物炭安全性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
三從改善生物炭功能角度出發(fā)，未來可以在生物炭上負(fù)載納米材料或復(fù)合有機(jī)肥，開發(fā)靶向修復(fù)酸性土壤和重金屬污染的復(fù)合型生物炭。
四從評估茶生態(tài)效益角度出發(fā)，加強(qiáng)生物炭在茶園碳匯和減排過程中作用的量化，推動(dòng)碳交易機(jī)制在茶產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，為雙碳目標(biāo)作貢獻(xiàn)。
總之，生物炭通過多途徑改善茶園土壤環(huán)境并促進(jìn)茶樹生長，是實(shí)現(xiàn)茶園綠色生產(chǎn)的有效手段。未來需結(jié)合多學(xué)科手段，深化其作用機(jī)制研究，推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用體系的建立，為茶產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐。
本文節(jié)選自《中國茶葉》2025年第10期，P17-24，《生物炭對茶園土壤及茶樹生長影響研究進(jìn)展》，作者：華紹貴，石宇博，石明明，袁文娟，趙培林，潘成嶺*。
