从“废渣”到宝藏！生物炭助力茶园绿色可持续发展

近年来，为提高茶园产量和效益，过量施肥现象时有发生，长期集约化种植也给茶园带来土壤酸化、养分失衡和重金属积累等问题，严重制约了茶产业的绿色可持续发展。

“十五五”规划建议对“加快经济社会发展全面绿色转型，建设美丽中国”进行专章部署，刚刚结束的中央经济工作会议将“坚持‘双碳’引领推动全面绿色转型”确定为明年经济工作八项重点任务之一，全面绿色转型正在加速推进。

生物炭是一种优质的土壤改良剂，通过调节土壤环境、促进茶树生长和增强抗逆性等多重机制，近年来被广泛用于土壤改良和污染修复，为茶园可持续发展提供了新途径。

本期总结生物炭对土壤影响及茶树生长的研究进展，为茶产业发展提供理论参考。

图源：大北农农林科创基金

01生物炭是什么？

生物炭通常由农林废弃物（如稻壳、木屑和秸秆）在限氧条件下热解（300～800℃）生成，其特性受原料类型、热解温度和停留时间影响显著。

生物炭具有发达的孔隙结构和较高的比表面积，可增强土壤保水性和通气性，同时为土壤微生物提供生存空间。

生物炭富含稳定碳（C），钾（K）、钙（Ca）、镁（Mg）等矿物质，以及碱性物质，在中和土壤酸性物质方面具有显著优势，并能提高养分有效性，有利于作物吸收。

同时，生物炭表面富含各类官能团，如羟基、羧基等活性基团，对重金属镉和铅，以及有机污染物具有强吸附能力，可有效降低土壤中有毒物质含量。

目前，制备生物炭的材料来源丰富，性质因原材料和制备工艺的不同存在显著差异，主要体现在有机C含量、灰分含量、比表面积、pH值等方面，这些特性的变化会直接影响生物炭对土壤的改良效果。

不同条件制备的各类生物炭特性

02生物炭对茶园土壤的影响

生物炭对茶园土壤的影响主要体现在土壤pH、土壤肥力、土壤污染物和土壤温室气体排放等方面。

（1）对土壤pH的影响

茶树是喜酸作物，但是土壤的过度酸化会对茶树的生长带来危害。大量研究表明，生物炭的施用能够显著提升茶园土壤pH。

施用生物炭对茶园土壤pH的改善作用

中和土壤酸性

生物炭通过高温热解后，产生大量的碱性物质，这些碱性物质可以中和土壤中的酸性离子，同时还能改变土壤中离子的交换过程，从而实现土壤酸碱度平衡。

吸附土壤H+、促进阳离子交换

生物炭由于其多孔性，具有较大的比表面积，加上生物炭表面具有诸多官能团，这些官能团能够很好地吸附土壤中的H+。施用生物炭能够显著增加土壤中阳离子的交换量，生物炭中大量的阳离子被释放到土壤中去，诸如Ca2+、K2+、Mg2+，而土壤中的H+则大量被生物炭所吸附，进而改善了土壤的pH值，避免了对茶树带来的危害，为茶树的生长提供更为有利的土壤条件。

减轻Al3?对土壤的毒害

生物炭通过提高土壤pH，促使可溶性铝离子（Al3?）转化为不溶性Al(OH)?沉淀，降低铝的生物有效性，减轻对茶树根系的抑制。

提升土壤养分有效性

生物炭不仅能调节pH，还能提高土壤中有效磷、有效钾、有效镁等养分的含量，为茶树生长创造更有利的土壤条件。

图源：农环世界

(2)对土壤养分的影响

实现土壤的保肥作用

研究表明，生物炭的施用能够显著增加土壤中的有机C、N、P、K等养分含量。由于生物炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，能够有效吸附土壤中的养分离子，减少土壤中养分淋失，实现土壤的保肥作用，进而降低肥料施用量，节约生产成本。

提高土壤有机C含量

生物炭的施用显著提高了茶园土壤的有机C含量，有效实现C储存，进而增强了土壤的碳汇功能，有助于实现茶园的低碳发展。

提高土壤可溶性盐含量

在施用生物炭后，茶园土壤中的可溶性盐含量显著增加，标志着土壤中可以利用的矿物质及养分含量增加。

(3)对土壤温室气体排放的影响

显著降低N?O排放

氧化亚氮（N?O）是一种强大的温室气体，其全球变暖潜能值（GWP）是CO?的265倍，生物炭施用可降低17%～61%的N?O排放，当施用量达2%时累计排放量可锐减61%，并使温室气体强度下降75%。

作用机制一是直接通过多孔结构为N?O还原菌创造有利生境，促进其将N?O还原为N?；二是间接通过改良土壤理化性质（如提高pH、增强团聚体稳定性）和调控微生物功能，抑制氮转化过程中的气体产生。

对CO?排放具有动态减排效果

生物炭对CO?排放的影响呈动态变化：初期可能因引入可溶性碳而短暂促进排放，但长期能通过稳定土壤有机质、改善微生物群落等机制实现减排。

茶园施用生物炭可使CO?排放量降低7.2%～9.3%，在无氮肥条件下减排效果为7.2%。

对CH?排放的影响复杂

生物炭对甲烷（CH?）排放的影响与对N?O和CO?不同，具有“气体类型依赖性”，甚至呈现相反趋势。其效果取决于施肥管理，在无氮肥条件下可能增加CH?释放，而在配施氮肥时则表现出显著抑制作用。这表明其综合温室气体效应需结合具体施肥措施进行评估。

总之，生物炭的施用能够有效降低茶园土壤中温室气体的排放，但具体的作用机制会受到土壤环境和茶园施肥方式影响。

（4）对茶园土壤微生物的影响

显著提升土壤微生物多样性

施用生物炭能显著提高土壤细菌和真菌的群落多样性，具体表现为Chao1、Observedspecies、Shannon和Simpson等多样性指数均显著增加。这种微生物多样性的提升与茶叶的产量和品质改善呈正相关。

为微生物创造有利的生存环境

生物炭通过调节土壤pH至更适宜的范围、利用其多孔结构为微生物提供栖息空间，并以其自身作为丰富的碳源和氮源，综合改善了微生物的生长条件。

改变微生物优势菌群结构

生物炭的施用显著改变了土壤微生物的群落构成，具体表现为有益菌群如变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度显著增加，而通常偏好酸性环境的酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度则显著下降。

总之，合理施用生物炭能够改善茶园土壤中微生物的群落结构，提高土壤中微生物的多样性，降低土壤中有害物质的积累，减少植物病虫害的发生。

03生物炭对茶树生长的影响

生物炭对茶树生长有多方面影响，众多研究表明，生物炭的施用可以显著促进茶树的生长，提高茶叶产量，提升茶叶品质。

（1）促进茶树生长

显著促进茶树根系生长

施用生物炭能显著改善茶树根系形态，大幅增加根表面积、根体积、根尖数、根长和根的阳离子交换能力。与仅施肥相比，生物炭处理可使茶树的根表面积、根体积和根长分别增加38%、159%和67%以上。

大幅提升茶树地上部分生长与生物量

生物炭对茶树地上部分的株高、茎粗以及茎、叶和总生物量均有显著促进作用。研究数据表明，施用2.5%或5.0%的竹炭或稻草生物炭，可使上述各项生长指标提升13.9%至73.6%不等，其中生物量的增加尤为显著。

增强茶树光合生理机能

生物炭的施用能显著提高茶树的光合作用速率、气孔导度和蒸腾速率。这些关键生理过程的改善，是促进茶树地上部分旺盛生长的重要基础。

（2）提高茶叶产量

生物炭的施用可通过改善土壤肥力和增强茶芽萌发能力，有效提高茶叶产量。试验表明，施用生物炭基肥可以增强茶树的光合作用，显著提高茶叶产量，可使春茶鲜叶产量增加18.6%，且连续3年增产效应稳定。

（3）提升茶叶品质

生物炭的施用能显著增加茶叶中多糖、氨基酸、酚类的累积，整体改善茶叶的品质。研究表明，茶园施用5.0%生物炭后，茶叶中茶多酚含量比对照组提高了18.0%；同时茶叶中的游离氨基酸含量也得到了显著提升。此外，施用生物炭后显著提高了茶叶中咖啡碱含量，比对照组增加2.1%。

04结论与展望

生物炭在农林经济产业发展中应用广泛，随着茶产业逐渐成为农村经济发展过程中的新增长点，未来生物炭在茶园中的研究应从以下几个方面实现突破：

一从可持续发展角度出发，生物炭规模化生产及运输成本较高，需开发低成本制备技术，可以就地发展生物炭热解技术。

二从潜在的安全角度出发，部分生物炭制备原材料可能会引入一些污染物，需建立起系统性生物炭安全性评价标准。

三从改善生物炭功能角度出发，未来可以在生物炭上负载纳米材料或复合有机肥，开发靶向修复酸性土壤和重金属污染的复合型生物炭。

四从评估茶生态效益角度出发，加强生物炭在茶园碳汇和减排过程中作用的量化，推动碳交易机制在茶产业中的应用，为双碳目标作贡献。

总之，生物炭通过多途径改善茶园土壤环境并促进茶树生长，是实现茶园绿色生产的有效手段。未来需结合多学科手段，深化其作用机制研究，推动标准化应用体系的建立，为茶产业可持续发展提供科技支撑。

本文节选自《中国茶叶》2025年第10期，P17-24，《生物炭对茶园土壤及茶树生长影响研究进展》，作者：华绍贵，石宇博，石明明，袁文娟，赵培林，潘成岭*。