提高茶园生产力：经镁改良的茶叶修剪废弃物生物炭可改善土壤质量并提升茶叶的香气特性

《Environmental Technology & Innovation》：Optimizing tea plantation productivity: Magnesium-modified tea pruning litter biochar enhances soil quality and tea aroma profiles

茶叶种植土壤酸化及镁缺乏严重制约产量与品质，本研究通过90天盆栽实验，对比Mg改性茶枝生物炭（BCY）与传统生物炭（BC）及硫酸镁（FC）对土壤酸化及茶树生长的影响。结果表明BCY显著提升土壤pH（+0.44）、镁含量（+519%）及阳离子交换容量（+76%），同时减少铝离子（Al3?）和氢离子（H?）浓度。微生物代谢活性增强，促进茶树根系发育（生物量+34.92%）和光合产物积累，茶叶中多酚（+7.76%）、咖啡因（+5.95%）及芳香物质（如苯乙醇、甲氧基肉桂醛）显著提高，为可持续茶园土壤改良提供新策略。

　　土壤酸化和镁（Mg）缺乏是限制茶产业生产力与品质的重要因素。随着茶树的持续种植，土壤酸化问题日益严重，这不仅影响土壤结构，还降低了营养元素的可利用性，特别是镁的含量。本研究通过实验分析了以茶修剪废弃物为原料制备的镁改性生物炭对酸性土壤的改良效果及其对茶树生长和茶叶品质的提升作用。研究采用了90天的盆栽实验，设置了四个处理组：对照组（CK）、硫酸镁肥料（FC）、茶修剪残渣生物炭（BC）以及镁改性茶修剪残渣生物炭（BCY）。实验评估了土壤化学性质（pH值、营养成分、阳离子）、茶树生长参数和茶叶品质指标（包括生物化学成分和香气成分）。

实验结果显示，BC和BCY均显著提升了土壤pH值，分别提高了0.27至0.39个单位（p<0.05）。其中，BCY表现出最为显著的效果，提升了土壤有机质含量（22.93 g kg?1）、有效磷（84%）、阳离子交换容量（76%）以及镁离子（519%），同时降低了铝离子（Al3?）和氢离子（H?）的浓度（59%）。此外，BCY还增强了土壤微生物活性和碳代谢能力。值得注意的是，接受BCY处理的茶树表现出更高的株高、生物量以及氮、钾、钠和镁的吸收能力。这些改善也直接反映在茶叶品质上，茶叶中的多酚类物质、氨基酸、咖啡因和芳香化合物含量显著增加。

茶叶品质的提升是土壤改良与微生物活动共同作用的结果。茶树生长在pH值较低的土壤中，容易导致铝离子和氢离子的累积，从而影响镁离子的可用性。镁作为叶绿素的重要组成部分，对光合作用和茶氨酸的合成至关重要。在酸性条件下，镁的流失会降低植物的生长效率和品质。通过引入镁离子，BCY能够促进土壤中微生物的代谢活动，提高土壤的养分供应能力，进而改善茶树的生长环境。

土壤改良是提高茶叶产量和品质的关键环节。传统的方法如农业石灰、煤燃烧残渣和矿物基改良剂虽然在一定程度上有效，但存在诸多弊端，包括钾和镁的过度流失、土壤密度增加以及营养平衡破坏。这些方法还可能导致土壤中重金属（如镉、铬、铅）的污染，从而影响茶叶的安全性和生态环境。相比之下，生物炭作为一种新型的土壤改良剂，具有高比表面积和多孔结构，能够有效缓解酸化并提升养分保持能力。然而，传统生物炭的改良效果有限，其性能受到原材料特性和热解产物的制约。

近年来，通过化学改性方法提升生物炭的性能成为研究热点。使用无机盐进行改性可以显著增强其物理化学性质，特别是表面活性和吸附能力，从而提高其在农业中的应用价值。茶树修剪产生的大量生物质在分解过程中会释放有机酸，进一步加剧土壤酸化，同时造成有机资源的浪费。因此，研究如何利用修剪残渣并改善土壤退化成为当前的重要课题。

本研究中，采用硫酸镁改性的茶修剪残渣生物炭（BCY）对土壤的改良效果显著优于传统生物炭（BC）和硫酸镁肥料（FC）。BCY不仅提高了土壤pH值，还增强了土壤的阳离子交换容量，提高了镁离子的可利用性，同时减少了铝离子和氢离子的浓度。这些改善有助于提升土壤的肥力和茶树的生长条件。微生物活性的提升也是BCY的重要优势之一，其对碳源的利用能力显著增强，表明其对土壤微生物群落的调控作用。

从茶树的生长和品质来看，BCY显著提升了茶树的叶绿素含量、株高和生物量，同时增强了氮、钾、钠和镁的吸收能力。这些改善直接促进了茶叶中多酚类物质、氨基酸、咖啡因和芳香化合物的积累，从而提升了茶叶的品质。香气成分的分析表明，BCY显著提高了茶香中重要的挥发性成分，如苯乙醇、甲基水杨酸和1-庚醇，这些成分是茶叶独特香气的重要来源。

此外，研究还发现，BCY对土壤中碳源的利用效率更高，能够促进微生物的代谢活动，提高土壤的碳氮循环能力。这种增强的代谢活动有助于释放更多有机物质，改善土壤结构，从而为茶树提供更适宜的生长环境。同时，BCY的引入还激活了土壤中的某些微生物群落，如放线菌和变形菌，这些微生物在促进氮和磷的循环中发挥了重要作用，进一步提升了土壤的肥力和茶树的生长表现。

综上所述，镁改性生物炭在改善酸性土壤和提升茶树生长及茶叶品质方面展现出显著的优势。其不仅能够有效中和土壤中的酸性物质，还能提高土壤中镁的可利用性，从而促进茶树的健康生长。同时，镁改性生物炭通过增强土壤微生物活性，改善土壤环境，间接提升了茶叶的生物化学成分和香气特征。这些发现为茶树种植管理提供了新的土壤改良策略，有助于实现农业废弃物的资源化利用和茶产业的可持续发展。未来的研究应进一步探讨镁改性生物炭在田间条件下的长期效果，以及其对茶树代谢途径的深远影响，以期为提升茶叶品质和产量提供更全面的理论依据和技术支持。