生物炭与化肥协同提升洋葱产量：茶渣生物炭改善土壤理化性质及作物生长的机制研究

《Discover Plants》：Enhancing Allium cepa L. cultivation through sustainable soil management with biochar manure and NPK fertilizers

本研究针对土壤肥力不足和水分保持能力差的问题，通过田间试验探讨了茶渣生物炭(TWB)、农家肥(FYM)和NPK肥料对洋葱栽培的协同效应。结果表明，TWB处理显著提高了土壤持水能力(WHC)、有机质含量(SOM)和硝态氮(NO3-N)水平，并使洋葱产量达到268.3 kg·ha-1，优于传统改良剂。该研究为农业废弃物资源化利用和可持续土壤管理提供了新策略。

　　

在全球粮食安全与可持续发展面临挑战的背景下，如何通过农业废弃物资源化利用实现土壤质量提升和作物增产已成为热点议题。茶渣作为全球消费量最大的饮品副产品，其传统处理方式往往造成资源浪费和环境污染。与此同时，洋葱作为全球第二大蔬菜作物，在生长过程中对土壤养分和水分条件具有较高要求，而长期集约化种植导致土壤退化问题日益突出。

以往研究虽证实生物炭可改善土壤结构，但关于茶渣生物炭(Tea Waste Biochar, TWB)对洋葱生长的影响机制尚不明确。为此，西北农林科技大学Riaz团队在《Discover Plants》发表研究，系统比较了TWB、农家肥(Farmyard Manure, FYM)和NPK肥料对土壤理化性质及洋葱生长的差异化影响。

研究人员在巴基斯坦德拉伊斯梅尔汗的典型旱作农业区开展田间试验，采用随机区组设计，设置对照组(CK)、TWB(12 t·ha^-1)、FYM(12 t·ha^-1)和NPK肥料(100:70:70 kg·ha^-1)4个处理。通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)表征生物炭微观结构，利用标准土壤分析法测定持水能力(Water Holding Capacity, WHC)、电导率(Electrical Conductivity, EC)等指标，并采用偏最小二乘路径模型(Partial Least Squares Path Modeling, PLS-PM)解析各因素相互作用。

6.3 Effects on electrical conductivity(EC),pH,bulk density(B.D),water holding capacity(WHC),and soil organic matter

数据显示TWB处理使土壤EC显著提升至1.47 dS·m^-1，较对照组提高11.4%。其碱性特性(pH=8.68)有效中和土壤酸性，同时使土壤容重降低9.8%，持水能力增加12.2%。相关分析表明孔隙结构发育是改善关键，SEM图像显示TWB具有丰富的微米级孔道结构。

6.4 Effects on leaf length,bulb weight,bulb diameter,and total yield

TWB处理组洋葱叶片长度达32.3 cm，单区鳞茎重量6.3 kg，显著优于NPK处理组(29.33 cm, 5.33 kg)。尽管鳞茎直径未呈现显著差异，但单位面积产量提高19.2%，证实TWB通过优化养分分配促进同化物向鳞茎转运。

6.5 Effects on nitrate-nitrogen, olsen-P and available potassium

在养分动态方面，TWB处理使土壤硝态氮含量提升155.7%，有效钾含量增加25.9%，但奥尔森磷(Olsen-P)未显著变化。这表明TWB对氮钾养分的缓释作用优于磷素，与其本身富含钾(2.1%)、氮(0.87%)的特性密切相关。

7 Discussion

研究揭示TWB通过三重机制发挥作用：首先，其多孔结构形成"水分储蓄库"，降低蒸发损失；其次，表面官能团增强离子吸附能力，减少养分淋溶；最后，碳骨架为微生物提供栖息地，促进养分转化。PLS-PM模型进一步验证土壤有机质(SOM)和持水能力(WHC)是影响产量的关键中介变量。

该研究创新性地将茶渣废弃物转化为高附加值土壤改良剂，不仅实现洋葱增产20.3%，更显著降低化肥依赖度。相较于传统生物炭(442.64美元/吨)，TWB生产成本降低1.9%，兼具环境与经济效益。未来研究可深入解析TWB-土壤微生物互作网络，为精准农业提供理论支撑。