11月3日，《Nature Reviews Earth & Environment》在线发表了“Biochar for Sustainable Crop Production”的评述论文。我所潘根兴和李恋卿教授，我所兼职教授Stphen Joseph博士，英国皇家学会院士、Aberdeen大学教授Pete Smith博士，西班牙国家科学委员会塞维利亚自然资源与农业生物学研究所Jose Maria da la Rosa教授和中国科学院地球与环境研究所陈骥教授以及本所3名博士研究生等国际团队，对耕地生物质炭施用提升作物生产的田间试验进行大数据集成分析，系统梳理生物质炭增产效应在作物类型、气候类型、土壤类型和施用年限等因素驱动的变化，从生物质炭-土壤-作物相互作用角度，凝练了“生物质炭的资源补充和土壤调适”互补性双功能和“石灰效应、施肥效应、润沃效应（Moistening）、促生效应（Bio-stimulation）和强生效应（Bio-enforcing）”五大土壤-作物系统效应为核心生物质炭可持续作物生产的系统机制框架，提出“土壤团聚化促进作用和土壤老化”为系统内生驱动力的可持续生产力提升途径的新论点。文章也对进一步完善全球生物质炭农业系统长期试验、对生物质炭和土壤过程进行持续观察、研究和应用发展等提出了建议。

生物质炭是作物秸秆和林木剩余物等废弃生物质限氧热解生产的稳定性有机碳材料。作为被IPCC认可和推荐的固碳减排技术，生物质炭土地储碳已在全球广泛推荐应用，近来被作为最可行的碳清除途径和土地修复措施而得到社会和产业界热捧。但是，关于生物质炭对耕地作物生产的作用仍存在收效不一、机制不清和路径不明等认知缺陷，严重制约了全球应对气候变化的可持续农业的政策选择和产业的大规模发展。

研究团队全面收集了直至2025年7月发表的生物质炭田间试验的研究论文，采用集成分析方法及标准筛选建立了1806个观察数据对，分析了生物质炭施用后耕地作物产量的变化情况。在提出生物质炭耕地施用（平均施用量27吨/公顷）平均提升作物生产力12.8%的同时，首次明确了主根系的根茎类作物、油菜和豆类作物提升幅度大大优于须根系的粮食作物。将生物质炭的作用机制联系于作物的资源供给基础和根系挖掘资源能力条件，同时提示养分和水分供应对于不同作物的重要性。

分析了生物质炭性质、耕地条件和气候类型对作物产量变化的影响，进一步将生物质炭的增产效应凝练为“资源补充和土壤调适”互补的两条功能路径（下图）。生物质炭携带的速效养分、矿质灰分和DOM直接补充增加了土壤养分和碳资源，而多孔结构的碳架则主要起着调控土壤结构及孔隙系统，诱导或进一步优化养分和水分的储存、分配、传导和流通，改善根系和微生物对资源的可利用性和生活策略。文章专门研究了生物质炭田间条件下对土壤团聚化的促进作用，创新提出了生物质炭等效剂量的概念，揭示田间施用生物质炭使土壤团聚体平均质量直径提升15.4%。因此，通过生物质炭的老化和土壤团聚化，生物质炭的增产作用得以加强和稳定，间接改善耕地肥力和健康水平，增强作物的抗逆性和气候变化韧性。本文研究建立了 “双功能---五效应---长短期”耕地生物质炭作物生产促进作用机制框架，为预测不同类型生物质炭的农业应用潜力，为指导未来生物质炭土地应用的田间试验研究以及为表征生物质炭土壤健康与作物韧性生产提供了新的思路、途径和方法，更为实现全球粮食安全的韧性作物农作系统选择和耕地生产力提升的技术选择提供了可靠的理论基础和科学依据。

生物质炭促进耕地作物可持续生产的作用机制框架（论文中图4）

当前，生物质炭田间试验研究存在的主要问题是：（1）集中于东亚、欧洲、北美和大洋洲，非洲、南美、中东及西亚等地区几近空白；（2）多数试验周期短，多数不足两年；（3）生物质炭特性的信息缺失，等。文章呼吁，未来应加强在研究弱势地区，小农户系统及杂粮作物的实际农业生产系统的长期定位试验，建立标准化的生物质炭表征方法与配套农艺技术，并深入解析生物质炭介导的土壤-作物系统抗性机制，聚焦生物质炭如何增强作物抗逆性并维持长期土壤健康，更好地为全球实现可持续发展目标的人类福祉服务。

本所博士生赵正同学（导师李恋卿、潘根兴）为论文的第一作者，刘成（浙江科技大学）为共同第一作者。本论文是迄今为止我所生物质炭基农业研究受邀在顶刊（IF 75）发表的最重要论文。近期，我所溧水基地的零碳田园水稻生产也得到了央视新闻频道的采访播出。

论文全文链接：https://doi.org/10.1038/s43017-026-00847-2