物理性质

生物炭的高表面积和丰富的孔隙结构特性改变了土壤物理性质。在一项为期4年的田间研究中，花生壳生物炭增加了水稳性团聚体（WSA）。稻草生物炭将土壤团聚体的稳定性从1％提高到17％。此外，生物炭输入量与WSA呈正相关。施用3、6和12 t ha-1的生物炭时，在0-10 cm深度分别增加了10％、18％和23％，在10–20 cm深度分别增加了16％，20％和26％。此外，稻壳生物炭（10 t ha-1）通过降低容重和增加砂质壤土中的自由水来增加土壤孔隙度。生物炭降低土壤容重并不受土壤类型、应用环境、生物炭施用量以及生物炭生产条件的影响。

化学性质

生物炭输入将影响土壤pH，电导率（EC）和阳离子交换容量（CEC）等化学性质。这些化学性质影响土壤中养分相互作用。生物炭的pH范围通常为6.52–12.64，并且pH值与热解温度呈正相关。生物炭输入土壤中改变土壤pH，进而改变土壤中营养元素的生物利用有效性。生物炭的pH取决于碳化速率，热解温度和原材料类型。由于在热解过程中生物质存在不可挥发性的碱性物质和碱金属成分，使生物炭具有碱性。碱性生物炭往往用于增加酸性和中性土壤的pH值。生物炭的碱度取决于三个重要因素：有机官能团；（b）碳酸盐含量；（c）无机碱含量。生物炭中碱性阳离子的浓度与生物炭碱度密切相关，但并不是生物炭可溶性灰分的简单函数。不同的原材料和热解条件制备的生物炭pH并不相同。生物炭对土壤pH的响应也不尽相同，因土壤类型而异。有研究表明，1％和2％的不同类型农作物秸秆生物炭添加时土壤pH为7.69和10.26，降低了酸性土壤的pH（pH 4.31）。因此，生物炭输入对土壤pH的响应与生物炭制备材料、原始土壤特性（例如pH，质地）以及生物炭的pH值和碱度相关。