生物炭的物理性质主要表现为孔隙发达，比表面积大，密度小。将生物炭或其基肥施入土壤，对土壤物理性质有很好改良作用。土壤容重、孔隙度可以衡量土壤质地和结构状况，可视为土壤熟化程度指标，熟化程度高的土壤，容重小，孔隙度大。一项为期 4 年的试验结果表明，施用生物炭后土壤容重较对照降低1. 7%～9. 8% ，孔隙度增加了4%～27. 9%，添加生物炭可提高黑垆土土壤孔隙度。研究指出，木质生物炭能减少土壤水分蒸发和植物水分胁迫，增加土壤中作物可用水量，提升土壤含水量。进行一年的果园试验表明，施用苹果枝条源生物炭，在0~10cm土层，通过增加1～2 mm 团聚体含量，减少5～8mm和＜0. 25mm团聚体含量，可提高黑垆土田间持水量; 在10～20cm土层，通过增加0. 25～0. 5mm 团聚体数量可提高土壤田间持水量。研究发现，生物炭输入后，土壤大颗粒团聚体(＞0. 25mm) 相对于对照均有所增加，而小颗粒团聚体(＜0. 25mm) 则呈现相反规律。

生物炭对土壤化学性质的影响

生物炭对土壤 pH 的影响

生物炭的碱属性使其施入土壤后对土壤 pH产生了直接影响。研究表明，华北平原滨海盐土施用生物炭与对照相比，其0～20cm和20～40cm土层均显著降低了土壤 pH 值。进行室内培养试验表明，培养135d 后，添加两种秸秆生物炭处理的 pH 值与对照相比平均增加了0. 16个单位。但同一裂解温度下，两种生物炭处理间的差异并不显著，表明同一裂解温度下不同生物炭施用对土壤 pH 值没有显著影响。研究表明，互花米草生物炭应用于土壤能显著提高其 pH。随生长期延长，土壤逐渐酸化趋于中性，这是由于生物炭表面的含氧官能团发生离子交换，释放氢离子及土壤生物的呼吸作用所致。

生物炭对土壤交换性盐基离子和 CEC 的影响

交换性盐基离子组成是评价土壤质量的重要指标，盐基离子中 K+ 、Ca2 + 、Mg2 + 是作物生长所必需的营养元素，其含量和饱和度反映了该离子的生物有效性。研究表明，单施生物炭下土壤的交换性盐基离子总量显著高于单施秸秆，而在等秸秆量和等养分条件下，生物炭配施化肥及秸秆配施化肥较不施肥对照，分别使交换性盐基总量提高了17. 6% 和15. 1% ，且二者差异显著，说明秸秆炭化还田对提高土壤交换性盐基离子总量的效果明显优于秸秆直接还田。施入生物炭及秸秆，明显增加了土壤交换性 K + 、Ca2 + 和 Mg2 + ，其中以Ca2 + 为主，Ca2 + 与土壤胶体中的氢离子交换会形成钙胶体，促进土壤胶体凝聚，有利于形成团粒结构，促进作物对养分的吸收。同时，研究发现，小麦秸秆生物炭对交换性Na+和K+的增加均具有积极作用。在碱性石灰土添加生物炭显著提高了土壤阳离子交换量。