生物炭对土壤物理性质的影响

低密度、多孔隙结构的特性使得生物炭的施入对土壤物理性质产生重要影响,其中与坡耕地水土流失相关的土壤物理性质主要包括土壤孔隙结构、团聚体、密度、水力学性质及土壤含水量等。由于生物炭经高温裂解后形成大量孔隙，具有极大的比表面积，对土壤密度、团聚体有一定的改良作用。一般认为,受稀释效应影响，生物炭可以降低土壤密度，提高土壤团聚体稳定性。添加生物炭能够显著增加沙漠土壤的孔隙率,从而提高团聚体的稳定性。生物炭能够降低砂质土或沙壤土的密度，且小颗粒生物炭对砂质土密度的降低作用较大,而大颗粒生物炭对沙壤土密度的降低效果明显。比较不同生物炭施用量施入土壤2a和5a的试验结果，证明生物炭施入土壤5a后,其对深层土壤的影响更为显著,20～30cm土层的土壤密度显著降低,大于0.25mm团聚体的含量及团聚体稳定性显著增强。研究发现，花生壳生物 炭配施氮肥显著提高＞0.25mm水稳性大团聚体含量至20.7%,水稳性团聚体的平均质量直径和几何平均直径较对照分别显著增加29.2%和27.2%。施入生物炭后,土壤中的生物炭通过改变土壤水分特征参数(土壤持水能力、饱和导水率以及土壤水分入渗等) 影响土壤水分运移过程，进而影响土壤水分状况。黑土区施加生物炭增加了各土层土壤含水量、降低了土壤水分波动性,但效果随生物炭 施用年限增加而逐渐减弱,可能与黑土区施用生物炭后,土壤持水性、土壤比水容量、土壤供水能力 增大，饱和含水率、非饱和导水率等土壤导水性增强，从而引起的土壤田间持水量增大与土壤累积入 渗量、土壤入渗速率增多，降低了土壤非饱和扩散率，抑制了土壤水分的水平运动有关。发现高孔隙度的生物炭在施用后能立即提高砂质地土壤的田间持水量和有效含水量，而在黏质土或是质地较好的土壤中保水性能则不明显。王幼 奇等研究发现，施用生物炭可以有效改善淡灰钙土水分损失快、持水性能差的状况，显著提高淡灰钙土的保水能力。分析发现,无论何种土壤类型,施用生物炭均可提高土壤有效含水量(28.5%)田间持水量(20.4%)、萎蔫点持水量(16.7%)和总孔隙度(9.1%),降低土壤饱和导水率(38.7%) 以及土壤密度(0.8%)；同时可有效降低砂质土的饱和导水率，有助于增强风化、荒漠、干旱地区土壤的保水能力，提高黏质土的饱和导水率，减缓坡面产流对土壤的侵蚀。分析了生物炭对土壤持水性能的影响，发现生物炭施用导致土壤密度平均减少9%，粗质土壤的田间持水量和凋萎系数分别增加51%和47%，中等质地土壤的田间持水量和凋萎系数分别增加13%和9%，而质地细密土壤的田间持水量保持不变(＜1%)，凋萎系数下降5%，而有效含水量则分别增加45%、21%和14%，反映出生物炭对粗质土壤持水性能的提升更为明显。除了土壤类型、使用年限外，生物炭用量也是影响土壤相关物理性质的重要影响因素。黑土区的研究结果表明，土壤密度随生物炭施用量的增加而降低，土壤孔隙度、饱和含水率、田间持水量、凋萎系数 和有效含水量均与生物炭施用量正相关。总之，生物炭能够降低土壤密度，提高土壤团聚体稳定性，增加土壤持水性能和导水性能，增加土壤水分入渗，抑制水分水平运动，增大土壤水分特征参数，提高土壤含水量，降低水分波动性，提高土壤的保水能力。