聶 瑾，趙保衛(wèi)，劉 輝，楊 哲，馬鋒鋒

（蘭州交通大學，環(huán)境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730000）

近年來，將作物秸稈在高溫、限氧條件下熱裂解所制備成的生物炭，因其具有較高穩(wěn)定性和吸附性，在固碳緩解全球變暖[1-3]、緩解土壤環(huán)境污染[4-5]等環(huán)境領域具有重要作用而被廣泛研究。此外，在農(nóng)業(yè)領域作為土壤改良劑或肥料的載體還田，還可以緩解由于長期過量使用化肥和高強度生產(chǎn)所導致的農(nóng)田土壤板結(jié)、土壤肥力下降問題[6]，提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)[7]。然而，生物炭的施入會加深土壤顏色并改變土壤質(zhì)地，影響地表土壤反照率[8-9]和熱性質(zhì)[10]，從而可能影響土壤溫度及其變化幅度[8，11]，間接干擾土壤的內(nèi)部活動及作物的生長發(fā)育[12-13]。

太陽輻射到達地面后，土壤熱量的儲存、傳導、分布取決于土壤熱性質(zhì)[14]。土壤熱性質(zhì)參數(shù)主要有：土壤導熱率、土壤熱容量、土壤熱擴散率。不同土壤的熱性質(zhì)不同，導熱和貯熱能力存在差異，因而不同土壤吸收一定的熱量后其溫度增減幅度不同[15]。土壤的熱性質(zhì)主要受質(zhì)地、容重和水力特征的影響[16]，土壤中的水分運動和熱量傳輸是一個不可分割的統(tǒng)一系統(tǒng)。生物炭施入土壤會改變土壤的質(zhì)地、容重和水力特性，間接導致土壤熱性質(zhì)的變化[17]，但在田間情況下，生物炭主要是以何種方式影響土壤熱性質(zhì)還不明確。黃土高原地區(qū)是中國干旱區(qū)和濕潤區(qū)的過渡帶，水土流失嚴重，植被稀疏，對氣候變化敏感，土壤熱狀況是影響地表能量平衡進而影響黃土地區(qū)下墊面結(jié)構(gòu)的重要因素[18-19]，土壤熱狀況由溫度反映。張陽陽等[8]通過田間試驗研究表明，裸地條件下當生物炭施加量為0.5、4.5 kg·m-2（即5、45 t·hm-2）時，地表反照率較對照的最大降幅分別為24.3%、26.7%，但對土壤溫度均無顯著影響，該研究未探討生物炭施入后對土壤熱性質(zhì)的影響。劉志鵬等[17]通過設置3個生物炭施用量水平（0、25、50 t·hm-2）進行田間區(qū)組試驗發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈生物炭能顯著降低田間土壤的導熱率和熱擴散率，但該研究未探討熱性質(zhì)變化后土壤溫度對其的響應?，F(xiàn)階段，生物炭應用導致土壤熱性質(zhì)改變進而對土壤溫度產(chǎn)生何種影響的研究較少，且主要集中于在實驗室模擬，基于休耕期西北黃土田間試驗的研究也較為缺乏。

因此，本研究通過設置不同施用量的小麥秸稈生物炭進行田間小區(qū)試驗，原位測定休耕期農(nóng)田土壤的含水率、溫度以及各熱性質(zhì)參數(shù)等，研究生物炭施加對農(nóng)田土壤熱狀況的影響，為生物炭在西北黃土地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應用和生態(tài)治理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗田位于甘肅省蘭州市安寧區(qū)北環(huán)路保利領秀山（36°6′37″N，103°44′22″E），當?shù)貙儆跍貛Т箨懶詺夂?，年平均氣?0.3℃，年平均降水量327 mm，主要集中在6～9月，年均蒸發(fā)量為900 mm，年平均日照時數(shù)為2446 h，年總輻射量為5314～7212 MJ·cm-2，無霜期為180 d。地帶性土壤以栗鈣土、灰鈣土為主，少數(shù)地帶為黑麻土和黃綿土，結(jié)構(gòu)性差，透水透氣性差。試驗區(qū)0～20 cm土壤的基本理化性質(zhì)見表1。

表1 土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 研究方法

試驗所使用的小麥秸稈生物炭由江蘇麥科特炭業(yè)公司提供，500℃溫度下碳化6 h。生物炭基本性狀見表2。參考已有關于生物炭合理施用量的研究結(jié)果[8，17]，本試驗設置3個處理：0 kg·m-2（BC0）、1 kg·m-2（BC1）、4 kg·m-2（BC4），每個處理設置3個重復，共計9個試驗小區(qū)。采用隨機區(qū)組設計，每個小區(qū)面積2.4 m×2 m=4.8 m2，各小區(qū)之間設寬0.2 m的地壟防止小區(qū)間相互干擾。小麥秸稈生物炭于2019年10月11日一次性均勻施入各試驗小區(qū)，后期不再追施。施撒生物炭前使用小型翻耕機對試驗田進行翻耕，將生物炭均勻施入各試驗小區(qū)后，再次使用翻耕機將生物炭均勻混合至0～20 cm土層。休耕試驗期內(nèi)不進行人工澆水。

表2 生物炭的基本理化性質(zhì)

1.3 測試方法

為避免不良氣象因素對測量的影響，測定選在晴朗少云或無云的12：00～13：00，使用Acclima SDI-12 Sensor Reader 原位測定0～20 cm土壤溫度及含水率，使用便攜式土壤熱物性測量儀KD2 Pro原位測定0～5 cm土壤熱容量、導熱率、熱擴散率及溫度，每個小區(qū)隨機選取3個測量點，測量頻率為2 min。試驗期內(nèi)共進行9次測量，其中第3次（2019年10月16日）由于其他原因只保留含水率數(shù)據(jù)。使用環(huán)刀（直徑5 cm，容積100 cm3）在每個處理小區(qū)內(nèi)隨機采集0～10 cm表層原狀土壤樣品2個，所有原狀土壤樣品使用烘箱在105℃下烘干24 h后測定土壤容重。

生物炭基礎理化性質(zhì)的測定根據(jù)《木質(zhì)活性炭試驗方法》（GB/T 12496.19-2015）進行測定。土壤基礎理化性質(zhì)按照《土壤檢測》（NY/T 1121.11-2006）進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010進行整理，用SPSS 22.0進行相關性分析，用Origin 8.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭施入對土壤容重的影響

生物炭施加對農(nóng)田土壤容重的影響如圖1所示。試驗期內(nèi)BC1和BC4處理的土壤容重較BC0均有所下降，BC0處理的容重變化范圍為1.22～1.31 g·cm-3，BC1處 理 比BC0處 理 降低了0.5%～7%，BC4處理比BC0處理降低了2%～11%。BC0、BC1、BC4的容重平均值依次為1.27、1.23、1.20 g·cm-3，說明土壤容重隨生物炭施加量的增大而減小。

圖1 生物炭輸入對土壤容重的影響

2.2 生物炭施入對土壤含水率的影響

試驗期內(nèi)共有兩次有效降水（2019年10月14日降雨、2019年12月3日降雪），其中12月4日與8日的兩次測量凍結(jié)較明顯。圖2為生物炭施加對田間土壤含水率的影響。試驗期內(nèi)BC0、BC1、BC4處理的含水率變化范圍依次為11.3%～18.6%、10.9%～16.3%、10.7%～17.3%，含水率平均值依次為14.2%、13.7%、13.9%。從圖2可以看出，在無降水休耕期（2019年10月16日～12月4日），土壤含水率隨生物炭施加量的增大而減少，表現(xiàn)為BC0＞BC1＞BC4；而在低溫凍融期（2019年12月8日～12月18日），土壤含水率隨生物炭施加量增大而增大，含水率梯度關系為BC4＞BC1＞BC0。

圖2 生物炭輸入對土壤含水率的影響

各處理的含水率在整個試驗期內(nèi)變化趨勢一致，最大值均出現(xiàn)在降水后第1 d（2019年10月16日），最小值出現(xiàn)在降雪后第1 d（2019年12月4日），各處理的土壤含水率均在降水前后變化劇烈，受降水影響升降明顯。在無降水休耕期（2019年10月16日～12月3日），即沒有地面入滲補給的條件下，各處理的土壤含水率均單向減少，降雪后15 d內(nèi)的低溫凍融期（2019年12月4日～18日），各處理的土壤含水率均逐步提升。

2.3 生物炭施入對土壤熱容量的影響

生物炭施加對土壤熱容量的影響如圖3所示。BC0處理的土壤熱容量變化范圍為1.34～2.02 MJ·m-3·K-1，BC1處理的土壤熱容量較BC0降低范圍為2%～33%，而BC4處理較BC0處理降低了1%～17%。施炭處理整體降低了土壤熱容量，在無降水、無凍結(jié)的條件下，各處理的土壤熱容量大小關系均為BC0＞BC4＞BC1，呈不對稱的“V”形。各處理的土壤熱容量與含水率之間的相關系數(shù)如表3所示。整個試驗期內(nèi)，BC1與BC4處理的熱容量與含水率呈顯著正相關關系，相關系數(shù)分別為0.867**、0.791*。

圖3 生物炭輸入對土壤熱容量的影響

表3 熱容量、導熱率、熱擴散率與土壤含水率的Pearson相關系數(shù)

2.4 生物炭施入對土壤導熱率的影響

農(nóng)田土壤導熱率的變化如圖4所示。試驗期BC0處理的土壤導熱率為0.34～0.88 W·m-1·K-1，BC1處理的導熱率變化范圍為0.30～0.82 W·m-1·K-1，相較于BC0處理降低了3%～24%；BC4處理的導熱率為0.25～0.79 W·m-1·K-1，較BC0處理降低了10%～25%。在無降水和無凍結(jié)條件下，導熱率大小關系均為BC0＞BC1＞BC4。未施炭處理的土壤導熱率始終大于施炭處理，即施加生物炭能降低田間土壤導熱率。各處理的土壤導熱率與含水率之間呈顯著正相關關系（P＜0.01，表3）。

圖4 生物炭輸入對土壤導熱率的影響

2.5 生物炭施入對土壤熱擴散率的影響

試驗期內(nèi)土壤熱擴散率的變化如圖5所示。試驗期內(nèi)BC0處理的土壤熱擴散率變化范圍為0.256～0.503 mm2·s-1，BC1處理的土壤熱擴散率比BC0降低了4%～14%，BC4處理較BC0處理降低了4%～25%。除第1次測量外，各處理的土壤熱擴散率大小關系均為BC0＞BC1＞BC4，生物炭施加顯著降低了土壤的熱擴散率。各處理的熱擴散率在10月16日（降水后第1 d）達到峰值，12月4日（降雪后第1 d）為谷值。各處理的土壤熱擴散率與含水率之間呈顯著正相關關系（P＜0.05，表3）。

圖5 生物炭輸入對土壤熱擴散率的影響

2.6 生物炭施入對土壤溫度的影響

試驗期內(nèi)生物炭對5和20 cm段土壤溫度的影響如圖6所示。BC0處理的5 cm段土壤溫度變化范圍為0.30～24.40℃，最大值在10月，最小值在12月。自2019年11月起，試驗田5 cm段土壤溫度大小均表現(xiàn)為BC1＞BC0＞BC4，即隨生物炭施加量的增加先升高后降低，呈倒“V”形，與圖3熱容量所呈現(xiàn)的“V”形響應。BC0、BC1及BC4處理5 cm段平均土壤溫度依次為10.64、11.35、10.84℃，BC1處理比BC0處理高7%，BC4處理比BC0處理高2%。試驗期內(nèi)各處理的20 cm段土壤溫度均高于5 cm段土壤溫度，且各處理的20 cm段土壤溫度在試驗期內(nèi)差異極小，除施炭后第1次（2019年10月12日）及最后1次測定（2019年12月18日）外，施炭處理的20 cm段土壤溫度都低于BC0處理，溫度均表現(xiàn)為BC0＞BC1＞BC4，施炭處理可顯著降低20 cm段土壤溫度。BC0處理的20 cm段土壤溫度最大值為35.21℃，最小值為15.10℃，BC0、BC1和BC4處理的20 cm段土壤溫度平均值依次為23.00、22.82、22.71℃，BC1、BC4處理較BC0處理分別降低0.8%、1%。不同生物炭處理的土壤熱參數(shù)與土壤溫度的相關系數(shù)如表4所示。各處理的導熱率與土壤溫度均顯著正相關（P＜0.05），且BC0處理的土壤導熱率與土壤溫度呈極顯著相關（P＜0.01）；熱擴散率與5和20 cm段土壤溫度均呈極顯著正相關（P＜0.01）；對于熱容量，BC1處理的熱容量與5 cm段土壤溫度顯著相關（P＜0.05）。此外，5 cm段土壤溫度的季節(jié)差異明顯，而20 cm段土壤溫度隨季節(jié)變化不明顯。

圖6 生物炭輸入對5和20 cm土壤溫度的影響

表4 熱容量、導熱率、熱擴散率與土壤溫度的Pearson相關系數(shù)

3 討論

3.1 生物炭施入對土壤容重的影響

小麥秸稈生物炭的施加能夠顯著降低田間土壤的容重。首先，生物炭的容重一般在0.09～0.5 g·cm-3之間，遠低于土壤容重，生物炭施入土壤對容重造成稀釋作用，導致土壤容重降低[20-22]。生物炭自身質(zhì)地疏松多孔，土壤中施加生物炭后總孔隙度增加，空氣占比提高，固相顆粒占比降低，直接改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重[20，23]；其次，生物炭可增加微生物活性及菌根數(shù)量，促進團聚體的形成和穩(wěn)定性，有效改善土壤結(jié)構(gòu)，間接降低土壤容重[24]；本試驗結(jié)果與前人的研究結(jié)果基本一致。

3.2 生物炭施入對土壤含水率的影響

在休耕期無地面入滲補給的條件下（2019年10月16日～12月4日），土壤含水率隨生物炭施加量的增大而減少。造成這種現(xiàn)象的原因，一方面是生物炭的添加總體增大了土壤的孔隙度，使得土壤毛管作用減弱以及持水力減小[25]；另一方面，添加生物炭能引起地表土壤溫度升高[26]，進而增加土壤水分的蒸發(fā)，使得土壤水分降低。溫度會影響土壤中的水汽擴散以及土壤水分的粘滯系數(shù)[27]，因而溫度的增減會影響土壤含水率。低溫凍融期（2019年12月4日～18日），土壤含水率隨生物炭施加量增大而增大，這可能是因為小麥秸稈生物質(zhì)炭的親水性表面積和孔隙度都較大，水分吸附在生物炭表面，儲存于其微孔內(nèi)[28]，且凍融低溫條件下蒸發(fā)作用相對較弱，生物炭施加使得土壤養(yǎng)分含量增高，阻礙熱量向蒸發(fā)面的傳遞，降低水分蒸發(fā)速率[29]，從而增大了土壤含水率。綜上，在休耕期無降水補給的較高溫度下，施加生物炭促使水分蒸發(fā)起主導作用，水分蒸發(fā)量大于持水量，因而使含水率隨生物炭施加量的增大而降低；低溫凍融條件下，生物炭的持水能力高于蒸散能力而占主導作用，綜合作用表現(xiàn)為含水率隨生物炭施加量的增加而增大。

自然條件下，土壤含水率的變化主要受降水及蒸散發(fā)等因素制約[30]，西北地屬干旱、半干旱地帶，日照強烈，年蒸發(fā)量大于降水量。在本研究中，各處理的含水率在無降水休耕期因蒸散作用均單向減少，與前人的研究結(jié)果基本一致[31-32]。各處理的土壤含水率均在降水前后升降明顯，說明田間淺層土壤含水率在休耕期的波動還受降水影響。降雪后15 d內(nèi)的低溫凍融期（2019年12月4日～18日），各處理的土壤含水率均逐步提升，可能是受土壤水分凍結(jié)的影響。當土壤發(fā)生單向凍結(jié)時，水分從土壤暖端（深層）向冷端（表層）轉(zhuǎn)移[33]，因此凍融期土壤上層的含水率較凍結(jié)前高。此外，壤土的持水性較強[33]，在發(fā)生凍結(jié)時，土壤表層的水分汽化脫離土壤量相對較少，從土壤深層遷入到表層的水量大于汽化量，導致凍結(jié)后各處理的含水率均有所增加。綜上，說明了休耕期田間土壤含水率還與凍結(jié)有關。

3.3 生物炭施入對土壤熱容量的影響

土壤的熱容量是單位體積或質(zhì)量的土壤溫度升高或降低1℃時所吸收或放出的熱量，是包括礦物質(zhì)、有機質(zhì)、水分（或溶液）及空氣等在內(nèi)的所有組分的熱容量之和。生物炭具有高于土壤本身礦質(zhì)顆粒的熱容量，施入能顯著提高土壤熱容量[34]，但由于增大了土壤的孔隙度，降低了土壤容重，也能導致土壤熱容量的降低[17]。研究表明，容重一定時，體積熱容量是土壤含水率的函數(shù)[16]。馬效松等[35]研究了不同含水率條件下，熱容量隨生物炭施加量的變化，結(jié)果表明在含水率相同時，土壤體積熱容量隨生物炭施加量的增加而降低。本研究中，各處理的土壤熱容量在降水前后升降迅速，原因是水分的滲入擠占了土壤結(jié)構(gòu)中的原有空氣，且水的熱容量遠高于空氣的熱容量，因而土壤熱容量迅速上升；之后隨水分的蒸發(fā)，熱容量逐漸降低。說明在田間條件下，土壤熱容量對降水的響應敏感。研究期內(nèi)，降水后第1 d各含水率均處于峰值時，熱容量隨生物炭含量的增大而增大，此外均表現(xiàn)為施炭整體降低了農(nóng)田土壤熱容量，這可能是因為雨后各處理的含水率較高且接近飽和時，生物炭自身的高熱容量對土壤熱容量的直接提高作用占主導；而當土壤含水率相對較低時，生物炭通過降低農(nóng)田土壤含水率間接降低土壤熱容量起主要作用。本研究中，在無降水休耕期（2019年10月18日～11月21日），BC1處理較BC4處理對熱容量的降低作用更大，可能是由于田間條件下，外界影響因素較多，表層土壤水熱交替劇烈，生物炭自身較高熱容量引起的正效應與降低含水率及增大孔隙度所引起的負效應存在相互抵消，即當生物炭施加量較低，為1 kg·m-2時，降低含水量引起的負效應起主要作用；當施加量較高，為4 kg·m-2時，生物炭自身高熱容量引起的正效應抵消了部分降低作用，呈現(xiàn)BC4處理的熱容量高于BC1。此外在凍融期（2019年12月4～18日），也可能是因為農(nóng)田土地凍結(jié)與融化情況不均勻，測量點凍融差異導致熱容量變化規(guī)律與前人研究結(jié)果有所不同。

3.4 生物炭施入對土壤導熱率的影響

施用生物炭導致的孔隙結(jié)構(gòu)和含水率的變化以及疏水表面結(jié)構(gòu)是導致休耕期農(nóng)田土壤導熱率降低的原因。首先，當生物炭施入土壤后，增大了農(nóng)田土壤的孔隙度且有效改善土壤的通氣性。土壤空氣含量高意味著土壤顆粒之間相互接觸減少，土壤顆粒間接觸熱阻率增大[29]，導致熱量傳遞緩慢，導熱率減小。其次，生物炭表面的芳香結(jié)構(gòu)能提高自身斥水性，從而提高土壤斥水性，降低農(nóng)田土壤導熱率[36]。馬欣等[37]分析了黃土高原地區(qū)土壤含水量和土壤熱參數(shù)的變化特征，發(fā)現(xiàn)土壤熱性質(zhì)隨含水率變化最明顯。在本研究中，土壤導熱率與土壤含水率變化趨勢一致，也說明了土壤導熱率還與含水率相關。本試驗中，12月BC0和BC4處理的導熱率迅速增大可能是降雪后低溫導致的土壤水分凍結(jié)所致。由于溫度降低使土壤中液態(tài)水轉(zhuǎn)化為固態(tài)冰，而冰的導熱率（2.16 W·m-1·K-1）是水的4倍[35]，因此各處理的導熱率均升高。10月16日BC1處理的導熱率低于BC4處理的導熱率可能是因為當天土壤BC1處理的含水率低于BC4處理，而田間土壤導熱率對含水率響應敏感所致。12月8日BC1處理的導熱率顯著低于BC4處理可能是因為農(nóng)田土地凍結(jié)與融化情況不均勻，測量點的凍融差異所致。

3.5 生物炭施入對土壤熱擴散率的影響

熱擴散率是熱容量和導熱率的函數(shù)，因而熱擴散率也隨孔隙度和含水率變化而變化。在本田間試驗中，生物炭顯著降低了土壤熱擴散率，究其原因，一方面是生物炭自身的熱擴散率較小，另一方面，生物炭施加造成土壤含水率降低，間接導致土壤熱擴散率降低。生物炭的施加增大了土壤總孔隙度，也提高了土壤有機質(zhì)含量，改善了農(nóng)田土壤的土墑條件。而質(zhì)地輕、土墑條件越好的土壤熱量傳遞越慢，熱擴散率值也越低[38]，因而試驗期內(nèi)，生物炭添加使農(nóng)田土壤的熱擴散率顯著降低，且生物炭施加量越多，對熱量擴散的阻礙作用就越強。本試驗中，土壤熱擴散率與土壤含水率變化趨勢一致，呈顯著正相關關系，說明土壤熱擴散率變化與含水率密切相關，這與前人的研究結(jié)果基本一致[39-40]。土壤熱容量和導熱率均受含水率影響較大，因而前期和中期的熱擴散率與含水率的變化趨勢相一致，但12月受降雪土壤凍結(jié)和生物炭施加的影響，熱容量和導熱率的變化幅度不同，綜合作用導致凍結(jié)后不同處理的熱擴散率呈現(xiàn)與二者不同的變換趨勢。

3.6 生物炭施入對土壤溫度的影響

已有研究表明在田間自然條件下，生物炭添加到土壤后對土壤溫度的影響不是單純增加或降低，而是具有“削峰填谷”的作用，即在夏季的中午降低土壤溫度，但在冬季又可增加土壤溫度。在本試驗中，生物炭顯著降低了土壤導熱率和熱擴散率，即施用生物炭后在通過相同熱量的條件下土壤溫度變化緩慢了，這也為生物炭對土壤溫度的“削峰填谷”作用提供了解釋依據(jù)。

試驗田地屬黃河上游地區(qū)，10月至翌年5月期間，深層土壤向表層土壤釋放熱量，其余月份則主要為表層土壤向深層土壤傳導熱量[41]，較深層土壤溫度變化的原因主要是輻射累積[37]。本研究中，隨著生物炭量的增加，20 cm段土壤溫度逐漸降低，可能是因為生物炭的施加阻礙了深層土壤向該層土壤的熱量傳導。對于熱容量不同的土壤而言，當相等的熱量進入土壤后，熱容量大的土壤升溫小，熱容量小的土壤升溫大。試驗期內(nèi)生物炭施加對5 cm段土壤溫度的影響沒有明顯的規(guī)律性，但多次表現(xiàn)出隨生物炭施加量的增加呈先升高后降低的趨勢，這主要是因為BC1處理的熱容量值低于BC0及BC4處理，而熱容量值低的土壤升溫快，因此呈現(xiàn)為BC1處理的5 cm段土壤溫度高于BC0和BC4處理。一方面，生物炭施加降低了地表反照率，使地表吸收的太陽輻射增加，導致地表溫度升高，因此BC1處理的5 cm段土壤溫度高于BC0處理；另一方面，溫度升高促進農(nóng)田土壤水分的蒸發(fā)，水汽上升所消耗的太陽輻射能量增加，又使地表溫度下降，BC4處理較BC1處理蒸發(fā)劇烈，導致BC1＞BC4，加之BC4處理對深層土壤向上層土壤傳導熱量的阻礙效果強于BC1處理，也導致BC1＞BC4。5 cm段土壤溫度的季節(jié)差異明顯，而20 cm段土壤溫度隨季節(jié)變化不明顯，主要是因為5 cm段土壤溫度受近地表氣溫影響相對較大。

生物炭的施加會通過影響土壤熱性質(zhì)進而影響土壤溫度，同時土壤溫度的差異也會反過來影響土壤熱性質(zhì)參數(shù)。含水率的變化會引起土壤溫度的變化，土壤溫度同時也會反過來影響土壤水的運移及形態(tài)，維持土壤水熱狀況的動態(tài)平衡。

4 結(jié)論

在休耕期無降水條件下，農(nóng)田土壤的容重和含水率均隨生物炭用量的增加而降低，而在低溫凍融期，土壤含水率隨生物炭含量的增加而增大，表明生物炭對休耕期田間土壤含水率有“削峰填谷”的作用。土壤導熱率和熱擴散率隨生物炭施加量的增加而降低，而熱容量隨生物炭施加先減小后增大，且試驗期內(nèi)土壤熱容量、導熱率、熱擴散率的波動均與土壤含水量的變化具有一致性，相關性分析也表明不同處理的各熱性質(zhì)參數(shù)均與土壤含水率顯著相關，但與土壤容重相關性不大，說明小麥秸稈生物炭主要通過影響土壤含水率進而影響土壤熱參數(shù)。而含水率隨降水和凍結(jié)有明顯波動，且在無降水休耕期單向減少，即休耕期田間土壤熱參數(shù)差異除受生物炭影響以外，同時還間接受蒸散、降水和凍結(jié)的影響。

對于5 cm段土壤，當生物炭施加量為1 kg·m-2時對其有增溫作用，施加量為4 kg·m-2時對其有降溫作用，受季節(jié)影響波動較大；對于20 cm段土壤，其溫度受近地表氣溫影響較小，隨生物炭施加量的增大而減小，即生物炭阻礙了休耕期農(nóng)田土壤熱量向上傳導。在田間條件下，生物炭能通過影響土壤熱性質(zhì)來實現(xiàn)對農(nóng)田土壤溫度的調(diào)節(jié)。農(nóng)田土溫變化是各因素綜合作用的結(jié)果，因此，應綜合考慮生物炭對土壤光熱參數(shù)的影響，從而揭示生物炭對西北農(nóng)田土壤熱狀況的影響。