施用生物炭對土壤熱性質(zhì)的影響及其機制研究.pdf

1、土壤熱性質(zhì)影響熱量在土壤中儲存和傳遞，影響土壤水熱運動及地表能量平衡，進而影響作物生長發(fā)育及土壤生物化學過程。施用生物炭可降低地表反射率，影響土壤溫度變化。土壤熱容量(C)、熱導率（λ）和熱擴散率(α)等熱特性是決定溫度等土壤熱狀況的內(nèi)在因素，而生物炭對C、λ和α等熱性質(zhì)的影響還鮮有深入研究。
　　本研究一方面通過室內(nèi)模擬試驗測定不同質(zhì)地C、λ和α等熱性質(zhì)在不同生物炭添加量處理的變化，并探究其影響機制;另一方面基于連續(xù)施用生物炭7

2、年的田間定位試驗，利用熱脈沖技術監(jiān)測了玉米和小麥不同生育期C、λ和α等熱性質(zhì)的變化及其與生物炭、土壤容重(ρb)和含水量(θv)之間的關系，并動態(tài)監(jiān)測了土壤5 cm溫度和10 cm熱通量的變化，探究了田間試驗條件下生物炭對土壤熱性質(zhì)的影響機制。室內(nèi)試驗共包括粘土、砂壤土和砂土三種質(zhì)地土壤，每種土壤包括B0（對照）、B1（1％生物炭，gg-1）、B3（3％生物炭，gg-1）和B5（5％生物炭，g g-1）四個處理。每種質(zhì)地土壤含水量涵蓋了

3、風干土含水量到飽和土含水量。田間試驗共包括CK（對照，不施用生物炭）、B4.5（施用生物炭4.5 t ha-1yr-1）和B9.0（施用生物炭9 t ha-1yr-1）三個處理。種植制度為小麥玉米輪作，土壤類型為砂質(zhì)壤土。主要結論如下:
　　(1)室內(nèi)模擬試驗條件下，不同質(zhì)地土壤熱容量均隨含水量增加呈線性增加?？傮w來看，生物炭對不同質(zhì)地某一特定含水量土壤熱容量沒有顯著影響。土壤容重和含水量一定時，生物炭所占土壤比例較小可能是導致熱

4、容量變化不顯著的原因。生物炭處理極顯著的降低了不同質(zhì)地土壤熱導率(P＜0.0001)，土壤熱導率隨著生物炭量的增加逐漸減低。在整個含水量范圍內(nèi)，粘土、砂壤土和砂土B1、B3和B5處理熱導率比B0處理分別平均降低了3.6％、6.6％、9.5％，5.0％、8.5％、14.5％和5.3％、10.2％、14.7％。生物炭自身較小熱導率、表面結構及生物炭與含水量之間的相互作用是導致熱導率降低的原因。生物炭對不同質(zhì)地風干土熱導率無顯著影響，風干土含

5、水量較低，顆粒與生物炭之間未形成水膜，生物炭對熱導率影響差異不顯著。整個含水量范圍內(nèi)，粘土、砂壤土及砂土熱擴散率隨含水量的增加先增加后減低?？傮w來說，生物炭處理顯著降低了不同質(zhì)地土壤熱擴散率(P＜0.0001)，粘土、砂壤土和砂土B1、B3和B5處理熱導率比B0處理分別平均降低了3.6％、6.6％、9.5％，4.2％、7.8％、14.1％和5.3％、10.2％、16.3％。生物炭自身較低的熱擴散率及較大的孔隙度引起土壤絕緣效應的增加是導

6、致熱擴散率降低的原因。
　　(2)田間試驗條件下，生物炭對土壤0-5 cm熱容量無顯著影響。施用生物炭顯著降低了土壤0-5 cm熱導率(P＜0.05)，與CK相比，B4.5和B9.0處理的土壤熱導率平均降低了8.0％和14.6％。施用生物炭顯著降低了土壤0-5 cm熱擴散率(P＜0.05)，與CK相比，B4.5和B9.0處理的土壤熱擴散率平均分別降低了6.0％和11.0％。以上土壤熱性質(zhì)的變化可以從生物炭自身性質(zhì)和土壤基礎物理性質(zhì)

7、（容重與含水量）變化兩個方面得到較好解釋，一方面，生物炭自身具有較小的熱導率和熱擴散率，以及相當于土壤有機質(zhì)和礦物質(zhì)比熱容2.14倍的比熱容，另一方面，生物炭能顯著降低土壤容重(5.5-10.6％)，但對土壤含水量沒有顯著影響。
　　(3)生物炭處理能調(diào)節(jié)土壤5cm深度溫度日變化。在白天溫度高時，生物炭能降低土壤溫度，夜間土壤溫度低時，生物炭可增加土壤溫度。在試驗期內(nèi)，4月、5月及8月土壤10cm熱通量日均值分別為21.79Wm-

8、2、14.14Wm-2和4.85W m-2，土壤吸收熱量向下傳輸。10月和11月份土壤熱通量日均值分別為-25.75W m-2和-22.99W m-2，土壤放熱。B4.5處理有降低白天熱通量增加夜間熱通量趨勢，B9.0處理對熱通量的影響差異較大。施用生物炭后，土壤熱通量最大值出現(xiàn)時間比CK處理延遲約1h，這與生物炭降低了土壤熱導率有關。
　　研究表明，生物炭自身熱性質(zhì)及表面結構能直接降低土壤熱導率和熱擴散率，也能通過降低土壤容重，