非灌溉季節(jié)施加生物炭對滴灌棉田土壤結(jié)構(gòu)及水熱特性的影響

鄒瑞晗， 呂德生， 王振華， 朱 艷， 宗 睿

(1.石河子大學水利建筑工程學院，新疆 石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室，新疆 石河子 832000)

土壤生產(chǎn)能力的合理補償與良性循環(huán)利用是確保旱作區(qū)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的關鍵技術。新疆是我國典型的干旱綠洲區(qū)，綠洲農(nóng)業(yè)正處于由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過渡的時期，高強度的土地資源開發(fā)加之原本脆弱的生態(tài)環(huán)境使得綠洲土壤貧瘠化、沙化、鹽堿化現(xiàn)象愈發(fā)嚴重，土壤結(jié)構(gòu)隨之變差，退化現(xiàn)象嚴重。北疆也是我國典型的季節(jié)性凍土區(qū)，非灌溉季節(jié)的凍融過程對棉田土壤的侵蝕會破壞土壤環(huán)境，降低土壤生產(chǎn)力。因此，促進土壤聚溫保墑，降低凍融作用產(chǎn)生的侵蝕影響，改善土壤結(jié)構(gòu)對滴灌棉田的可持續(xù)利用至關重要。

土壤中許多生物物理和化學過程，如CO排放、有機物分解和植物生長等均與土壤水分條件有關。土壤溫度則通過影響農(nóng)田土壤水分狀況、碳平衡、養(yǎng)分吸收與利用、微生物以及酶活性等，進而影響作物的生長發(fā)育狀況。生物炭具有孔隙結(jié)構(gòu)多、高陽離子交換量和大比表面積的特點，其特殊的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，在改善土壤環(huán)境和緩解農(nóng)田生產(chǎn)力的壓力和風險方面具有巨大潛力。Akhtar等發(fā)現(xiàn)，生物炭可以增加番茄產(chǎn)量和土壤貯水量；馬效松等發(fā)現(xiàn)，在凍結(jié)與非凍結(jié)條件下，土壤導熱系數(shù)均隨生物炭含量增加而降低，施加生物炭能夠降低土壤溫度波動性；魏永霞等發(fā)現(xiàn)，施加生物炭可顯著提高土壤孔隙度、降低土壤容重、優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)。但也有研究表明，添加過量的生物炭(60 t/hm)會導致土壤含水量和田間持水能力降低，并抑制作物的生長和產(chǎn)量。

目前，生物炭對土壤的改良作用研究大多在灌溉季節(jié)進行，一些研究者開始考慮凍融條件對生物炭改良土壤的影響。Tan等指出，經(jīng)過凍融循環(huán)后，生物炭的許多結(jié)構(gòu)性孔隙被堵塞，比表面積減少了21.67%，C含量降低了13.47%，凍融過程會加速生物炭的老化。而叢銘認為，老化生物炭可能比新鮮生物炭更有利于土壤改良。付強等發(fā)現(xiàn)，生物炭處理下的土壤凍結(jié)期凍結(jié)速率降低了0.14 cm/d，融化期土壤含水率增加了1.44%。目前，凍融條件下生物炭對土壤改良的效果研究大多是在受控的室內(nèi)試驗條件下進行的，在自然凍融環(huán)境中對土壤影響的研究較少。考慮到新疆棉田翻耕大多在灌溉季節(jié)結(jié)束后，且凍融作用對生物炭理化特性有老化影響，有必要結(jié)合北疆地區(qū)典型的季節(jié)性凍融條件和新疆棉田特殊的非灌溉季節(jié)翻耕制度，探究非灌溉季節(jié)施加生物炭對新疆棉田土壤結(jié)構(gòu)和水熱特性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年11月至2021年4月在新疆石河子大學現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團重點實驗室暨石河子大學節(jié)水灌溉試驗站進行。試驗區(qū)位于新疆生產(chǎn)建設兵團第八師石河子市西郊石河子大學農(nóng)試場二連(86°03′47″E，44°18′28″N，海拔450 m)，屬溫帶大陸性氣候，灌溉季節(jié)升溫快，晝夜溫差大且干旱少雨，蒸發(fā)強烈，極端高最氣溫可達43 ℃，年均日照時間約2 950 h，多年平均降水量210 mm左右，非灌溉季節(jié)寒冷多雪。試驗區(qū)2020—2021年非灌溉季節(jié)降水總量57.5 mm，極端最低氣溫可達-34 ℃，平均積雪厚度20 cm，最大積雪厚度達40 cm，年均無霜期165天，年平均風速1.5 m/s，2020年11月表層土壤開始凍結(jié)，2021年2月基本達到最大凍結(jié)深度，至2021年4月土壤完全融化。非灌溉季節(jié)氣溫和降水量見圖1。

圖1 非灌溉季節(jié)氣溫和降水量

試驗前滴灌種植作物為棉花，2020年4月底播種，10月初采收，試驗田地下水埋深8 m以下，土壤質(zhì)地為壤土，黏粒、粉粒、砂粒含量分別為12.88%，38.82%，48.30%，耕層土壤容重1.54 g/cm，顆粒密度2.63 g/cm，土壤固、液、氣相占比分別為61.50%，16.50%，22.00%。

1.2 試驗設計及指標測定

試驗區(qū)域內(nèi)設置15塊12 m×4 m的相鄰樣地，按0，15，30，45，60 t/hm施加生物炭的5個梯度設置B、B、B、B、B處理，生物碳由機械均勻翻耕至0—40 cm土壤中，每個施炭量3塊樣地重復，非灌溉季節(jié)過程中保留原始積雪不做干擾。生物炭采用水稻秸稈炭(購自鎮(zhèn)江澤地農(nóng)業(yè)生物科技有限公司)。生物炭容重0.4 g/cm，比表面積82.7 m/g，灰分占比16.50%，CEC為16.40 cmol/kg，導熱系數(shù)為0.172 W/(m·K)，體積熱容量為2.3 J/(cm·K)。自表層土壤開始凍結(jié)進入快速凍結(jié)期(40天)，至達到最大凍結(jié)深度開始進入穩(wěn)定凍結(jié)期(74天)，自最大凍結(jié)深度土壤開始融化為進入融化期(107天)，至表層土壤完全融化(139天)為融化期結(jié)束，即凍結(jié)前期為0～39天，快速凍結(jié)期為40～74天，穩(wěn)定凍結(jié)期為75～107天，融化期為108～139天。

每個試驗區(qū)內(nèi)埋設土壤溫度動態(tài)采集系統(tǒng)(YM-GS，邯鄲創(chuàng)盟電子科技有限公司)，每隔1 h傳輸1次數(shù)據(jù)，用以測定20，40，60，80 cm土壤溫度，融后(152天)使用體積為100 cm環(huán)刀以10 cm為1層采取原狀土樣測定土壤三相比例、容重和顆粒密度。土壤含水率自試驗開始每15天取樣1次，采用烘干法測定，土壤容重及土壤三相比例在試驗結(jié)束前取樣并通過土壤三相測定儀(DIK-1150，上海澤泉科技有限公司)測定；土壤導熱系數(shù)和體積熱容量使用土壤熱特性分析儀(TEMPOS，北京力高泰科技有限公司)測定。

1.3 數(shù)據(jù)計算

通過土壤容重計算土壤總孔隙度(cm/cm)，三相比例計算廣義土壤結(jié)構(gòu)指數(shù)GSSI和土壤三相結(jié)構(gòu)距離指數(shù)STPSD。計算公式為：

GSSI=((-25)××)04769

STPSD=(-50)+(-50)(-50)+(-50)

式中：為土壤顆粒密度2.63 g/cm；為土壤固相體積百分比(>25%)；為土壤液相體積百分比(>0)；為土壤氣相體積百分比(>0)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 26.0軟件進行單因素ANOVA差異分析，處理間顯著性差異使用LSD最小顯著差數(shù)法進行檢驗；皮爾遜(N)相關性系數(shù)分析各指標之間的相關性，并對土壤水熱特性和物理結(jié)構(gòu)相關指標進行主成分分析。圖表繪制使用Origin 2021軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭施加量對土壤總孔隙度及三相比例的影響

由表1可知，隨施炭量增加0—40 cm土壤平均固相比例降低，氣相比例增加，液相比例先增加后降低。與B相比，B、B和B處理土壤固相比例分別顯著降低5.83%，6.96%，10.74%(<0.05)；B和B處理土壤平均液相顯著增加1.74%和1.89%，而B處理則顯著降低0.54%(<0.05)；B、B和B處理土壤平均氣相比例顯著增加4.09%，5.06%，11.28%(<0.05)。土壤總孔隙度隨施炭量增加而增加，與B相比，B、B和B處理顯著增加7.12%，10.05%，12.05%。土壤GSSI值隨施炭量增加先增加后降低，B、B、B和B處理較B顯著增加2.37%，4.93%，5.36%，4.00%(<0.05)。土壤STPSD值隨施炭量增加先降低后增加，B和B處理顯著降低24.37%和25.47%，而B處理則顯著增加19.88%(<0.05)。

表1 不同生物炭處理下土壤三相比例、總孔隙度、GSSI及STPSD

2.2 生物炭施加量對土壤含水率的影響

由圖2可知，0—10，10—20，20—30，30—40 cm土壤含水率在凍結(jié)前和快速凍結(jié)期總體呈現(xiàn)下降趨勢，0—20 cm土壤含水率在融化期先上升后下降，20—40 cm土壤含水率則呈上升趨勢。與B處理相比，僅B處理快速凍結(jié)期在0—40 cm土壤含水率均有顯著性變化(<0.05)，分別顯著提高1.04%，0.86%，1.68%和1.14%。在穩(wěn)定凍結(jié)期，除B處理在20—30 cm處土壤含水率與B處理相比顯著提高1.68%外(<0.05)，其余各處理0—40 cm土壤含水率無顯著性差異。融后，B、B處理0—40 cm土壤含水率與B處理相比均有顯著性變化(<0.05)，0—10 cm分別顯著增加2.81%和3.44%，10—20 cm分別顯著增加1.73%，1.69%；20—30 cm分別顯著增加1.8%，2.57%；30—40 cm分別顯著增加2.11%，2.9%；相較于B處理，B、B、B、B處理融后0—40 cm土壤平均含水率增加1.07%，2.11%，2.65%，1.20%。

2.3 生物炭施加量對土壤導熱系數(shù)、體積熱容量和溫度的影響

由圖3可知，施炭處理的溫度變化與B的趨勢相似，淺層土壤溫度最低，并隨土壤深度的增加而增加。在快速凍結(jié)期間，5個處理的0—20 cm土層于同一時間(40天)開始凍結(jié)；B、B處理的20—40 cm土層先開始凍結(jié)(50天)，B、B、B處理于55天開始凍結(jié)。在穩(wěn)定凍結(jié)期，與B相比，B、B、B處理在0—20 cm土層的最低溫度與B相比分別增加了0.34，2.15，1.78 ℃，而B處理則降低了1.78 ℃(圖4)；20—40 cm土層增加了0.08，1.99，1.4 ℃，而B處理降低了1.05 ℃(圖4)。B處理最大凍結(jié)深度超過80 cm，B、B、B處理小于80 cm，B處理小于60 cm(圖3)。在融化期，0—20 cm土層融化順序為B(107天)、B(130天)、B(134天)、B(134天)、B(138天)；B、B、B、B、B處理的凍結(jié)時長分別為98，94，67，90，94天；20—40 cm土層融化順序為B(110天)、B(113天)、B(122天)、B(124天)、B(133天)；B、B、B、B、B處理的凍結(jié)時長分別為83，67，55，58，74天。非灌溉季節(jié)B、B、B處理在0—20 cm土層最大溫差值與B相比減少0.03，2.02，1.71 ℃，而B處理則增大2.97 ℃；20—40 cm土層減少0.47，2.13，1.75 ℃，而B處理則增大0.11 ℃(圖4)。

注：誤差線表示標準誤差(n=3)。

圖3 不同生物炭處理下溫度的垂直分布

圖4 不同生物炭處理下土壤溫度極值量

在凍結(jié)期(施炭后45天)，土壤導熱系數(shù)隨施炭量的增加先減少后增加；B、B處理與B處理相比有顯著性降低(<0.05)，分別顯著降低了22.73%，18.18%(圖5)。土壤體積熱容量隨施炭量增加而增加，B、B、B處理與B處理相比土壤體積熱容量均顯著性增加(<0.05)，分別顯著增加了7.18%，11.00%，12.44%。在融化期(施炭后135天)，土壤導熱系數(shù)隨施炭量增加先減小后增加，與B處理相比，B、B處理下土壤導熱系數(shù)均顯著降低15.69%(<0.05)。土壤體積熱容量隨施炭量增加先減小后增加，與B處理相比，B、B、B、B處理土壤體積熱容量均有顯著性降低(<0.05)，分別顯著降低5.23%，12.20%，19.16%，12.54%。

2.4 不同處理間綜合評價

為評價非灌溉季節(jié)不同生物炭施加量對土壤影響效果的優(yōu)劣，選取土壤三相結(jié)構(gòu)和水熱特性相關指標進行綜合評價。融后土壤含水率(1)越高，表明土壤保墑效果越好；非灌溉季節(jié)最低溫度(2)越高，最大溫差(3)越小，凍結(jié)時長(4)越小，表明土壤保溫效果越好；GSSI(5)越大，STPSD(6)越小，表明土壤三相結(jié)構(gòu)越好，總孔隙度(7)越大，表明土壤透氣性越好。由表2可知，對土壤在0—40 cm土壤的相關指標取均值進行相關性分析，存在10對顯著(<0.05)或極顯著(<0.01)相關關系。其中，土壤含水率與非灌溉季節(jié)最低溫度和總孔隙度呈顯著的正相關，與GSSI呈極顯著正相關，與最大溫差呈顯著的負相關。非灌溉季節(jié)最低溫度與最大溫差、STPSD呈極顯著的負相關，與總孔隙度呈顯著的負相關，最大溫差與STPSD、呈極顯著的正相關，與總孔隙度呈顯著的正相關，STPSD與總孔隙度呈極顯著的正相關。土壤含水率、溫度和土壤結(jié)構(gòu)各相關指標間存在諸多聯(lián)系，直接進行評價會造成信息重復，最終影響評價結(jié)果，因此，利用主成分分析法將具有相關性的指標組合成新的互相無關的綜合指標進行綜合評價，以求提高綜合評價的可靠性。

注：圖柱上方不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

表2 土壤含水率、溫度及土壤三相結(jié)構(gòu)相關指標間的相關性

通過主成分分析，以特征值>1的原則選取2個主成分，累計方差貢獻率為96.70%(表3)，可代表各處理對土壤保溫保墑效果的綜合影響。第1主成分的方差貢獻率為68.68%，主要受土壤含水率、非灌溉季節(jié)最低溫度和GSSI的正向影響，其貢獻率大小為土壤含水率>非灌溉季節(jié)最低溫度>GSSI，綜合相關關系可知，土壤含水率與非灌溉季節(jié)最低溫度呈顯著的正相關(<0.05)，土壤含水率與GSSI呈極顯著的正相關(<0.01)，非灌溉季節(jié)最低溫度與GSSI的相關性也為正相關，即當1個指標增大時，其他指標也隨之增大，第1主成分得分也會隨之增大。第2主成分方差貢獻率為28.02%，主要受總孔隙度的正向影響和非灌溉季節(jié)最低溫度的負向影響，總孔隙度的貢獻率大于非灌溉季節(jié)最低溫度，綜合相關關系可知，總孔隙度與非灌溉季節(jié)最低溫度呈顯著的負相關(<0.05)，即隨著總孔隙度的增大，非灌溉季節(jié)最低溫度下降，第2主成分的得分增大(表4)。

綜合2個主成分的方差貢獻率可以得到基于以上7個指標的各處理綜合評價線性函數(shù)：

=06868+02802

式中：為基于土壤含水率、最低溫度和土壤物理結(jié)構(gòu)相關指標的各處理綜合得分(表5)；為主成分1的綜合得分；為主成分2的綜合得分。

將各指標原始數(shù)據(jù)標準化后帶入公式可得到各處理的綜合得分和綜合得分排名(表4)。綜合排名依次為B、B、B、B、B處理，僅B、B處理得分為正值，施炭量最大的處理B處理綜合得分低于B、B處理，綜合得分最低的為B處理。

表3 主成分特征值及方差貢獻率

表4 主成分荷載矩陣

表5 基于土壤含水率、最低溫度和土壤物理結(jié)構(gòu)相關指標的各處理綜合得分和排名

3 討 論

3.1 生物炭施加量對土壤總孔隙度及土壤三相相關指標的影響

施炭處理的0—40 cm土壤固相比例降低2.58%～10.74%，總孔隙度增加3.38%～12.05%，GSSI值提高2.37%～5.36%，這與Fu等的研究結(jié)果相似。生物炭是一種具有多孔結(jié)構(gòu)的材料，其結(jié)構(gòu)的特殊性使其容重(0.4 g/cm)遠小于土壤容重，施入土壤后導致炭—土混合體的容重降低，總孔隙度增大，固相體積降低。廣義土壤結(jié)構(gòu)指數(shù)(GSSI)是基于土壤三相比為研究對象，來客觀表達土壤結(jié)構(gòu)功能的差異變化，土壤三相結(jié)構(gòu)距離指數(shù)(STPSD)能更直觀地反映土壤三相比結(jié)構(gòu)的變化趨勢，已有研究表明，理想的土壤三相結(jié)構(gòu)比例為2∶1∶1，此時的GSSI為100，因此，土壤的GSSI越接近100，表明土壤結(jié)構(gòu)越理想，而STPSD越低，表明土壤結(jié)構(gòu)越接近理想狀態(tài)。對比B處理非灌溉季節(jié)前后的變化發(fā)現(xiàn)，單獨的凍融作用可以降低土壤固相比例，但施炭處理的效果明顯更好，施炭處理均顯著增加GSSI，B、B處理顯著降低STPSD(<0.05)。B處理的GSSI相較于B處理出現(xiàn)降低現(xiàn)象，STPSD出現(xiàn)增大現(xiàn)象，這歸因于過量生物炭使土壤固相體積降低至50%以下且偏移量隨施炭量增加而增加，使土壤三相結(jié)構(gòu)偏離理想的2∶1∶1。魏永霞等研究發(fā)現(xiàn)，施加生物炭會使土壤孔隙度升高，但過高的孔隙度直接增加土壤與大氣間水熱交換的通道，導致土壤中水分蒸發(fā)加快，受凍融侵襲的影響也更劇烈。因此，從土壤結(jié)構(gòu)方面來看，生物炭的施加并不是越多越好，適量的生物炭更有助于土壤結(jié)構(gòu)的改善。

3.2 生物炭施加量對土壤導熱系數(shù)、體積熱容量和溫度的影響

非灌溉季節(jié)生物炭施加使土壤耕層最低溫度增加0.34～2.15 ℃，最大溫差縮小0.47～2.14 ℃，凍結(jié)時長縮短4～30天，這與Gao等的研究結(jié)果相似。施炭處理的保溫效果歸因于生物炭與土壤相比有更低的導熱系數(shù)和更高的體積熱容量，生物炭的導熱系數(shù)僅為0.172 W/(m·K)，當生物炭添加到土壤中時，混合土壤的導熱系數(shù)降低。凍結(jié)期B、B處理分別顯著降低了22.73%，18.18%(<0.05)，該研究結(jié)果與Zhao等的結(jié)論一致。土壤在快速凍結(jié)期向外界散發(fā)熱量的能力隨著土壤導熱系數(shù)的降低而降低，使得施加生物炭處理的土壤在凍結(jié)期的溫度有所提高。在融化期，融雪導致土壤含水率快速增加，土壤體積熱容量隨之增加，而生物炭的體積熱容量為2.3 J/(cm·K)相比于水的4.28 J/(cm·K)更小，融化期的炭—土混合體體積熱容量降低，土壤溫度升高需要吸收的熱量更少，且炭—土混合體在凍結(jié)期的溫度更高。付強等在松嫩平原土壤導熱系數(shù)和體積熱容量的變化上得出相似的結(jié)果。值得注意的是，土壤溫度并沒有隨生物炭施加量的增加而不斷增加，B處理在保溫方面呈現(xiàn)負效應?？偪紫抖入S施炭量的增加而增加，這增加了土壤與外界的氣體交換通道，進而增加了熱量的損失，導致凍結(jié)期表層土壤保溫性能減弱，凍融作用產(chǎn)生的侵蝕更嚴重，相關分析也顯示最低溫度與總孔隙度呈顯著的負相關(<0.01)，相關系數(shù)為-0.694。

3.3 生物炭施加量對土壤含水率的影響

與對照處理相比，施炭處理融后0—40 cm土壤平均含水率增加1.07%～2.65%，其中，B、B處理土壤含水率均有顯著性變化(<0.05)，這與高利華等的研究結(jié)果相似。生物炭作為一種直接輸入土壤的材料，通過其對土壤總孔隙度的增加進而提高土壤的蓄水能力。生物炭施加初期對土壤含水率影響程度較低，是因為施炭初期土壤含水率較低，生物炭的保水性很難體現(xiàn)，試驗后期，隨著積雪的融化等因素，土壤含水率快速上升，生物炭的保水性能逐漸發(fā)揮，融化期施炭土壤含水率的提高展現(xiàn)出顯著性，這與蘇旭等的研究有一定相似性。此外，鞠文亮等研究表明，凍融循環(huán)會破壞生物炭的完整形狀，從而增加生物炭的比表面積和孔容，這更有利于土壤蓄水。相關分析表明，在經(jīng)歷季節(jié)性凍融后，總孔隙度與土壤含水率呈顯著的正相關，相關系數(shù)為0.712(<0.05)。融后的土壤含水率沒有隨生物炭施加量增加而增加，B處理的土壤含水率低于其他處理，是由于孔隙度的增加導致含水率增加，可能超過土壤田間持水量，多余的水在重力作用下向下運移，使上部土壤的含水率減小，下部土壤含水率增加，且過大的孔隙度也會加劇積雪融化后蒸發(fā)作用對裸露土壤的影響，尚杰等研究也提出，過大的孔隙率并不利于土壤水分的保存。

3.4 基于主成分分析對不同處理進行綜合評價

主成分分析表明，B處理綜合得分最高，其次為B處理。從主成分分析過程來看，第1主成分貢獻率達68.68%，對綜合得分影響最大，第1和第2主成分累計方差貢獻率為96.70%，可代表各處理對土壤水熱特性和物理結(jié)構(gòu)改良的綜合影響。第1主成分得分最高的處理為B，主要受土壤含水率、非灌溉季節(jié)最低溫度和GSSI的正向影響(表4)，且這3個指標間均呈正相關關系。因此，B處理能夠有效提高土壤保溫保墑能力并改良土壤三相結(jié)構(gòu)。而第2主成分主要受總孔隙度的正向影響和非灌溉季節(jié)最低溫度的負向影響，且總孔隙度與非灌溉季節(jié)最低溫度呈顯著的負相關(<0.05)，第2主成分得分最高為B處理。融后土壤含水率和非灌溉季節(jié)最低溫度越高，最大溫差和凍結(jié)時長越小，表明保溫保墑效果更好，GSSI越大，STPSD越小則代表土壤結(jié)構(gòu)越理想。對土壤含水率而言，融后B處理最大。對非灌溉季節(jié)土壤溫度而言，B處理最低溫度最大，溫差最小，凍結(jié)時長最短，而B處理在保溫方面則展現(xiàn)出溫差更大，最低溫度更低，凍結(jié)時間增長的負作用。對GSSI而言，在0—40 cm土壤的均值B處理最高，STPSD為B處理最低，B處理的總孔隙度最大，但與B處理相比并無顯著性差異。綜合主成分1和2，B處理得分排名第1，因此，與其他處理相比，B處理對土壤保溫保墑能力的提高和對土壤結(jié)構(gòu)的改良效果最優(yōu)，其次為B處理，非灌溉季節(jié)滴灌棉田生物炭的最佳施用量為30～45 t/hm。

4 結(jié) 論

(1)非灌溉季節(jié)生物炭施加改善了土壤的三相結(jié)構(gòu)，增加了土壤孔隙度。0—40 cm土壤固相比例平均降低2.58%～10.74%，總孔隙度平均增加3.38%～12.05%，GSSI值平均增加2.37%～5.36%。

(2)非灌溉季節(jié)生物炭施加有利于增強土壤保墑能力。融后含水率平均提高1.07%～2.65%，含水率增加最多的處理施炭量為45 t/hm。

(3)非灌溉季節(jié)生物炭施加有利于增強土壤保溫能力。土壤最低溫度增加0.34～2.15 ℃，溫差降低0.47～2.14 ℃。保溫效果最好的是30 t/hm處理，而60 t/hm處理在保溫方面顯示出負作用。

(4)通過主成分分析各處理綜合得分可知，施炭量45 t/hm在保溫保墑和改良土壤結(jié)構(gòu)方面效果最優(yōu)，其次為30 t/hm。非灌溉季節(jié)生物炭最佳施用量為30～45 t/hm。