在冻融循环条件下,高寒区农田土壤水热环境变化具有复杂性与特殊性,土壤活动层和外界环境发生着频繁的能量交换。在季节性冻土区伴随着积雪消融、蒸发和入渗等水文过程,会发生特有的春季融雪型涝渍灾害导致苗期作物烂根腐根现象频发,严重威胁粮食产能提升与农业可持续发展。因此,寻找一种可以改善土壤物理特性、作物生境状况的土壤改良剂迫在眉睫。本文立足于农田土壤,以室内模拟试验为依托,设置3种不同生物炭施加量（1%、2%、3%）和对照组（0%）,探究在冻融循环条件下施加生物炭对土壤结构特征、水分特征的影响,重点分析了土壤冻融变形与土壤结构特征的相互作用机理。并以此为基础,模拟初春融雪时土壤状态,综合多年平均融雪数据开展室内融雪水运移模拟试验,分析融雪期农田融雪水运移特征参数变化规律,揭示春季融雪水运移机制及其与土壤物理特性的响应关系。结合春耕春播时土壤墒情需求和土壤物理特性的改善效果,优选适宜季节性冻土区农田土壤的生物炭施用量范围,使作物生境状况达到最佳状态。主要研究内容及结论如下:（1）冻融循环条件下施加生物炭对土壤结构特征的影响分析。冻融作用增加土壤空隙（＞100μm）和中间段孔隙（0.3-100μm）所占比例,减少极微孔隙（＜0.3μm）所占比例,土壤平均孔径由小向大转化,转化速率由快转慢。随着冻融循环次数的增加,低施加量（0%、1%）土壤总孔隙度提升,而高施加量（2%、3%）土壤总孔隙度下降。施加生物炭增加土壤中间段孔隙所占比例,减少土壤空隙和极微孔隙所占比例,显著增加土壤总孔隙度。土壤中粉黏粒所占比例随着生物炭施加量的增加呈现先减少后增多的趋势,与中等粒径团聚体呈现相反的规律,对另外两种团聚体的影响不大。施加生物炭还会增加土壤团聚体稳定性。然而冻融作用会降低土壤团聚体稳定性,随着生物炭施加量的增多,降低趋势先减缓后加快,团聚体稳定性呈现先提高后减小的趋势。另外,冻融作用促进土壤膨胀,抑制土壤收缩。施加适量生物炭会抑制土壤膨胀,而过量施加（3%）会促进土壤膨胀。土壤收缩则与土壤结构稳定性显著正相关。与0%生物炭施加量土壤相比,1%生物炭施加量土壤STPSD、GSSI也均表现出最佳的机械结构稳定性,而高施加量处理（2%、3%）由于土壤过于松散,造成了负面效应,显著降低土壤结构稳定性。（2）冻融循环条件下施加生物炭对土壤水分特征的影响分析。冻融作用使土壤水分向上迁移,随着生物炭施加量的增多水分迁移趋势逐渐减弱。冻融作用还会降低土壤保水性,而施加适量生物炭会减少其降低幅度,增大土壤水分特征曲线的斜率,显著增加土壤保水性。由于施加生物炭引起的土壤总孔隙度和储水孔隙数量的提升,增加土壤饱和含水率。并发现当施加量为1%时,田间持水量、植物可用含水量等土壤水分特征值均表现为最佳,且显著减缓水分特征值随冻融作用的变化速率。另外,施加生物炭会显著增加未冻结土壤饱和导水率,降低冻结土壤饱和导水率。随着施炭量的增加土壤非饱和导水率随着负压水头绝对值增加的降低速率逐渐增大。为了有效的揭示施加生物炭对于融雪水运移的影响机制,本研究基于土壤饱和导水率和归一化原理提出Xi来评价融化期土壤入渗性能,Xi与各融雪水运移指标均有较好的相关性,为日后融化期水分运移规律的研究提供一条新思路。（3）施加生物炭对土壤冻融变形的影响分析。土壤冻融变形主要发生在前几次冻融循环中,随后趋于稳定,冻融变形的本质就是小孔径孔隙向大孔径孔隙转化的过程。另外,在对冻融变形过程的监测中,各处理会出现一次较明显的二次塌陷现象,施加生物炭会使这种现象提前发生。另外,高生物炭施加量土柱（2%、3%）在第1次冻融循环引起的融沉后,出现了一次明显的冻胀现象。综上所述,随着生物炭施加量的增多,土壤冻融变形特征由冻胀转为融沉,土壤冻融变形程度先减缓后增强。（4）施加生物炭对融雪水运移特征的影响分析。融雪期入渗量,径流量和蒸发量同样呈现出随施炭量增加先改善后产生负面效应的趋势。过量施加生物炭会引起融雪径流和蒸发量的显著提升,进而减少融雪期融雪水入渗量,有时甚至会在土壤表面形成一个不透水层阻碍融雪水入渗。从土壤剖面染色情况来看,施加生物炭会减小融雪水在土壤中的影响深度,减少土壤优先流的产生,提高土壤染色浓度,还可以定量计算出融雪水入渗量的大小,为观测融雪水运移特征提供一种新思路。并且施加生物炭还可以提高融雪期土壤温度,增加土壤的融化速率。另外,融化期水分蒸发主要发生在快速融雪期,蒸发速率由快转慢,最后趋于稳定,稳定后各处理间差异较小。综上所述,施加适量生物炭（1%、2%）会显著提升春季融雪水利用效率,而过量施加（3%）会使其降低。综上所述,施加适量生物炭会显著改善土壤物理特性,提高融雪水利用效率,实现农业水土资源高效利用。基于土壤物理特性改善效果及春耕春播时土壤墒情需求,建议适宜季节性冻土区农田土壤的生物炭施加量范围为1%-2%之间,使农田土壤形成一种“旱能保墒,涝能退水”的良好自我调节机制。研究成果可为缓解寒区春季涝渍灾害、合理利用冻土水-融雪水资源、保障农业水土环境健康与粮食安全提供重大理论与技术支撑。