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生物炭是由秸秆和木屑等生物质在缺氧环境下,经高温热解后得到的黑色颗粒物。它具有高含碳量,丰富的孔隙结构与官能团以及较高的比表面积等特点。黄绵土作为西北地区广泛分布的土壤,将生物炭应用到黄绵土中可以有效缓解黄绵土疏松、贫瘠、团聚力差和有机质含量贫乏等特点。土壤热物理性质是影响土壤内部热量平衡的关键因素。土壤温度影响土壤微生物活性、养分供应、以及水分和空气运动等多个物理和生化过程,研究热物理性质的变化规律对调节土壤温度、提高土壤肥力有着重要意义。生物炭施入到黄绵土中会影响土壤容重、有机质含量和持水性等性质从而间接影响土壤导热率、热容量和热扩散率等热物理性质。本研究选取小麦秸秆作为生物质,在300、500和700℃的热解温度下限氧制得生物炭(BC300、BC500和BC700)。通过对生物炭元素组成、比表面和红外光谱分析测定,对其表面结构、孔径和表面官能团等理化性质进行了表征。将生物炭以0%、1%、3%和5%的添加量施入到黄绵土中,在25℃的恒温培养箱中培养一周后探究生物炭对黄绵土容重、有机质含量和持水性等基本理化性质的影响。使用KD2 Pro热特性分析仪来测定黄绵土热物理性质,探究了不同添加量的生物炭(BC300-1、BC300-3、BC300-5、BC500-1、BC500-3、BC500-5、BC700-1、BC700-3和BC700-5;y-BC300-1、y-BC300-3、y-BC300-5、y-BC500-1、y-BC500-3、y-BC500-5、y-BC700-1、y-BC700-3和y-BC700-5)对黄绵土导热率、热容量、热扩散率和热阻的影响及其与容重和含水量之间的变化关系。主要研究结果如下:(1)随着热解温度的上升,麦秆生物炭结构都逐渐向芳香化趋势发展,极性、亲水性逐渐减弱。当热解温度升高时,BET比表面积和微孔体积迅速上升,平均孔径则逐渐减小。FTIR图谱表征表明,升温热解过程中脂肪族碳和键能较弱的含氧官能团逐渐被分解,生物炭逐渐芳香化。BC300、BC500和BC700均呈疏水性且高温热解有利于疏水性的增强。低温和高温热解制得的生物炭具有更强的吸湿性。生物炭主要吸收光谱中的红外光且热解温度越高吸收率越大,生物炭上附着的焦油会增大对红外光的吸收。(2)麦秆生物炭施入到黄绵土中后提高了黄绵土的有机质含量和吸湿量,但降低了黄绵土容重且添加量越大容重越小。BC500-1、BC500-3和BC500-5的有机质含量相比对照分别提高了67.1%、169.6%和225.3%;吸湿量分别提高了19.6%、16.6%和24.9%;容重则分别下降了6.4%、16.2%和24.9%。黄绵土容重随生物炭热解温度的增加而降低。高添加量和中高温热解的生物炭有利于增大黄绵土的孔隙率。黄绵土的质地为砂质壤土,而不同处理中只有BC300-1改变了黄绵土质地。低添加量的生物炭可以提高黄绵土中粒径,高添加量的生物炭则会降低中粒径。BC300和BC500在后期时都有利于提高黄绵土持水性,但BC700-5会降低黄绵土的持水性。因此,从提高黄绵土含水量的角度来说可以考虑选择中温热解、低添加量或高温热解、中添加量的生物炭来改善黄绵土的水分状况。添加生物炭的黄绵土主要反射可见光和红外光,且反射率随着波长的增加逐渐增强。在1750 nm波长之前,黄绵土对光的吸收随着生物炭热解温度和添加量的增加而增大。去除生物炭表面附着的焦油等物质有利于增加黄绵土对光的反射。(3)在不考虑水分的影响时,经相关性分析可知,添加麦秆生物炭的黄绵土热物理性质与容重和添加量之间呈显著相关性,与热解温度和是否洗涤之间没有显著相关性。添加量为1%的生物炭会提高黄绵土导热率,添加量为3%和5%的生物炭则不同程度的降低了黄绵土导热率且添加量越大降幅越大。相比对照,BC500-1的升幅为3.8%,BC500-3和BC500-5的降幅分别为3.4%和7.1%。黄绵土导热率随添加量的增加逐渐降低,热阻则随添加量的增加逐渐增大,添加量与黄绵土热容量和热扩散率之间没有很明显的影响规律。黄绵土的导热率与热解温度呈正比,但热解温度对黄绵土热容量、热扩散率和热阻的影响规律不明显。添加已洗炭的黄绵土导热率、热容量和热扩散率均高于添加未洗炭的,而生物炭是否洗涤对黄绵土热阻的影响结果则恰好相反。容重对黄绵土热性质的影响在不同添加量下是不同的,添加量为0%、1%和3%的黄绵土导热率、热扩散率随容重的升高而增大,热阻则随着容重的升高而降低。相反,添加量为5%的黄绵土导热率和热扩散率随容重的升高而降低,热阻则随着容重的升高而增大。热容量在各个添加量下与容重均呈正比。当黄绵土中加入水分时,黄绵土导热率、热容量、热扩散率和热阻都只与水分含量呈显著相关。在一定含水量下的生物炭降低了黄绵土导热率、热容量和热扩散率,且添加量越大降幅越大。相反,一定含水量下的生物炭均提高了黄绵土的热阻且添加量越大热阻越高。添加生物炭的黄绵土导热率和热容量与含水量之间为正相关,热扩散率则随水分含量的增加先升高后降低,热阻随水分含量的增加先快速降低后下降速率渐缓。生物炭影响黄绵土热物理性质的作用机制主要是通过影响黄绵土容重、孔隙率、有机质和水分含量等来实现的。其中,水分含量的影响最显著。