土壤改良剂在改善土壤结构,提高土壤水分,养分以及气体的固持性能方面表现出巨大潜力,但添加土壤改良剂对土壤孔隙结构及其水分运动影响的系统研究还尚未开展,且主要局限于室内模拟研究。因改良材料与土壤密度的不一致,加上添加后容重的非稳定态测定,导致容重降低的效应未被准确和正确表达。针对上述问题,采用田间小区长期定位试验,将三种常用土壤改良剂(生物炭,草炭,风化煤)以26、52、78 t/ha三种添加量与土壤混合后添加到试验小区,通过测定改良剂添加1年内不同时期原位土壤容重、团聚体、孔隙度、饱和导水率、水分特征曲线和土壤温度、土壤水分自动监测系统来准确确定改良材料添加对土壤孔隙结构和水分运动的影响及其随时间效应的变化,为改善土壤结构和提高土壤水分提供基础理论支持,推动土壤改良剂在半干旱地区还田土壤生态效应的深入研究。主要结论如下:(1)添加生物炭、草炭、风化煤三种土壤改良剂在近一年时间内显著降低了土壤容重,生物炭对容重的降低效果好于草炭和风化煤,且降低效果与添加量成正比。时间变化对于土壤容重有显著影响,不同处理的容重在一年内都呈现先增大后降低的趋势。不同处理一年内在0.25-5mm团聚体含量,团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)上没有显著差异,添加土壤改良剂后期土壤团聚体含量和稳定性提高。团聚体含量、MWD和GMD随时间变化都是先降低后增大,与土壤容重之间存在明显的负相关关系。向土壤中添加土壤改良剂显著增大了土壤的总孔隙度,各处理在大孔隙度上差异显著。生物炭处理对总孔隙度的增加效果最明显,增加效果与添加量成正比。土壤容重估计的总孔隙度比由水分特征曲线测量的总孔隙度高2.71%。时间因素对各处理的测量总孔隙度没有显著影响。不同处理的孔隙大小分布为超微孔(26.35–26.92%)>中孔(9.83–10.54%)>微孔(7.08–7.60%)>大孔(2.61–4.01%)。土壤容重的增加主要是由于超微孔隙的增加,微孔和大孔隙的减少,而土壤容重的降低主要是由于中孔和大孔隙的增加。(2)向土壤中添加草炭提高了土壤饱和导水率,添加生物炭和风化煤降低了土壤饱和导水率,但不同处理间饱和导水率的差异没有达到显著水平。时间因素对饱和导水率的影响具有统计学意义,各处理的饱和导水率随时间先降低后升高但仍低于初始值。土壤水分特征曲线显示土壤失水主要在低吸力段(0-1000厘米水柱),各处理土壤水分曲线的差异不显著。用RETC软件得到Van Genuechten模型参数,表明添加土壤改良剂提高了土壤的排水能力,使得粒径分布更加均匀,在一定程度上改善了土壤的持水能力。(3)添加土壤改良剂在一定程度上能够提高土壤温度,但对其影响比较有限。草炭和风化煤对土壤温度和活动积温的提高较大,而生物炭对表层温度影响不明显。生物炭能够缓和土壤极端温度,对土壤日平均温度缓和能力在-0.45℃到1.22℃范围内。在夏季和冬季不同处理一天中土壤平均温度最高都在15-16时,此时各处理温度差异最大;最低都在7-8时,此时各处理温度差异最小。不同处理对于土壤含水量的影响十分明显,生物炭处理大大提高了土壤平均含水量,风化煤对水分的提高作用较小,草炭降低了土壤平均含水量。夏天一天中水分含量最高在2-3时,最低在16-17时,在冬季,一天中水分含量最高在1-2时,最低在11-12时。夏季和冬季土壤平均温度一天内变化幅度较大,土壤平均含水量在一天内变化量较小。