生物质炭的容重较小,一般在0.08～0.5 g/cm3,明显低于土壤容重,且其比表面积大,因此常被用于改良土壤,可显著降低土壤容重,增加土壤的孔隙度[5,20]。本研究结果表明,土壤添加这两种类型生物质炭,容重都有一定程度的减小,其中添加>1 mm粒径的CSB土壤容重降低了11.88%,添加>1 mm粒径的RHB土壤容重降低了8.91%,并且土壤的总孔隙度和毛管孔隙度都有所提高。Githinji等[21]的研究表明,土壤中添加25%体积比的生物质炭,与CK相比,土壤容重降低了18.05%,总孔隙度增加了10%。Oguntunde等[22]的研究结果表明,生物质炭施入土壤后,可使土壤容重降低9%,总孔隙率由45.7%提高到50.6%。颜永毫[23]在对添加生物质炭对黄土高原典型土壤田间持水量的影响研究中表明,不同土壤添加生物质炭后,容重都有不同程度减小,其中风沙土的下降幅度最大,最大达29.49%,并且土壤容重的降幅随着生物质炭添加量的增加也不断在增大。在本试验中,添加CSB和RHB后土壤的FMC和CWC,相比CK,分别显著提高了5.30%,4.72%,4.75%,6.60%,且随着生物质炭含量增加、粒径增大,土壤FMC和CWC均呈现逐渐增大的趋势。Glaser等[24]研究发现,在巴西亚马逊地区,富含生物质炭的土壤与其相邻无炭土壤相比,持水能力要高18%左右。且施加的生物质炭含量在一定范围内增加,土壤的FMC也随之增加。岑睿等[25]的研究发现,土壤中添加50 t/hm2生物质炭,土壤的总孔隙度增加了13.40%,FMC增加了11.52%。王艳阳[26]在对黑土区添加生物质炭的研究表明,在不同处理下,土壤的FMC提高范围为0.32%～10.36%。虽研究的土壤类型土壤质地不一致,但本试验的研究结果与前人的研究结果一致,添加生物质炭能够使土壤容重明显降低,总孔隙度增加,田间持水量和毛管持水量增大,究其原因,生物质炭作为一种多孔介质,具有比表面积大、孔隙结构丰富、密度小、强大的吸附性能的特点,且具有丰富的有机大分子,所以土壤添加生物质炭后,可以降低土壤容重,增加土壤孔隙度,增强土壤的持水能力。
土壤饱和导水率反映了土壤的入渗和渗漏特性,是研究水分在土壤中运动规律的重要水力参数,其与土壤容重和孔隙分布等物理性质存在密切关系[27]。在本研究中,土壤添加小粒径生物质炭,土壤饱和导水率显著减小,添加大粒径的生物质炭,饱和导水率显著增大,增加幅度高达66.67%,且添加高含量的饱和导水率小于低含量,试验土壤的质地较为黏重,土壤中添加小粒径生物质炭后,反而阻塞毛孔通道,致使饱和导水率减小,而添加大粒径生物质炭,使土壤细小的毛管通道打开,饱和导水率就有所增大。土壤添加生物质炭对饱和导水率的影响因土壤质地不同而有所差异,王丹丹等[28]的研究表明,土壤饱和导水率随着生物质炭添加量的增加而逐渐降低,土壤的饱和导水率与生物质炭添加量呈负相关关系。文曼[29]在添加生物质炭对黄土高原地区的土壤水动力学的研究中表明,添加生物质炭提高了塿土和风沙土的饱和导水率,但黑垆土、黄绵土和沙黄土的饱和导水率却呈下降趋势。因此,在不同质地土壤中添加生物质炭对于土壤的饱和导水率具有不同的影响,总体来说,添加小粒径生物质炭,土壤的饱和导水率有所减小。
本研究表明,土壤容重与饱和导水率呈极显著负相关,与田间持水量、毛管孔隙度和总孔隙度呈显著正相关。这与张一璇等[30]和蔡路路等[6]土壤容重与饱和导水率呈极显著负相关、总孔隙度呈显著正相关的研究结果一致,但其他指标的相关性各不一致,因研究的土壤不同所致。土壤添加生物质炭,容重降低,孔隙度增大,故土壤饱和导水率增大,于贵州喀斯特地区来说,土壤的饱和导水率增大,可以加快入渗的速率,减少地表径流。
