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。灰钙土作为西北地区广泛分布的土壤,将生物炭应用到灰钙土中可以有效缓解灰钙土疏松、贫瘠、团聚力差和有机质含量贫乏等特点。土壤热物理性质主要包括热容量、导热率及热扩散率等,是影响土壤内部热量平衡的关键因素,与地表吸收的辐射能密切相关,反照率是反映地表土壤吸收辐射能的主要参数。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。本研究选取玉米秸秆生物炭,以灰钙土为供试土壤。试验分为两大部分,一方面通过实验室试验条件测定不同生物炭施用量下土壤理化性质及热容量、导热率及热扩散率等热物理性质的变化规律并探求其机制;另一方面通过为期一年的田间小区试验,探究在不同时期田间地表反照率的变化,对表层土壤温度（0～2.5cm）与深层土壤温度（5～10cm）变化规律进行分析,并利用热脉冲技术动态监测了不同天气、不同季节状况下土壤热容量、导热率及热扩散率等热性质的变化,分析了生物炭、土壤容重、含水量间的相关关系及其对土壤热性质的影响规律,主要研究结论如下:（1）实验室试验表明,施用生物炭对灰钙土理化性质有显著影响。生物炭可提高土壤p H值,同时,随生物炭施加量增加,土壤中有机质含量显著提高,BC100、BC300、BC500的有机质含量分别增加14.6%、40.9%和52.8%。生物炭能够降低土壤容重,BC100、BC300、BC500的降幅分别为11.65%、24.27%和35.92%。生物炭能够丰富土壤的孔隙结构,施加量同总孔隙度呈正相关关系。而土壤持水性与孔隙结构密切相关,孔隙结构的改变使土壤透水透气性增强,对水分的持留能力更强,不同施碳量的土壤持水能力为BC500>BC300>BC100。灰钙土肥力较差,生物炭添加后阳离子交换量显著提高,但对有效磷含量的贡献极小。不同施用量的生物炭对土壤热物理性质影响不同。总体来看,生物炭能够降低灰钙土的热容量、导热率及热扩散率,并且施碳量越多下降幅度越大。在一定容重和含水量条件下,生物炭改变土壤固相物质组成是导致热容量下降的主要原因。生物炭处理极显著降低了土壤导热率,土壤导热率随含水量增加呈线性增加,主要原因为水分入渗使生物炭与土壤颗粒间形成水膜,水膜的形成使土壤颗粒与生物炭之间接触面积增大,使导热率变化显著。土壤热扩散率随含水量呈先增加后降低的趋势,生物炭自身较低的热扩散率及较大的孔隙度引起的土壤绝缘效应是热扩散率降低的主要原因。（2）休耕期田间试验表明,生物炭能够改变土壤吸热性能,降低地表反照率,对土壤热容量、导热率及热扩散率等热物理性质产生影响。同对照相比,生物炭施加量为1.0kg·（m2·a）-1（BC10）及4.0 kg·（m2·a）-1（BC40）处理的地表反照率分别下降11.7%、23.5%,土壤含水量的改变会影响地表反照率,且当土壤含水量变化显著时,生物炭不再是影响地表反照率的主要因素。生物炭对0-2.5 cm表层土温有显著影响,但对5-10cm深层土温影响不显著,原因为土壤温度受地表反照率和土壤导热率共同影响,生物炭降低了土壤导热率,限制了土壤热量从表层向深层传递,导致深层温度变化不显著。生物炭显著降低了土壤含水量,BC10、BC40处理的土壤含水量较对照相比分别下降11.8%、11.4%,主要与土壤类型及其基础理化性质有关。田间条件下,施用生物炭显著降低了土壤容重,土壤热容量、导热率及热扩散率随施碳量增加显著降低,通过相关性分析表明,生物炭处理、含水率、容重同各热物理性质参数显著相关,其中,含水量变化的影响最为显著。（3）种植期田间试验表明,在玉米种植期,生物炭对地表反照率的影响在玉米生长不同阶段表现出差异性,随玉米冠状结构的生长,生物炭对地表反照率的减弱效应逐渐减小甚至消失,可见生物炭对地表反照率的影响与作物覆盖类型有关。生物炭对土壤含水量的影响与休耕期表现出差异性,BC40处理的土壤含水量较对照相比显著增加,造成这种结果的原因与灰钙土基础物理性质有关,也可在一定程度表明生物炭添加到土壤中的时间越久,土体越稳定,越能够提升土壤的持水能力。施用生物炭显著降低了土壤容重,热容量、导热率及热扩散率随施碳量增加显著降低,在没有水分入渗的情况下,生物炭主要通过自身结构性质降低土壤容重,并未随观测日期变化出现较大波动,基本趋于平稳,但玉米生长会影响生物炭对土壤热物理性质的影响。综上,生物炭自身热性质及表面结构能直接降低土壤导热率及热扩散率,也能通过降低土壤容重、影响土壤含水量间接降低土壤热性质,进而影响土壤能量平衡。