我國東部高潛水位平原礦區地勢平緩，地下多層煤層疊加分布、煤層較厚，且地下潛水位高，地上多為基本農田，煤糧復合面積較大。采煤引起大面積農田破壞或退化，積水深度較大，導致高潛水位平原礦區復墾耕地的難度增大，造成了巨大的農業經濟損失、大量的壓煤村莊搬遷，增加了社會不穩定因素，使得局部地區城鎮化布局受限和生態環境惡化等一系列問題。因此，以提高復墾耕地率為目標的采煤沉陷地復墾是一個亟待解決的問題，而充填復墾技術是解決該問題的有效方法之一。煤矸石、粉煤灰等是較為傳統的采煤沉陷地充填復墾材料，但其存在數量不足和潛在二次污染的風險，推廣應用受到限制。

黃河是世界上含沙量最大的河流之一，進一步提高防洪能力、多途徑處理和利用泥沙、減輕河道淤積等是黃河治理、開發與保護的主要任務。因此，濱黃河礦區的采煤沉陷地可利用黃河泥沙作為充填材料，既可以提供數量充足且安全的充填復墾材料，提高耕地恢復率，又對黃河的疏浚起到一定的作用。黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地技術是一項龐雜的技術，涉及取沙、輸沙、充填、排水、土壤重構等多個方面，其中土壤重構是礦區土地復墾的核心內容，而土壤剖面重構又是土壤重構中最為基礎的部分。因此土壤剖面重構是黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地技術中最為關鍵的一環，其直接決定了黃河泥沙充填復墾技術的成敗。然而，目前國內關于黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地土壤剖面重構的研究尚未有所報到，現有黃河泥沙充填復墾土壤剖面重構實踐大多是借鑒傳統的采煤沉陷地充填復墾技術(粉煤灰、煤矸石等)經驗，存在覆土不足、保水保肥性差、灌溉水量多、農作物長勢差和產量低等問題。

為此，需要開展黃河泥沙復墾采煤沉陷地土壤剖面重構技術研究，以求提高復墾耕地質量和生產力。借鑒已有研究成果經驗，利用土壤學、農學等相關知識，首先通過室內土柱試驗，以玉米為宿主植物，研究了一次性充填黃河泥沙后直接覆蓋土壤的黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地“上土下沙”型雙層土壤剖面構型，通過測定玉米長勢和生物量，分析土壤和黃河泥沙的理化性質等，優選出黃河泥沙充填層上適宜的土壤覆蓋厚度，做到既能保證農作物生長，又能保證經濟可行。

然后，利用同上研究方法，對黃河泥沙充填層中夾土壤層的“土-沙-土-沙-……”型夾層式多層土壤剖面構型進行了研究，優選出適宜的夾層式多層土壤剖面構型，以求改良土壤剖面構型，提高復墾耕地質量和生產力。接著探討了田間尺度下黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地的土壤剖面重構技術，對室內土柱試驗的結果進行檢驗，最終得到適宜的雙層土壤剖面中覆蓋土壤層的厚度和耕地質量較好、生產力較高的夾層式多層土壤剖面構型。最后對兩種土壤剖面構型在不同條件下的具體實施工藝進行了論述，為黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地土壤剖面重構技術在實地的推廣應用提供工程實踐指導。

本文具體有以下幾方面的認識：

(1)通過室內土柱試驗，對黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地雙層土壤剖面重構技術中一次性充填黃河泥沙后覆蓋土壤厚度進行了研究。黃河泥沙層上較厚的覆蓋土壤厚度，有利于玉米植株生長，CK(全土柱)玉米植株地上部分生物量，為50.21 g，覆蓋土壤厚度為20-80 cm時，較CK分別低21.62%、13.19%、11.11%、3.70%、3.08%；T80具有最高的地下部分生物量，為10.24 g，覆蓋土壤厚度為20-70cm時，較覆蓋土壤厚度為80 cm時分別低38.85%、37.71%、19.04%、8.38%。隨著黃河泥沙層上覆蓋土壤厚的增加，玉米葉片養分(全氮、全磷、全鉀)含量相應增加。黃河泥沙層上較厚的覆蓋土壤層厚度，有利于控制剖面整體pH值，但不利于控制電導率；有利于提升整個剖面的保水性、保肥性，水分和速效養分(堿解氮、有效磷、速效鉀)在黃河泥沙和土壤交界處的土壤中產生累積，致使覆蓋土壤厚度為70 cm、80 cm的剖面中在該處的土壤含水率、堿解氮、速效鉀含量高于CK，但土壤層有機質含量低于CK。覆蓋土壤厚度為70 cm、80 cm時，玉米植株長勢(株高、徑粗、葉面積、葉綠素)、生物量、葉片養分(全氮、全磷、全鉀)、表層土壤含水率、速效養分(堿解氮、有效磷、速效鉀)均與CK近似。綜上所述，黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地雙層土壤剖面構型中，黃河泥沙層上覆蓋土壤層厚度增加，有利于作物生長發育和提升“上土下沙”型剖面整體的保水性、保肥性，但覆蓋土壤層達到一定厚度(≥70 cm)后，覆蓋土壤厚度的這種影響逐漸減弱。綜合考慮黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地雙層土壤剖面重構的土壤需求量和施工成本，本文認為黃河泥沙層上適宜的覆蓋土壤厚度為70 cm(表土為30 cm)，此厚度是在能保證作物的正常生長發育條件下，土壤需求量和施工成本較小的覆蓋土壤厚度。

(2)通過室內土柱試驗，對黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地多層土壤剖面重構技術中多次性充填黃河泥沙、夾層式多層土壤剖面構型進行了研究。多層土壤剖面構型有利于玉米種子萌發、植株生長發育和根系生長，T8、T11構型地上部分生物量較CK2(直接覆蓋70 cm土壤層的雙層土壤剖面構型)高22.60%和15.50%，T8、T10、T11地下部分生物量較CK1(全土柱)高36.64%、29.78%、29.96%，較CK2高30.34%、23.8%、23.98%。多層土壤剖面構型有利于保持表層土壤水分、速效養分(速效氮、有效磷、速效鉀)和有機質，但對表層土壤pH值沒有顯著性影響，且不利于降低表層土壤電導率；有利于保持剖面整體全氮、全磷含量，但全鉀含量較低，且不利于保持剖面中夾心土層土壤有機質；有利于保持剖面上、中部土壤速效養分(速效氮、有效磷、速效鉀)和下部有效磷、速效鉀。此外，隨著不同多層土壤剖面構型中心土層總厚度的增加，玉米植株生物量、長勢(株高、徑粗、葉面積、葉綠素)、葉片養分(全氮、全磷、全鉀)基本呈現增加趨勢，但多層剖面構型減弱了心土層總厚度的這種影響。例如，心土層總厚度為30 cm的T6、T7型剖面與心土層總厚度為40 cm的T9型剖面、CK2具有相似的玉米生物量和植株長勢，心土層總厚度為30 cm的T7構型剖面與心土層總厚度為40 cm的T8-T11型剖面、CK1、CK2均有相似的玉米葉片全氮、全磷、全鉀含量。因此，T8、T10、T11構型是一個良好的夾層式多層土壤剖面構型，其植株生物量優于、長勢和葉片養分(全氮、全磷、全鉀)近似于CK2(直接覆蓋70 cm土壤層的雙層土壤剖面構型)。綜上，夾層式多層土壤剖面構型中，黃河泥沙層中含有2個夾心土層優于1個夾心土層；最上層覆蓋50 cm厚的土壤優于40 cm厚的土壤，以保證農作物主要根系的生長分布；當剖面中有不同厚度的2個夾心土層時，厚的夾心土層應分布在剖面中較上部位置；在剖面下部位置，2個分開的10 cm厚度的夾心土層優于一個20 cm夾心土層。

(3)通過田間小區試驗，對黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地雙層土壤剖面構型和夾層式多層土壤剖面構型在田間尺度下進行研究，檢驗室內土柱試驗的結果。田間尺度下，一次性充填黃河泥沙后覆蓋土壤的雙層土壤剖面構型，適宜的覆蓋土壤厚度為70 cm。田間尺度下，多次性充填黃河泥沙、夾層式多層土壤剖面構型中，適宜的多層土壤剖面構型為：黃河泥沙層中含有2個夾心土層；剖面最上層覆蓋50 cm厚的土壤優于40 cm厚的土壤；剖面中含2個不同厚度夾心土層時，較厚的夾心土層應分布在較上部位置；在剖面下部位置，2個分開的10 cm厚度的夾心土層優于1個20 cm夾心土層。黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地土壤剖面重構技術中，夾層式多層土壤剖面構型是提高耕地質量和生產力的有效途徑之一。

(4)對黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地土壤剖面重構技術、工藝進行總結。根據土壤剖面重構過程中黃河泥沙的充填次數，將黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地土壤剖面重構技術劃分為單次單層充填技術和多次多層充填技術。再結合充填區域是否劃分充填條帶，將其細分為4小類：不劃分條帶單次單層充填技術、劃分條帶單次單層充填技術、不劃分條帶多次多層充填技術、劃分條帶多次多層充填技術，對應的實現工藝分別為不劃分條帶單次單層充填工藝、劃分條帶單次單層充填工藝、不劃分條帶多次多層充填工藝、劃分條帶多次多層充填工藝，并給出了每種工藝的流程圖、示意圖和具體實施步驟，為黃河泥沙充填復墾采煤沉陷土壤剖面重構技術在實地中的推廣應用提供工程實踐指導。

本文對黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地土壤剖面重構技術進行了一些探索研究，但并未涉及不同土壤剖面構型中水分和溶質運移等機理方面，未來應該深入探討多層土壤剖面構型水分和溶質運移規律，揭示其影響機理，促進充填復墾技術的革新。本文論述了黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地單次單層充填技術和多次多層充填技術的實施工藝，但仍相對簡單，未來應該對兩種充填技術進行深入的經濟效益、社會效益、生態效益評估。此外，對于多次多層充填技術的實施工藝中土壤分層剝離與堆存、充填條帶設計、固沙排水、交替泥沙充填與土壤回填等耦合銜接的論述簡單，將來需要進一步深入研究，深化黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地夾層式交替多次多層充填復墾原理與方法。