我國(guó)東部高潛水位平原礦區(qū)地勢(shì)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(nóng)田，煤糧復(fù)合面積較大。采煤引起大面積農(nóng)田破壞或退化，積水深度較大，導(dǎo)致高潛水位平原礦區(qū)復(fù)墾耕地的難度增大，造成了巨大的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失、大量的壓煤村莊搬遷，增加了社會(huì)不穩(wěn)定因素，使得局部地區(qū)城鎮(zhèn)化布局受限和生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題。因此，以提高復(fù)墾耕地率為目標(biāo)的采煤沉陷地復(fù)墾是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，而充填復(fù)墾技術(shù)是解決該問(wèn)題的有效方法之一。煤矸石、粉煤灰等是較為傳統(tǒng)的采煤沉陷地充填復(fù)墾材料，但其存在數(shù)量不足和潛在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，推廣應(yīng)用受到限制。

黃河是世界上含沙量最大的河流之一，進(jìn)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(kāi)發(fā)與保護(hù)的主要任務(wù)。因此，濱黃河礦區(qū)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(shù)量充足且安全的充填復(fù)墾材料，提高耕地恢復(fù)率，又對(duì)黃河的疏浚起到一定的作用。黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地技術(shù)是一項(xiàng)龐雜的技術(shù)，涉及取沙、輸沙、充填、排水、土壤重構(gòu)等多個(gè)方面，其中土壤重構(gòu)是礦區(qū)土地復(fù)墾的核心內(nèi)容，而土壤剖面重構(gòu)又是土壤重構(gòu)中最為基礎(chǔ)的部分。因此土壤剖面重構(gòu)是黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地技術(shù)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，其直接決定了黃河泥沙充填復(fù)墾技術(shù)的成敗。然而，目前國(guó)內(nèi)關(guān)于黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地土壤剖面重構(gòu)的研究尚未有所報(bào)到，現(xiàn)有黃河泥沙充填復(fù)墾土壤剖面重構(gòu)實(shí)踐大多是借鑒傳統(tǒng)的采煤沉陷地充填復(fù)墾技術(shù)(粉煤灰、煤矸石等)經(jīng)驗(yàn)，存在覆土不足、保水保肥性差、灌溉水量多、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)差和產(chǎn)量低等問(wèn)題。

為此，需要開(kāi)展黃河泥沙復(fù)墾采煤沉陷地土壤剖面重構(gòu)技術(shù)研究，以求提高復(fù)墾耕地質(zhì)量和生產(chǎn)力。借鑒已有研究成果經(jīng)驗(yàn)，利用土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)等相關(guān)知識(shí)，首先通過(guò)室內(nèi)土柱試驗(yàn)，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(fù)墾采煤沉陷地“上土下沙”型雙層土壤剖面構(gòu)型，通過(guò)測(cè)定玉米長(zhǎng)勢(shì)和生物量，分析土壤和黃河泥沙的理化性質(zhì)等，優(yōu)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(nóng)作物生長(zhǎng)，又能保證經(jīng)濟(jì)可行。

然后，利用同上研究方法，對(duì)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(gòu)型進(jìn)行了研究，優(yōu)選出適宜的夾層式多層土壤剖面構(gòu)型，以求改良土壤剖面構(gòu)型，提高復(fù)墾耕地質(zhì)量和生產(chǎn)力。接著探討了田間尺度下黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地的土壤剖面重構(gòu)技術(shù)，對(duì)室內(nèi)土柱試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，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(zhì)量較好、生產(chǎn)力較高的夾層式多層土壤剖面構(gòu)型。最后對(duì)兩種土壤剖面構(gòu)型在不同條件下的具體實(shí)施工藝進(jìn)行了論述，為黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地土壤剖面重構(gòu)技術(shù)在實(shí)地的推廣應(yīng)用提供工程實(shí)踐指導(dǎo)。

本文具體有以下幾方面的認(rèn)識(shí)：

(1)通過(guò)室內(nèi)土柱試驗(yàn)，對(duì)黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地雙層土壤剖面重構(gòu)技術(shù)中一次性充填黃河泥沙后覆蓋土壤厚度進(jìn)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(zhǎng)，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(shí)，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(shí)，較覆蓋土壤厚度為80 cm時(shí)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(yǎng)分(全氮、全磷、全鉀)含量相應(yīng)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(dǎo)率；有利于提升整個(gè)剖面的保水性、保肥性，水分和速效養(yǎng)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(chǎn)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(jī)質(zhì)含量低于CK。覆蓋土壤厚度為70 cm、80 cm時(shí)，玉米植株長(zhǎng)勢(shì)(株高、徑粗、葉面積、葉綠素)、生物量、葉片養(yǎng)分(全氮、全磷、全鉀)、表層土壤含水率、速效養(yǎng)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(fù)墾采煤沉陷地雙層土壤剖面構(gòu)型中，黃河泥沙層上覆蓋土壤層厚度增加，有利于作物生長(zhǎng)發(fā)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(dá)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(fù)墾采煤沉陷地雙層土壤剖面重構(gòu)的土壤需求量和施工成本，本文認(rèn)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(zhǎng)發(fā)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(guò)室內(nèi)土柱試驗(yàn)，對(duì)黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地多層土壤剖面重構(gòu)技術(shù)中多次性充填黃河泥沙、夾層式多層土壤剖面構(gòu)型進(jìn)行了研究。多層土壤剖面構(gòu)型有利于玉米種子萌發(fā)、植株生長(zhǎng)發(fā)育和根系生長(zhǎng)，T8、T11構(gòu)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(gòu)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(gòu)型有利于保持表層土壤水分、速效養(yǎng)分(速效氮、有效磷、速效鉀)和有機(jī)質(zhì)，但對(duì)表層土壤pH值沒(méi)有顯著性影響，且不利于降低表層土壤電導(dǎo)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(jī)質(zhì)；有利于保持剖面上、中部土壤速效養(yǎng)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(gòu)型中心土層總厚度的增加，玉米植株生物量、長(zhǎng)勢(shì)(株高、徑粗、葉面積、葉綠素)、葉片養(yǎng)分(全氮、全磷、全鉀)基本呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但多層剖面構(gòu)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(zhǎng)勢(shì)，心土層總厚度為30 cm的T7構(gòu)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(gòu)型是一個(gè)良好的夾層式多層土壤剖面構(gòu)型，其植株生物量?jī)?yōu)于、長(zhǎng)勢(shì)和葉片養(yǎng)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(gòu)型)。綜上，夾層式多層土壤剖面構(gòu)型中，黃河泥沙層中含有2個(gè)夾心土層優(yōu)于1個(gè)夾心土層；最上層覆蓋50 cm厚的土壤優(yōu)于40 cm厚的土壤，以保證農(nóng)作物主要根系的生長(zhǎng)分布；當(dāng)剖面中有不同厚度的2個(gè)夾心土層時(shí)，厚的夾心土層應(yīng)分布在剖面中較上部位置；在剖面下部位置，2個(gè)分開(kāi)的10 cm厚度的夾心土層優(yōu)于一個(gè)20 cm夾心土層。

(3)通過(guò)田間小區(qū)試驗(yàn)，對(duì)黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地雙層土壤剖面構(gòu)型和夾層式多層土壤剖面構(gòu)型在田間尺度下進(jìn)行研究，檢驗(yàn)室內(nèi)土柱試驗(yàn)的結(jié)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(gòu)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(gòu)型中，適宜的多層土壤剖面構(gòu)型為：黃河泥沙層中含有2個(gè)夾心土層；剖面最上層覆蓋50 cm厚的土壤優(yōu)于40 cm厚的土壤；剖面中含2個(gè)不同厚度夾心土層時(shí)，較厚的夾心土層應(yīng)分布在較上部位置；在剖面下部位置，2個(gè)分開(kāi)的10 cm厚度的夾心土層優(yōu)于1個(gè)20 cm夾心土層。黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地土壤剖面重構(gòu)技術(shù)中，夾層式多層土壤剖面構(gòu)型是提高耕地質(zhì)量和生產(chǎn)力的有效途徑之一。

(4)對(duì)黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地土壤剖面重構(gòu)技術(shù)、工藝進(jìn)行總結(jié)。根據(jù)土壤剖面重構(gòu)過(guò)程中黃河泥沙的充填次數(shù)，將黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地土壤剖面重構(gòu)技術(shù)劃分為單次單層充填技術(shù)和多次多層充填技術(shù)。再結(jié)合充填區(qū)域是否劃分充填條帶，將其細(xì)分為4小類(lèi)：不劃分條帶單次單層充填技術(shù)、劃分條帶單次單層充填技術(shù)、不劃分條帶多次多層充填技術(shù)、劃分條帶多次多層充填技術(shù)，對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)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(shí)施步驟，為黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷土壤剖面重構(gòu)技術(shù)在實(shí)地中的推廣應(yīng)用提供工程實(shí)踐指導(dǎo)。

本文對(duì)黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地土壤剖面重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了一些探索研究，但并未涉及不同土壤剖面構(gòu)型中水分和溶質(zhì)運(yùn)移等機(jī)理方面，未來(lái)應(yīng)該深入探討多層土壤剖面構(gòu)型水分和溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律，揭示其影響機(jī)理，促進(jìn)充填復(fù)墾技術(shù)的革新。本文論述了黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地單次單層充填技術(shù)和多次多層充填技術(shù)的實(shí)施工藝，但仍相對(duì)簡(jiǎn)單，未來(lái)應(yīng)該對(duì)兩種充填技術(shù)進(jìn)行深入的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益評(píng)估。此外，對(duì)于多次多層充填技術(shù)的實(shí)施工藝中土壤分層剝離與堆存、充填條帶設(shè)計(jì)、固沙排水、交替泥沙充填與土壤回填等耦合銜接的論述簡(jiǎn)單，將來(lái)需要進(jìn)一步深入研究，深化黃河泥沙充填復(fù)墾采煤沉陷地夾層式交替多次多層充填復(fù)墾原理與方法。