中国东部高潜水位采煤矿区是中国的煤炭能源基地，也是重要的粮食产区，因此采煤塌陷不仅对生态环境造成重大影响，也会威胁耕地资源和粮食安全。在采煤矿区，采煤塌陷地复垦是增加耕地面积、缓解人地矛盾和保护粮食安全的主要途径，然而目前对复垦土壤进行农业利用的过程中，土壤紧实已成为影响复垦土壤生产力的最主要原因。　　本研究的目的是研究复垦过程中机械使用对土壤紧实度的影响及引起的土壤环境效应。一方面通过复垦施工现场取样观测，结合模拟压实试验，通过地统计理论、CT 扫描技术和分形理论，研究使用复垦机械挤压扰动土壤后复垦土壤紧实度、土壤颗粒组成、土壤大孔隙和微生物活性的变化；另一方面选择典型复垦区通过取样观测研究不同复垦区土壤热导率和无机磷分布的差异，并从中剖析二者与土壤紧实度的关系。主要研究结果如下：　　（1）初步探明了复垦土壤机械压实机制。通过复垦施工现场取样观测，复垦过程中机械碾压会显著增加复垦土壤紧实度，当土壤中质量含水量为16%～18%时，TD80B型履带式推土机每次碾压后，复垦回填表层（0～20 cm）、回填亚层（20～40 cm）和填充层（40～60 cm）土壤紧实度均值分别增加53.586，57.791和16.100 kPa，根据土壤紧实度的地统计特征，3次碾压后复垦土壤紧实度均超过1000 kPa，该紧实特征会抑制作物生长；施工过程中履带式推土机的使用会极大扰动复垦土壤层次，表层（0~20 cm）土壤的颗粒组成状况逐渐与填充层土壤趋于一致，且表层（0~20 cm）土壤颗粒分布范围（D(0)）变小，不对称性（△f）增加，颗粒分布在“集中-分散”（D(1)）和“均匀-不均匀”（△α）之间变化；另外履带式推土机的使用在扰动土壤层次的同时也会压缩土壤，使复垦土壤孔隙面积（?）、数量和大小（ED）变小，但会增加大孔隙的成圆率（C）。　　（2）揭示了复垦土壤紧实对土壤微生物的影响规律。通过模拟压实试验，模拟不同机械碾压不同次数下的土壤经过自然熟化3年后，表层（0~20 cm）土壤的微生物活性不同，分别模拟履带式推土机和自卸汽车碾压1次到9次，土壤中细菌、真菌和放线菌数量、土壤呼吸速率以及尿酶和酸性磷酸酶的含量呈倒“V”字变化，其中模拟履带式推土机年3次或5次时土壤微生物活性最好。　　（3）分析了复垦区土壤紧实度与土壤热导率和土壤无机磷形态的关系。挖深垫浅复垦、充填复垦和预复垦土壤热导率不同，且均小于对照耕地土壤热导率，这与复垦土壤质地和紧实程度有关，当土壤容重在1.205～1.593 g/cm3时，砂粒为影响热导率的主要因素，当土壤容重在1.604～1.813 g/cm3时，容重为影响热导率的主要因素；填充材料不同的复垦土壤各形态无机磷含量不同，其中引湖充填无机磷含量和磷的有效性较高，另外复垦土壤紧实度与复垦土壤中无机磷总量、Ca8-P和Ca10-P含量呈现出显著性负相关关系，相关系数r分别为-0.611*，-0.498*和-0.509*（P＜0.05）。　　以上结果表明复垦施工过程中，控制碾压次数可以减轻机械使用对土壤的扰动和挤压，并可以避免过度压实造成的土壤微生物活性的降低；在复垦区通过降低土壤紧实程度，增加砂粒含量可有效提高复垦土壤热导率；充填材料会影响复垦土壤各形态无机磷的分布，但一定程度上减轻复垦土壤紧实可以有助于土壤磷的有效性的恢复。该研究成果可为革新复垦技术和制订复垦标准提供理论指导和数据支持。