由于实验区具有独特的地质和气候特征,砒砂岩地区被喻为“世界水土流失之最”。本研究通过野外采集排土场原状土壤和室内模拟试验以及室外盆栽试验,系统地研究了晋陕蒙矿区砒砂岩风化物改良土壤水分入渗过程及对黑麦草生长特征和养分变化的影响,揭示砒砂岩风化物添加改良新构土体的土壤水分入渗过程机理,为进一步研究黄土高原地区砒砂岩风化物用于新构土体改造和改良矿区土壤提供理论依据,也为砒砂岩资源化利用提供技术支撑,获得如下结论:1、黑岱沟排土场原状土40 cm以下土壤容重和饱和含水量差异不显著。在0~40 cm土层中容重是增加的,且砂土的容重大于壤土。而饱和含水量有减小的趋势。在0~40 cm和120~140 cm的土层中的有机质含量均高于其他土层。模拟土柱试验表明:以风沙土为主的剖面土壤水分入渗率和累积入渗量大于以黄绵土为主剖面;当排土场剖面土壤水分入渗达到稳定时,入渗率和累积入渗量随土壤剖面深度增加而减少。Green-Ampt模型可很好模拟排土场土壤水分入滲过程。2、模拟排土场(新构土体)土柱试验表明:砒砂岩风化物、煤矸石和料礓石可作为新构土体土层的添加材料,可有效阻碍新构土体表层土壤水分向下层入滲。当砒砂岩位于中层时,风沙土和黄绵土剖面水分累积入渗量、饱和导水率最小。Kostiakov经验公式可较好描述砒砂岩混合土石土壤水分入滲过程;含有煤矸石、料礓石的风沙土和黄绵土土壤与砒砂岩夹层的土壤水分入渗过程可用Kostiakov经验公式表达,湿润锋随时间的变化过程可用幂函数拟合。土壤剖面两种碎石和砒砂岩夹层的存在,均可阻碍剖面土壤水分入渗;土壤饱和导水率与煤矸石、料礓石含量相关。含有煤矸石、料礓石土石混合介质的砒砂岩夹层土壤水分累积入渗量、湿润锋和饱和导水率均小于无碎石和砒砂岩夹层的土壤,且随着煤矸石石、料礓石含量增加,砒砂岩含量的减少呈增加—减少—增加的趋势;当煤矸石、料礓石与土壤混合与砒砂岩比例达到1:3时,混合介质的土壤水分累积入渗量和饱和导水率最低。3、砒砂岩改良矿区土壤试验表明:砒砂岩可作为矿区土壤的改良材料,添加砒砂岩可提高黄绵土、风沙土和淤灌土的土壤持水能力,随砒砂岩添加比例提高,改良土壤饱和含水量有不同程度的提高;随砒砂岩添加量增加,累积入渗量和湿润锋运移距离均先减小后增加的趋势;累积入渗量与湿润锋运移距离呈良好的线性关系;砒砂岩与黄绵土、风沙土和淤灌土比例达到1:3时,混合土壤的累积入渗量和饱和导水率达到最小;砒砂岩改良黄绵土、风沙土和淤灌土的土壤水分入渗过程均可用Kostiakov经验公式和Philip公式表达。4、盆栽黑麦草试验表明:均匀混合方式下风沙土和碎石(煤矸石、料礓石)均匀混合处理中,土体的养分含量、三次刈割后地上部分养分含量、以及根系的养分含量均为最高;黄绵土各处理的土壤养分含量、黑麦草地上部分和地下部分的养分含量均差异不显著;分层填装方式下,处理砒砂岩夹层风沙土和处理砒砂岩夹层风沙土和料礓石土石混合介质的土体养分含量、黑麦草地上部分养分含量、黑麦草地下部分养分含量均达到最高;各处理的不同土层中,中层的土壤养分含量低于上层和下层;黑麦草三次刈割后同一土层养分含量、地上部分和地下部分养分含量均没有明显差异;充足的水分可增加改良土壤中黑麦草的地上部和地下部的养分含量,促进黑麦草地上部和地下部对氮、磷、钾养分的吸收,不同水分条件下,不同处理黑麦草地上部和地下部养分含量差异显著。5、盆栽黑麦草试验表明:均匀混合方式下,风沙土中碎石和砒砂岩的添加,显著增加了黑麦草的根长、根表面积、根茎和根密度,各处理效果依次为:风沙土和煤矸石均匀混合、风沙土和料礓石均匀混合、风沙土和砒砂岩均匀混合、其中风沙土和煤矸石均匀混合的水分利用效率最高;黄绵土中添加砒砂岩和碎石根系生物量,根长、根表面积、根茎、根密度和水分利用效率影响不显著;分层填装方式下,风沙土中添加砒砂岩和碎石增加了黑麦草根生物量和总生物量,各处理上、中、下三个土层的根生物量和总生物量存在显著差异;处理砒砂岩夹层风沙土煤矸石土石混合介质和处理砒砂岩夹层风沙土和料礓石土石混合介质的黑麦草根长、根表面积、根茎和根密度分别达到最大值,并从在土层中从上到下黑麦草的根长、根表面积、根茎和根密度逐渐减小;黄绵土各处理中差异不显著。