晋陕蒙露天煤矿区是我国最大的能源基地,现有煤矿开采却是以粗放的露天开采为主,即对煤层覆盖土进行剥离,不仅会遗留下巨大开采坑占用土体,还会带来一些生态和安全危机。因此矿区扰动地表生态系统的重建和新形成大量排土场新构土体的复垦成为当前矿区生态环境建设中最为紧迫的任务。由于该区自然条件限制,目前所形成排土场新构土体普遍存在土层薄(≤50 cm,农用地标准)漏水漏肥严重、质地粗(0.02-2 mm砂粒≥70%)保水保肥能力差、肥力低等问题,限制了排土场新构土体的生态恢复和复垦。通过研究实用有效的土体新构方案和土壤改良措施,阐明不同新构措施下土壤剖面水肥运移的规律和作物响应特性等一些土壤生态系统指标响应,以期丰富当前土地垦复理论和技术体系,对当前矿区的土地垦复工作提供技术支撑,为矿区的可持续发展提供保障。本文以矿区排土场为研究对象,对不同复配模式下土体水分效应、蒸发能力、养分运移(包括有机质,全氮,全磷,速效磷,速效钾)、碳通量效应等,通过定位试验进行了研究。以期明确土体高效水分利用的复配方案,为排土场生态系统的恢复与重建提供科学依据。主要结论如下:(1)排土场土体在一年的变化周期内可分为雨季丰水期(7~10月)和旱季贫水期(11~6月),土壤水分主要受自然降雨、蒸散、底层渗漏的影响。砒砂岩防渗层、工程防渗布在蓄积水分上并没有显著差异,与无防渗层土体相比,7~10月雨量丰沛时期防渗层的水分蓄积作用明显,比对照高9.65~13%,但由于蓄积水分多,防渗层减弱了土体特别是深层土体水分空间分布的稳定性。风化煤增加了表层土体蒸发损失,不利于土体的持水性的提高,砒砂岩掺混增加了土体剖面持水能力,相对于沙黄土,新构土体0~30 cm层次增加约3.36~9.57%(P<0.05,下同),30~40 cm次底层增加约11.16~13.65%,防渗层处理的土体底层剖面水分含量增加了21.6%。综合来看,砒砂岩掺混显著增强了土体的持水蓄水能力,防渗层有效截留渗漏水分并持续供给土体,对涵养土壤水库有积极作用。(2)相对于沙黄土,沙黄土、砒砂岩(7:3,w/w)掺混的新构土体土壤蒸发降低了14.81%,风化煤对沙黄土蒸发特征无明显影响,但显著提高了沙黄土、砒砂岩掺混的新构土体蒸发10.3%(P<0.05),而砒砂岩防渗层和工业防水布等不同防渗措施土体之间蒸发差异不显著,但防渗层可以有效截留水分在蒸发过程中较长时间供给土体。试验表明砒砂岩、防渗层等措施下的新构土体土壤蒸发较小,并较长时间内保证土壤水分供给,在旱区矿区排土场具有一定的实践推广意义。(3)有防渗层处理的土体土壤氮素和有机质含量显著高于对照,无防渗层处理土体剖面养分随土层深度的增加呈下降趋势,且养分含量相对较低;沙黄土+砒砂岩各剖面速效磷、速效钾含量显著高于沙黄土;各样分剖面分布具有明显层次性,0~20 cm养分含量较高,有防渗层改良的底层养分含量显著高于无防渗层土体,说明防渗层处理土体存在较大的养分流动与汇集现象,工业防水布+沙黄土+砒砂岩处理具有良好高效土体潜质。(4)风化煤添加后沙黄土+砒砂岩土体与沙黄土土体土壤呼吸速率分别提高了35.2%和17.1%,沙黄土土壤呼吸日变化为单峰曲线,风化煤添加后日变化呈双峰曲线。各土体土壤呼吸与土壤温度均呈极显著的指数函数关系,vant’Huff模型可用来模拟各土体土壤呼吸对土壤温度的响应。由于监测期内土壤含水率整体较高,土壤呼吸与土壤水分具有一定的线性关系,但不显著。土壤呼吸与土壤温度、水分多元线性分析结果也表明,监测期内新构土体土壤呼吸与土壤温度显著相关,与土壤水分无显著相关,土壤温度可以解释土壤呼吸的大部分变异。综合研究结果表明风化煤促进了新构土体土壤呼吸,提高了碳释放速率,同时也改变了土壤呼吸日变化格局。研究阐明了添加风化煤对矿区新构土体碳通量释放的影响,对评估风化煤添加土体优缺点,估算未来局部碳的变化具有积极意义。新构土体沙黄土+砒砂岩+砒砂岩防渗层复配模式下条件下土体水肥条件与产量较高。在自然条件下,风化煤促进了土体碳通量的释放,砒砂岩提高了土体的持水保水能力,防渗层能有效截留水肥、供给土体,有砒砂岩掺混和防渗层处理的土体具有良好的作物响应特征。从减小蒸发、温室气体排放角度出发,风化煤并不适宜作为改良材料添加土体,结合实际生产和利用的角度,综合环境保护分析与评价认为砒砂岩加沙黄土加防渗层具有高效新构土体的潜质。