荒石滩作为一种重要的耕地后备资源,可供综合治理开发利用,采用相关优化工程措施将其整理为耕地,不仅具有巨大的防洪减灾效益,还具有巨大的农业产出效益。在对荒石滩进行综合整治过程中,如何重建耕层,保障耕层的稳定性,满足作物生长是亟待解决的重要问题。土体结构是土壤的一个基本特性,直接影响了植物的生长和发育情况,与土壤肥力密切相关,不仅是土地生产力的重要指标,还是判定土壤侵蚀程度的重要依据。本文综合了 2011~2014年小区模拟实验、模型模拟和室内实验的结果,针对荒石滩地区砾石裸露、土层浅薄、河床比降较大等问题,开展了该地区土地整治的客土厚度、耕层构建、土壤沉降以及表层侵蚀等方面的研究,并通过RZWQM2模型模拟了耕层构建以后1990~2013年的作物产量,分析作物产量与覆土厚度和容重的相关关系,为耕层构建结构的稳定性评价与优选提供依据,得出主要结论如下:(1)揭示了不同土层厚度处理下的水分渗漏及土壤颗粒迁移特征。随着土层厚度增大,土体水分渗漏量和渗漏速率均会降低,20 cm厚度土层的水分累积渗漏量和平均渗漏速率分别约为5cm土层的35.60%和33.63%。土壤颗粒迁出量与土层厚度呈负相关关系,土层厚度越大,土壤颗粒迁出量越小;土壤颗粒累积迁出量与土层厚度的拟合关系式为:y=3.19e-0.11x(R2=0.96);20 cm厚度土层的土壤颗粒迁出量仅为5 cm厚度土层的21.8%;土壤颗粒迁移主要发生在水分渗漏100min以内,后期各土层渗漏液中的土壤颗粒迁出量趋于稳定。土壤迁出颗粒中粉粒(>0.005 mm)含量最高,黏粒(0.002~0.005 mm)含量次之,砂粒(<0.002 mm)含量最低;随着土层厚度的增加,渗漏液中粘粒的浓度逐渐增加,渗漏液中土壤颗粒粒径变化表现为黏粒、粉粒粒径随渗漏时间的增加呈先增大后趋于稳定的变化趋势,而砂粒呈先减小后趋于稳定的变化趋势。土层越薄,则土体结构越不稳定,土层越厚,土体保水保肥能力越强。(2)揭示了不同容重构型处理下的土壤水肥渗漏和土壤侵蚀特征。隔离层容重和水分初始渗漏能力、平均渗漏速率均呈负相关关系。养分总渗漏量在容重不大于1.5 g/cm3时养分渗漏量随容重的增加而降低,当隔离层容重为大于1.5~1.7 g/cm3时养分渗漏量差异较小,说明隔离层容重为1.5 g/cm3为最优保肥容重构建结构。侵蚀产沙量与土壤容重呈正相关关系,土壤容重越大,侵蚀产沙量越大。综合分析耕层结构的稳定性及保水保肥特性,得出最优容重组合如下:自下而上容重分别为隔离层容重1.5 g/cm3,厚度10 cm;过渡层容重1.3g//cm3,厚度20 cm;耕作层容重1.2g//cm3,厚度20~30 cm。(3)阐明了不同覆土厚度耕层构建模式下土壤质量的变化特征。不同覆土厚度小区构建以后,土体沉降深度与覆土厚度呈正相关关系,即覆土厚度越大,其沉降深度也越大,而覆土厚度为50cm时,土体沉降率最低。土壤容重、紧实度与覆土厚度均呈正相关关系,土壤孔隙度与覆土厚度呈负相关关系,但上层土体(0~20 cm)的容重、紧实度以及二者随覆土厚度的增幅均小于下层土体(20~40 cm),但上层土体孔隙度大于下层土体,当覆土厚度小于50 cm时,两土层孔隙度随覆土时间而增大,覆土厚度大于50 cm时,两土层孔隙度随覆土时间均发生减小。当覆土厚度为50 cm时,上、下土层体的容重、孔隙度、紧实度差值最大,且随时间变幅较小,形成保水保肥的土体结构。除第五季作物外,各季0~30 cm土层养分均表现为覆土厚度为50和60 cm时养分含量较高。覆土厚度为50 cm时各养分指标随时间呈稳定的上升趋势,在第七季养分含量达到最高,同时土壤质量指数也达到最高,约为0.84。覆土厚度为50 cm时,土壤理化性质较为稳定,有利于根系生长和水肥保存。(4)基于RZWQM2模型模拟结果,阐明了不同耕层构建模式对作物产量的影响。覆土厚度为50 cm、60 cm时,夏玉米和冬小麦的株高整体偏高,作物产量最大,穗数、穗粒数及千粒重较大;基于RZWQM2模型模拟结果表明,覆土厚度为50~60 cm时,土壤的持水能力和对作物的供水能力较强,作物产量最高,作物产量随覆土厚度的增加而增大,但是当覆土厚度大于50 cm时,作物产量增加幅度减缓。隔离层容重大于1.5 g/cm3时,土壤相对含水量较高,对作物的供水能力强,但当隔离层容重为1.5~1.6 g/cm3,作物产量最高,容重偏高或偏低均会造成产量减小。(5)结合工程成本,荒石滩耕层构建的最优模式为:覆土厚度为50 cm,自下而上隔离层容重1.5~1.6 g/cm3,厚度10 cm;过渡层容重1.3 g/cm3,厚度20 cm;耕作层容重.1.2g/cm3,厚度20~30 cm。