晋陕蒙接壤区是我国重要的煤炭能源基地,风沙土是该区主要的土壤类型,区域内砒砂岩分布广泛,这一区域也是黄河粗砂的主要来源区。针对煤矿开采造成的生态环境破环、砒砂岩区水土流失严重且治理难度大、风沙土肥力低下等生态环境问题,本研究尝试利用区域独有的砒砂岩风化物(简称砒砂岩)来改良风沙土,以实现治理砒砂岩区水土流失和提高风沙土保水保肥能力的目标。通过室内模拟实验和模型模拟研究,揭示改良风沙土土壤(简称改良土壤)的水力学性质以及改良土壤对氮、磷的吸附-解吸特性,确定砒砂岩最优添加比例,探讨改良土壤的养分有效性及其植物响应,探索适用于岩土混合土壤的水肥管理方式,从土壤—植物系统来评价砒砂岩对风沙土的改良效果。获得如下进展:1.添加砒砂岩可显著降低风沙土水分入渗率和饱和导水率,随砒砂岩添加比例增加,降低幅度增大。添加砒砂岩可增强风沙土的持水能力,提高风沙土的饱和含水量和滞留含水量。当砒砂岩添加比例达到25%时,改良土壤饱和导水率明显由快转慢,水分入渗能力快速衰减,有利于土壤上层水分的截留。VGM(m,n)模型可很好模拟砒砂岩—风沙土改良土壤的水分特征曲线。2.随砒砂岩添加比例的增大,改良土壤对铵态氮的吸附量和解吸量均呈增大趋势,添加砒砂岩可显著改善风沙土对铵态氮的保肥性和供肥性。改良土壤对铵态氮的吸附过程包含有物理吸附和化学吸附作用,吸附反应属自发的放热反应。准二级动力学模型可很好模拟改良土壤对铵态氮的吸附动力学过程,而Freundlich模型可很好拟合改良土壤对铵态氮的等温吸附过程。3.添加砒砂岩可降低风沙土对磷的吸附量,却有利于磷的解吸,有助于改善土壤磷素的供应。改良土壤对磷的吸附以化学吸附和离子交换为主,吸附反应为自发的吸热反应。准二级动力学模型适合模拟改良土壤对磷的吸附动力学过程,而Langmuir模型适合模拟等温吸附过程。4.充足的水分条件有利于提高改良土壤中硝态氮和速效磷含量,添加砒砂岩可增大改良土壤铵态氮含量,减少硝态氮和速效磷含量。5.适宜的水肥管理方式下,添加砒砂岩可提高黑麦草的生物量,增加黑麦草对氮、磷的吸收。添加砒砂岩可促进改良土壤中>0.25 mm团聚体的形成,增强团聚体的机械稳定性。本研究为验证砒砂岩用于改良风沙土的可行性提供了数据支撑,为区域生态恢复和水土流失治理提供了新思路,为砒砂岩在农业生产和生态恢复方面的资源化利用开辟了新途径。