本文的目的是為礦山土地復墾與生態修復探討獨特的基礎理論——復墾土壤重構的理論與方法。
土壤重構是礦山土地復墾與生態修復的關鍵，本文首次提出“土層生態位”和“土壤關鍵層”的新概念，從理念上闡明不同土層功能作用和土壤剖面構型的重要性，為土壤剖面構型的優化和土壤重構技術的革新提供理論支撐。提出礦山復墾土壤重構的原理：以土層生態位和土壤關鍵層為理論基礎和核心內容，設計和優化土壤剖面構型并付諸實施的過程，其核心是優化設計各個土層生態位、確定和優化關鍵層。首次提出了包含4步驟的土壤剖面重構優化設計方法，尤其是提出了土層生態位優化的理論分析方法及最終篩選優化土壤剖面構型的方法。
礦區土地復墾與生態修復已經成為國內外關注的焦點。
礦產資源的開采首先影響的是土地，無論是露天開采的直接挖損還是井工開采的地表沉陷，都導致歷經數百年甚至上萬年形成的土壤受到破壞，因此，礦區土地復墾與生態修復的首要任務是恢復土壤。土壤是一切生物之基。如果沒有很好地恢復土壤，礦區生態系統就很難恢復，為此，許多國家把復墾土壤生產力水平作為衡量復墾工程成敗的標準，因此，土壤重構（soil reconstruction）就成為土地復墾與生態修復的關鍵和核心。經過國內外幾十年的研究和實踐，復墾土壤重構的研究已取得很大進展，有了“分層”構造的意識，但大都是對礦山損毀土壤改良、表土覆蓋以及結合采礦與復墾技術的土壤重構工藝進行的探討，但在為什么“分層”和如何“分層”等理論支撐方面十分缺乏，因此，為填補礦區土地復墾與生態修復理論空白，提升整個行業的科學水平，提高復墾工藝效率及效益，有必要對土壤重構的理論與方法進行系統的總結和提升，為礦區土地復墾與生態修復獨特的基礎理論提供支撐。
土壤是生物之基，土壤重構是礦山土地復墾與生態修復的關鍵和基礎。本文的目的是革新土壤重構理念，凝練和提升土壤重構理論與方法，為礦區土地復墾與生態修復獨特基礎理論提供支撐。本文回顧了礦山復墾土壤重構的研究歷史，從單元土體空間重構的視角，提出了四維重構的概念，即垂直方向（Z）的土壤剖面重構、水平方向（X，Y）的地貌重塑、時間維（T）方向的土壤改良，其中垂向剖面重構是土壤重構的核心，也是土壤重構的狹義概念。總結國內外礦山生態修復成功經驗與失敗教訓，依據土壤發生學原理和師法自然的理念，提出了“土層生態位”和“土壤關鍵層”的概念，認為不同土層有其獨特的生態功能和空間位置，將各個土層在空間的位置及其與相關土層之間的功能關系與作用，稱之為“土層生態位”；將影響土壤整體功能和生產力的關鍵土層，稱之為“土壤關鍵層”。礦山復墾土壤剖面重構的原理就是以土層生態位為理論基礎、土壤關鍵層為構造核心，設計和優化土壤剖面構型并付諸實施的過程，其核心是優化設計各個土層生態位、確定和優化關鍵層。因此，土壤剖面重構方法就是在深入分析自然土壤剖面結構和損毀土地特征的基礎上，基于需求確定重構土壤剖面的目標；然后對每一土層空間生態位適宜度進行分析；再通過土層生態位的空間位、寬度、重疊、差距和競爭等要素分析，確定可能的土壤剖面構型和關鍵層；最后通過室內外種植試驗或模擬試驗驗證與篩選，從而獲得最佳生產力功能的土壤剖面構型。基于這一原理和方法，提出了“分層剝離、交錯回填”的土壤重構技術工藝原理，“分層”是滿足“土層生態位”和“關鍵層”構造的要求，“交錯”是實現土壤重構連續、高效的施工工藝，并以露天煤礦采復一體化和采煤塌陷地挖深墊淺復墾為例介紹了土壤重構工法。最后，以山東黃河泥沙充填復墾采煤沉陷地為例，介紹了土壤重構原理與方法的應用和實踐。
圖1 自然土壤剖面示意圖
圖2 土壤剖面構型(部分)示意圖
(修改于熊毅，1965)
圖3 某“挖深墊淺”復墾技術重構土壤
剖面案例（混合、無分層現象）
圖4 土壤重構的概念模型示意圖
圖5 “土層生態位”和“土壤關鍵層”示意圖
圖6 土壤重構剖面優化設計方法流程圖
圖7 “土層生態位”概念模型
圖8 露天礦采復一體化土壤重構
工藝示意圖
圖9 采煤塌陷地挖深墊淺復墾
土壤剖面構型
土壤重構亦是重構土壤，是綜合運用工程措施及物理、化學、生物、生態措施，使受損的土壤系統功能得以恢復的過程或活動，重點是構造一個適宜土壤剖面，恢復土壤肥力因素，為植物生長構造一個最優的物理、化學和生物條件，在較短時間內達到最優的生產力，并使其具有長期穩定性。從“土壤系統”構造的視角，土壤重構就是“造土”加“土壤剖面構造”。此外，土壤重構是單元土體的四維重構，即是在考慮土地用途和仿照自然土壤的情況下，單元土體在垂向上疊加構建合理的土壤剖面構型；在平面上科學重塑地形地貌；在時間維上通過人工和自然的改良提升重構土壤肥力，使重構的土壤達到最優的生產力。因此，廣義的土壤重構包括土壤剖面重構、地貌重塑和土壤改良。（2）土層生態位
將各個土層在空間上所占據的位置及其與相關土層之間的功能關系與作用，稱之為“土層生態位”。其內涵是每一土層有其獨特的生態功能和空間位置，它與其他土層有密切的相互作用關系，需要科學合理的處理每一土層才能構造出理想的土壤剖面，實現高質量的土壤系統功能。（3）土壤關鍵層
將影響土壤生產力的關鍵土層，稱之為“土壤關鍵層”。土壤關鍵層以其顯著的形態分異特征為重要標志，其功能明顯區別于相鄰或其它的土層。常見的土壤關鍵層主要有表土層、含水層、隔水層等，也有一些嚴重影響土壤剖面功能或生產力的障礙層，也稱之為“關鍵層”，這就需要在復墾重構時消除原有的障礙，改善土壤生產力。基于對土壤剖面的正確認識，土壤剖面重構原理就是以土層生態位為理論基礎、土壤關鍵層為構造核心，設計和優化土壤剖面構型并付諸實施的過程，重點是優化設計各個土層生態位、確定和優化關鍵層。
基于上述原理，土壤剖面重構的優化設計方法為：①在深入分析自然土壤剖面結構和損毀土地特征的基礎上，基于需求確定重構土壤剖面的功能目標；②通過待構土層理化-生物特性的分析及土層生態位適宜度評價，確定各土層生態位的基本屬性特征；③通過土層生態位的空間位、寬度、重疊、差距和競爭性等要素分析及土層間相互作用關系分析，確定可能的土壤剖面構型和土壤關鍵層；④通過室內外種植試驗或模擬試驗進行整體優化和方案篩選，重點是土壤關鍵層的優化和作用機理分析，從而獲得最佳生產力功能的土壤剖面構型。
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