中国东部矿区煤粮复合面积大,因采煤沉陷积水,导致大面积的耕地破坏。耕地是人类赖以生存的基本资源,进入21世纪后人地矛盾逐渐加剧,采煤沉陷地复垦成为中国亟待解决的问题。充填复垦技术是使大面积采煤沉陷地恢复为耕地的有效手段,煤矿区借助滨黄河的优势,采用黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地,既可疏浚黄河下游淤积的泥沙,又能实现土地的综合整治增加耕地数量,具有显著的社会及生态效益。然而黄河泥沙属壤砂土,砂粒质量分数将近80%,若采用传统的“上土下沙”土壤剖面设计,覆盖土壤厚度不足,重构后的土壤漏水漏肥,复垦农田质量低。对于某些土壤资源紧缺的矿区,限制了该技术的推广应用。黄河泥沙夹层式充填复垦技术,在土壤资源有限的条件下能够有效提高复垦农田质量。目前对夹层式土壤剖面构型的作用机理鲜少涉及,尤其是黄河泥沙层中土壤夹层的位置、厚度及数量对重构土壤剖面的水分和养分运移规律的影响,还未得到足够的关注及深入的研究。本研究综合利用土地复垦与生态重建、土壤学、土壤物理学、土壤水动力学等知识,通过室内土柱入渗、蒸发及溶质运移实测试验,揭示了黄河泥沙夹层式充填复垦土壤水分及溶质运移特征与规律,明确了夹层式重构土壤不同夹层位置、厚度和数量与持水能力及溶质运移参数之间的关系,阐明了夹层作用机理,优化了夹层方法。依据实测试验数据科学确定水力参数及溶质运移参数,构建了黄河泥沙夹层式充填复垦土壤水分与溶质运移模型,模拟分析了不同夹层式土壤水分和溶质运移特性,为采煤沉陷区黄河泥沙夹层式复垦土壤剖面优化设计,提出一种经济快捷的模拟方法。主要结论如下所示:（1）为解决黄河泥沙充填复垦容重的不确定性,基于水分特性进行了采煤沉陷地充填复垦黄河泥沙容重优选。建议在黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地的实践过程中,进行合理的机械压实使容重控制为1.5 g/cm3,黄河泥沙的毛管孔隙度到达最大,能够在一定程度上提高黄河泥沙的持水性。（2）黄河泥沙夹层式土壤剖面能够改善“上土下沙”土壤剖面的水分入渗特性。黄河泥沙重构土壤入渗属非饱和的水分运动过程,在“上土下沙”土壤剖面中会形成典型的“指流”现象,黄河泥沙充填层中设置土壤夹层后,湿润锋运移受到抑制、入渗过程的持水能力得到提高。夹层式重构土壤剖面的湿润锋运移速率随夹层厚度的增加而降低,随夹层位置和数量的增加呈先降低而后升高的趋势;入渗过程的持水量随着夹层厚度和数量的增加而增加,随夹层位置的增加先增加而后减小,然而,当夹层数量由2层变为3层时其持水量增加效果不明显。（3）黄河泥沙夹层式土壤剖面能够改善“上土下沙”土壤剖面的蒸发特性,缩短了蒸发第一阶段的持续时间,降低了第二阶段的相对蒸发速率。蒸发过程中,充填层中的黄河泥沙层水分先减少,而心土夹层一直保持较高的含水量,随着夹层数量的增加,蒸发结束后土壤剖面含水量分布的变异系数明显增大。不同夹层结构充填层的体积含水量θf1,均得到明显提高,相较与其它两个因素,夹层位置的改变对θf1值影响不显著。各夹层处理的持水系数CWR,也均得到明显提高,夹层厚度对重构土壤持水能力的改善效果最为明显,但是在绝大多数采煤沉陷地复垦实践中可供利用的土壤数量是有限的,因此可以通过适当调整夹层的分层数量来弥补夹层厚度的不足。（4）黄河泥沙夹层式土壤剖面相比“上土下沙”土壤剖面能够延长溶质的穿透历时,使得重构土壤的平均孔隙流速降低,阻滞作用增强,保肥性得到提高。各处理土柱Cl-和K+均可得到“S”型穿透曲线,其中K+的穿透时间较Cl-的穿透时间有所延长,在土壤基质的吸附作用下穿透曲线的拖尾现象明显。重构土壤Cl-运移过程中均以对流为主要运移方式,K+运移过程中均受到不同程度的化学非平衡作用。夹层的位置、厚度和数量与各溶质运移参数显著相关（P<0.05）。通过回归分析证明,夹层厚度与平均孔隙流速（V）、弥散系数（D）和阻滞因子（R）具有明显的线性性关系,均可通过一定的线性表达式进行描述,而夹层位置与各溶质运移参数的线性关系不明显;夹层分层数量与各溶质运移参数均满足二项式关系,当夹层厚为30 cm时,并不是分层数量越多越好,较其它分层处理,分层数为2层时效果最佳。（5）利用Hydrus建立了土壤水分运动和溶质运移模型,依据室内入渗、蒸发及溶质运移实测试验,对土壤水分和溶质的模型参数进行了反演和率定,通过验证表明优化后的模型参数能够较好模拟黄河泥沙重构土壤水分和溶质运移过程。模型模拟以其适应性强,模拟周期短的特点弥补了物理模拟中的不足,为黄河泥沙夹层式土壤剖面优化设计,提出了一种经济快捷的模拟方法。（6）模拟研究了夹层式重构土壤总厚度为60 cm,并考虑了夹层厚度位置和数量交互作用下的土壤水分运动特性及溶质运移特性,分析了不同夹层处理对土壤水分和溶质运移的影响,预测了具有最优持水能力的黄河泥沙夹层式重构土壤剖面构型。结果表明,非吸附性离子Cl-与水分的迁移规律较为一致,表现出易随水淋失的特点。在入渗过程中吸附性离子K+浓度分布范围变化不大,且在灌溉量均为15.3L的情况下,各处理未见差异,K+主要分布在30 cm以上的土壤层中。综合土壤水分入渗和蒸发过程两个阶段的持水量定量评价黄河泥沙夹层式复垦土壤的持水能力,分析得出夹层厚度为主要影响因素,夹层位置对持水系数的影响最小,夹层位置和夹层数量的组合具有最强的交互效应,确定处理T60-6,夹层厚度为30cm,夹层位置为20 cm,夹层数量为2层时持水能力最佳。本文根据大量的实测试验,从土壤水分和溶质运移的角度研究了黄河泥沙充填复垦土壤夹层结构的作用机理,并结合模拟计算,提出了采煤沉陷地复垦中黄河泥沙夹层式土壤剖面重构的优化设计方法,具有重要的理论和实践意义。然而,对其机理的探索目前仅限于室内物理试验及模拟计算,未来应结合土壤水分及养分在田间植物-土壤-大气中的转移规律进行综合的分析,进一步深化黄河泥沙夹层式充填复垦采煤沉陷地夹层的作用机理研究。