矿区露天开采活动剥离矿产资源以上的全部覆盖物,改变地表形态,破坏植被群落,扰乱土壤层次和结构,给矿区和周边生态系统带来严重的破坏,土地复垦和生态重建是改善矿区生态环境的有效手段。土壤是农业生产的基础,也是重建矿区生态系统的关键,研究矿区土壤质量的变化规律对土地复垦与生态重建的实践具有科学的指导意义。本研究以黄土区平朔露天煤矿为研究区,围绕矿区人工扰动土壤,在资料收集、土壤采样和遥感解译等工作的基础上,分别从土壤肥力质量和土壤环境质量两方面,对矿区人工扰动土壤质量变化规律进行研究。通过分析矿区内地质层组剖面的矿物组成及化学元素特征,排土场土壤剖面中土壤肥力质量的变化状况,样地土壤肥力的空间特征和合理采样数量,以及工业场地的土壤环境质量变化等,最终提出了基于损毁单元的矿区土壤质量利用分类管理的建议。通过研究,得出以下主要结论:(1)从地质层组剖面的矿物组成角度来看,55m以上的土体更适宜排弃至地表;从pH值和土壤肥力的角度看,69.72m以上的土地与山西省背景值较接近,且pH适宜植被生长,适宜排土到地表;从重金属角度看,As和Cr在22.74m处含量较高,应进一步核实在此深度下是否存在普遍较高现象;136m以下的岩体重金属含量普遍较高,要控制此部分岩体排弃到表层。(2)矿区排土场的土壤剖面中(0-100 cm),大多数的土壤肥力含量会随着复垦时间的增加而增加,如复垦18年的土壤速效磷含量为复垦2年土壤的3倍多。但土壤有机质和全氮含量在短期内难以恢复到原地貌水平,尤其是在表土中,复垦土壤的有机质含量不足原地貌土壤的1/2,复垦土壤全氮含量为原地貌土壤的2/3左右。土地利用类型对于复垦土壤也有重要的影响,在60-100 cm的土壤深度下,与复垦耕地和草地相比,复垦林地的土壤属性及其趋势线,更加接近原地貌的相应值。复垦时间对土壤属性的影响大小,在不同土地利用类型间有所差异。(3)植被群落结构对多数土壤理化特性的含量及空间分布特征产生影响,如果仅从含量高低和空间自相关性角度考虑,油松+刺槐的植被复垦模式相对更具有优势。除土壤容重和全氮需要较多的采样数量以外,在90%或95%的置信区间,5%、10%或20%的相对误差范围内,样地间多数土壤理化特性的合理采样个数无明显差异,在今后采样中可适当降低多数土壤属性的采样密度。然而,在进行土壤容重和全氮的监测采样中,要注意合理采样数量与其他土壤理化特性间的差异性。(4)研究区工业场地范围内土壤PAHs污染较重(0-100 cm),且PAHs更容易在表土层发生积聚;4环和5环PAHs所占比重较大。造成工业场地PAHs积聚的最主要原因是石油产品的燃烧。土壤污染物的来源和传播过程同时受到功能区和流域分布的影响,以流域和功能区为基础布点,对土壤环境质量进行监测具有较强的实践意义。(5)矿区不同损毁类型的土地面积和位置呈现动态变化的特点。基于不同的损毁单元,本节提出土壤质量利用的分类管理的建议。从不同损毁单元土壤质量遭受破坏的程度上,将矿区土壤分为三类,即优先保护类、安全利用类和严格管控类。针对这三种类型,要对优先保护类土壤进行严格的土壤污染防控,同时对于严格管控类土壤,要进行用途的管制,防止已经污染的矿区土壤的农业利用。