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长期以来，煤炭是中国产业经济及社会发展的重要基础能源，依据国家《能源发展战略行动计划2014-2020》，到2030年，煤炭在中国能源消费结构比例中仍维持在60%左右，由此表明短时间内中国煤炭能源消费的格局难以改变。煤炭资源开采过程中，按照开采方式划分主要包括井工开采、露天开采以及露天-井工联合开采等。与井工开采相比，露天开采由于具备资源回收率高、作业成本低、开采速度快等优点，因此在具备露天开采地质条件的地方，一般都采用露天开采作为主要的开采方式。中国范围内，露天开采是煤炭资源开采的重要组成部分。据统计，自2003年起，中国露天开采煤炭总量产量保持每年1％的增长速率，2016年露天总开采量占全国煤炭总产量约20％，其中千万吨级露天煤矿30余座，中国大型露天煤矿(产量≥1000万t)单矿年剥采总量超1亿m3。中国煤炭资源的大规模开采，一方面满足了中国经济建设的需要，另一方面也给局部带来了众多生态环境问题，尤其是土地损毁。据有关资料介绍，国外土地复垦率一般为70%~80%，目前美国土地复垦率已达到85%，而在中国土地复垦率达50%左右。中国草原露天煤矿多处于水土资源匮乏的干旱生态脆弱区，煤矿的开采给本已脆弱的生态带来了更加严重的环境问题。近年来，随着煤炭资源需求量的增加，露天开采煤矿面临着显著的高强度和高速度开采，与此同时带来的问题就是环境问题，主要体现在土地复垦上。
土地复垦，是指对生产建设活动和自然灾害损毁的土地，采取整治措施，使其达到可供利用状态的活动。例如，在生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等原因造成的土地破坏，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。根据中国地质调查局2016年度《全国矿山地质环境调查报告》统计，全国矿山总面积1040万公顷(1.56亿亩)，采矿损毁土地面积300多万公顷(4500多万亩)。截至2015年，已复垦治理采矿损毁土地86余万公顷(1290万亩)。仍有214万公顷(3210万亩)未复垦，治理率为28.7%，远低于国际矿山复垦率(50%-70%)(其中美国1977年以后因采矿业破坏的土地复垦率已达到85％以上)。土地复垦是有很重要的意义的。就像是人们通常使用植树造林的方式去荒漠化锁住土地中的水分，露天矿的开采会破坏原有的地下水的流动方式， 从而导致水质的变化，像有水的组成和电导率。
关于露天矿土地复垦的研究不断发展完善。在理论方面，各国对土地复垦都有明确的定义。Hossner在其((ReclamationofSurfaceMinedLands(露天矿土地恢复)》一书中指出：复垦(Reclamation)的主要目标是重新建立永久稳定的景观地貌(Landscape)，这种地貌在美学上和环境上能与未被破坏的土地相协调，而且采后土地的用途能最有效地促进其所在的生态系统的稳定和生产能力的提高。在土地复垦中，重构土壤质量影响着植物群落的发生、发育和演替的方向、速度。研究复垦地重构土壤状况与生物量的关系，一是有利于揭示二者关系产生的机理，二是有利于指导矿区土壤重构与植被重建的实践。国内外研究者对土壤理化性质与植被生物量的关系做了大量研究，但由于研究区域不同、尺度范围不同，其研究结果的差异很大。例如，国外对复垦土壤和植被交互影响的研究比较早，Frouz等分析了矿区复垦土壤与植被的演替规律及其交互作用影响。Costigan等表明限制矿区植被生长恢复的主要因素有土壤肥力和pH值。Alday等研究发现复垦方法影响着采煤损毁土地植物的演替，当覆土厚度增大时植被恢复主要受限和土壤pH值的影响。
土壤是植被生长发育的基础，能够不断地为植被提供营养物质和水分，并且土壤动物与土壤微生物共同参与营养物质循环，加快土壤有机物的分解，促进土壤腐殖质的转化，调节土壤肥力，进而影响植被的生长发育。土壤养分影响着植物器官的生长发育，调节植物对水、热、气的需求，在植被的演替过程中起到至关重要的作用。土壤养分的种类、组成和数量都影响着植被的生长发育，其中土壤有机质、N、P、K等是植物生长发育的必需元素，其含量与分布影响着植物的生长状态。Fernandez指出土壤中C、N的积累速率对植物群落结构物种组成产生影响。Sainju和Good研究发现植被根系的密度与土壤的有机质、总氮、水溶性磷以及可交换性阳离子呈正相关，与土壤pH呈负相关。Pu等认为植被的根系形态与发育状况与土壤中养分的分布以及营养物质的配置密切相关。
在草地生态系统中，土壤是植物根系生长发育的基质，土壤的理化特性和生物特性对草原植物群落生长力具有一定的控制作用。分析土壤的物理性质以及化学性质，结合植被的生长特征，对土壤剖面特征与植被生长的耦合关系进行。
本论文以内蒙古自治区锡林郭勒盟胜利西一号露天矿(以下简称“胜利露天矿”)为对象，通过现场取样和测试分析土壤剖面特征与地表植被生长状态的关系，为土壤剖面构建和优化提供依据。2018年，先后有5人赴内蒙古锡林浩特胜利一号露天矿进行实地采样与实验材料收集，之后对采集的样品进行了测试，共完成以下三方面内容：
在南排土场、北排土场、原地貌共挖了九个土壤剖面，在每个剖面纵向上每10cm采集一个环刀样和一个布袋样。测定了剖面的容重，含水率，生物量，土壤的N、P、K的含量，有机质含量，土壤质地，砾石含量等指标。
在南排土场用紧实度仪测定了84个样点的紧实度，同时用土钻采取三点混合的方式，采集了84个土壤样品。土壤样品送往北京农林科学研究院，测定排土场土壤的紧实度，N、P、K的含量，有机质含量，土壤质地，砾石含量等指标；收集胜利一号露天矿表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰等共计约20袋。
以南、北排土场复垦地为重点研究对象，与未损毁地进行对比，对土壤容重、含水率、含量以及土壤质地等物理指标进行差异性检验。研究土壤物理性质之间的关系，可以了解物理指标间的相互影响机制。
以南、北排土场复垦地为重点研究对象，与未损毁地土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾以及土壤pH值等各项土壤化学指标进行对比，各指标在总体上表现出明显的差异性(P<0.05)，均能通过F检验的要求.
针对土壤有机质，未损毁地与南排土场存在显著差异，而北排土场与未损毁地、南排土场差异均不显著，并且未损毁地有机质含量均值>北排土场>南排土场，而标准差反之。
针对全氮，未损毁地与南排土场、北排土场均存在显著差异，而复垦地之间差异不显著，并且全氮均值和标准差值均是未损毁地>北排土场>南排土场。针对有效磷和速效钾，复垦地之间存在显著差异，而复垦地与未损毁地差异不显著，并且北排土场有效磷和速效钾含量均值>未损毁地>南排土场。
针对土壤pH值，南排土场与未损毁地、北排土场均存在显著差异，未损毁地与北排土场差异不显著，并且pH值均值和标准差均是南排土场>北排土场>未损毁地。
为了分析原地貌未损毁地和南、北排土场复垦地土壤化学性质的垂向差异， 从同一深度进行单因素方差分析，在各样本0-10cm土壤层，土壤有机质、全氮、速效钾表现出明显的差异性(P<0.05)在各样本10-20cm土壤层，有机质、全氮、速效钾表现出明显的差异(P<0.05)(3)在各样本20-30cm土壤层，有机质、全氮表现出明显的差异性(P<0.05)在各样本30-40cm土壤层，全氮和有效磷表现出明显的差异性(P<0.05)。
根据东部草原区生态修复需要和原生土壤瘠薄的特点，提出采用露天矿剥离物和煤泥等固体废弃物构建土壤的想法，通过实验、测试、分析得出如下结论：
通过采样和化验对胜利矿区未损毁地、南排土场、北排土场三个区域的土壤的物理、化学性质进行了分析。论文对土壤容重、土壤含水率、砾石含量、砂粒、粉粒、粘粒等6项物理指标进行了分析，并估计土壤含水率、砾石含量及土壤质地之间的大小关系。运用SPSS软件对土壤养分和土壤pH值等化学指标进行了分析，分析结果表明，随着土层深度的增加，土壤化学性质综合状况呈降低趋势。
在草地生态系统中，土壤的理化特性和生物特性对草原植物群落生长力具有一定的控制作用。生物量分析结果表明，南排复垦地明显高于北排复垦地，北排复垦地略高于未损毁地。生物量与土壤特性关系的线性回归分析结果表明，表层土壤含水率与草本植被生物量呈强的显著正相关；植被生物量与20-30cm砾石含量呈显著正相关，当草原矿区20-30cm土层的砾石含量处于中砾水平时，适宜植被生长。
为分析不同土层各土壤化学指标之间的联系，将整个矿区作为一个整体，从同一深度对土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和土壤pH值等指标进行相关性分析。由于未损毁地与复垦地土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾的养分含量以及土壤pH值排序不同，单项化学指标只能够反映土壤质量的某个侧面，所以对矿区土壤化学状况应运用主成分原理进行综合评价。
为了分析不同土壤物理条件下复垦地与未损毁地之间植被生物量的差异，对矿区采样地植被生物量干重进行方差分析结果表明，南排土场复垦地与未损毁地和北排土场复垦地均有显著性差异(P<0.05)，而北排土场复垦地与未损毁地不存在显著性差异(P>0.05)。从各类型区生物量干重的均值上来看南排复垦地明显高于北排复垦地，北排复垦地略高于未损毁地，而标准偏差南排土场>未损毁地>北排土场，变异系数未损毁地>南排土场>北排土场，并且各区域植被生物量均属于中等变异(0.1≤CV≤1)。
单一的比较土壤物理性质的差异性和植被生物量的差异性并不能完全讨论出二者的关系，因此还需进一步对二者进行拟合分析。首先根据相关性分析的结果，发现植被生物量与不同土层土壤物理指标之间的相关性基本不显著(P>0.05)，但是其与0-10cm土层土壤含水率存在显著正相关(P<0.05)，拟合二者一元线性回归方程：y=4831.500x1-42.652，其中模型R2=0.546，F=8.414，P=0.023。另外植被生物量与20-30cm砾石含量呈显著正相关，拟合二者一元：y=0.616x2+23.569，其中模型R2=0.474，F=6.301，P=0.040。由于其他土壤指标与植被生物量没有显著相关性(P>0.05)，因此未对其进行拟合分析。本研究区植被生物量与20-30cm砾石含量呈显著正相关，回归方程为y=0.616x2+23.569，R2=0.474，表明草原矿区20-30cm土层的砾石含量(264.06±162.98g/kg)处于中砾水平，适宜植被生。
基于固体废弃物对于土壤配方进行室内试验，探寻最佳的配方可以促进表土稀缺矿区的土壤重构与植被恢复，明确其熟化机理，采取一定的措施来进行熟化处理，对于重构后的土壤进行紧实度、含水率等特征分析，种植草木樨后对于植被高度、叶片宽度等进行植物特征分析。对于露天矿排土场土壤构建进行试验区选择，针对(1)矿区表层土壤稀少问题(2)土壤熟化问题(3)生态安全安全问题提出试验思路，对土壤重构进行现场工程应用。划分出不同区块分别采用不同的方法进行构建处理，研究其最优方案。
土地复垦的核心研究内容是土壤重构，土壤重构是指通过工程措施和生物措施，再造一层无污染、高质量的人工土体，并通过各种农艺措施，使土壤的耕性不断改善、肥力不断提高的过程。从目前的实践经验来看，表土替代物的首选物一般以煤矸石等工业固体废弃物和动物粪便及秸秆为主。
基于固体废弃物的土壤构建试验研究中，对上述土壤方案进行盆栽对比试验，试验过程监测的主要内容如下：(1)每日监测：每日监测的监测主要为大棚内的温度与湿度，这一监测是为了明确盆栽的生长条件及其变化。植被生长受温度与湿度影响很大。(2)生长状况监测：了解在试验过程中，不同方案间， 植被生长的差异。(3)土壤紧实度监测：对盆栽的稳定程度及其变化进行测试，共两次。(4)土壤水含量变化监测：在浇水周期内，利用土壤水测试仪对各个盆进行土壤水测试。
土壤紧实度是土壤性质的一个方面，指示着土壤抵抗外力的压实和破碎能力。每个配比方案进行了两次紧实度测试，从表中可以看出，H1、H7、H11、H12、H13、H14的土壤紧实度都在2000左右，其中H11最高，达到了2520Pa。根据配比方案来看，这些方案都是煤矸石含量与岩土剥离物含量较高的方法，这说明，在土壤中加入一定量的煤矸石与岩土剥离物，能够增强土体的稳定性。在土壤重构过程中，土壤的保水性能是衡量该地区土壤重构好坏的重要因素。基于此，在盆栽实验过程中，对土壤水含量做了一系列的监测。从最后一天浇水前的测试结果来看，C5方案(即对比方案)的土壤水含量最低，为6.8%；而其他各类方案的土壤含水量均要高于对比方案，最高的为T3，为28.33%。这说明，加入煤矸石与粉煤灰，能够增强土壤的保水性能，也说明，从保水性能来看，重构土壤均要优于原土壤。土壤的好坏直接影响着植被生长的好坏，因此也就可以说，植被的好坏反映土壤的好坏。因此，植被的生长状况是表征土壤状况的重要指标。
基于此，对植被做了一系列的生长状况测试，测试指标包括草木樨的高度、叶片宽度、生物量、根系长度等。以对比案例植被平均高度。
作为对比值，H3、H4、H5、H7、H9、H10、H13、T3、T4的草木樨平均高度要高于对比例，其中H3草木樨高度最高，为16.22cm。H7、H8、H9、H10的草木樨高度与对比例相差不大，可以认为生长状况一致。其中，H3、H4、H5、T3、T4都是添加有煤矸石的案例。添加有煤矸石的平均高度高的原因可能在于生长的植株较少，对养分、水等的争夺不强，即每个植株都能获得满足自身生长需要的养分、水分、光照等。通过上述分析，筛选得到C3、H3、H4、H5、H7、H8、H9、H10、H13、T3、T4方案。C3、C4、H3、H4、H5、H7、H9、H10、H13案例的叶片宽度要高于对比例C5，其中H7叶片宽度最大，为10.89mm。其他C1、C2、H8、H11、H14、T3、T4、T5与C5在叶片宽度上差距不大，也在9.00mm以上。所以筛选C1、C2、C3、C4、H3、H4、H5、H7、H8、H9、H10、H11、H13、H14、T3、T4、T5方案。在控制外界供给的光、温、水、热等条件一致的条件下，可以确定，影响生物量的因素就是土壤状况。测试不同土壤配比方案下，生物量大小的不同，从而表征植被的生长状况，并依据植被的生长状况来筛选合适的土壤配比方案。从生物量来看，只有C4、H11案例的平均生物量要高于C5，其中H11最高，为4.0137g。其他的H7、H12、C3的生物量与C5大致一致，也在3.5000g左右。所以筛选出的方案为H11、C4、H7、H12、C3。根系是土壤和植物的动态界面。植物根系是固定和支撑植物体的重要器官，是土壤资源的直接利用者和产量的重要贡献者。对植被根系进行了两方面的研究：一是植被根系的形态特征，包括长度、粗细、须根多少等；二是植被根系在垂直方向上的分布特征。从长度特征来看，H13根系平均长度最长，为16.37cm，其次是H12，为15.18cm，C5排在第三位，为15.07cm。相比较于对比案例，在植被根系长度方面，重构方案基本都要短。分层方案相比较于混合方案而言，植被根系又要短。这说明加入固体废弃物，在一定程度上会抑制植被的扎根。但这种抑制跟固体废弃物的粒径、多少存在着一定的关系。当下垫面全为固体废弃物时，植被根系长度受到的抑制作用更强。但加入固体废弃物在抑制根系扎根长度的同时，植被根系会生长的更为粗壮。
关于主要试验工程，试验区总体布置，示范区为宽约230m、长约1621m的长条形地块，总体布置方案为沿示范区长轴方向平均划分为8个大田块，整个地块四周建造6米宽的观光道，示范区内部大田块之间建造5m宽田间道作为各大田块的分割带。每个大田块内部，通过构建田埂，将每个大田块分割成三个小田块。在小田块上分别对优化的三个技术方案进行土壤剖面的构建，通过不同的熟化处理方案与不同的土壤剖面构建方案的对比，研究熟化措施的效果以及最优的土壤剖面构建方案。构建技术方案，就是技术方案1：为表层为30cm表土，下面全部为采矿剥离物自然堆积体。技术方案2：为表层为30cm的表土、煤矸石的混合物，配比为2:3，下面全部为采矿剥离物自然堆积体。技术方案3：为表层为30cm的表土、煤矸石、粉煤灰的混合物，配比为3:4:3，下面全部为采矿剥离物自然堆积体。在构建之前，先将基底整平，之后分层堆积，分层整平，共需整平三次。
道路工程及灌溉系统，道路：在各个大田块间修建一般剥离物道路，压路机压实，5m宽，0.5m厚。灌溉：从现有水源管道分别向喷灌区域铺设PE热熔主管道，主管道连接边坡顶端横向铺设的管线，通过主管道分支铺设，完成整个区域的浇水管线布置；从灌溉采用三级管道灌溉的方式，干管沿观光道靠近田块一侧布设；支管沿田间道靠近田块一侧布设；田块间每隔30m布设橡胶软管进行灌溉。
为了验证室内研究成果的可靠性和解决矿区表层土壤稀少问题，论文提出了现场试验方案。试验场地选择在胜利西一号露天煤矿内排土场，现场试验区东西方向长230m，南北向长1621m，面积约为560亩。为了在现场验证多个较优方案的实际应用效果，沿示范区长轴方向平均划分为8个大田块，并通过构建田埂将每个大田块分割成三个小田块。
为了解决胜利矿区土壤稀缺的问题，研究通过盆栽实验优选土壤替代材料。将煤矸石、粉煤灰、表土、岩土剥离物按照不同的比例进行混合，控制混合后的土壤质地在轻壤到中壤之间，提出了14个土壤方案；同时，采用煤泥作为基质，提出了4个土壤层序结构方案。论文通过紧实度和土壤水分含量2个土壤特征指标和草木樨高度、叶片宽度、生物量、根系等栽培试验的生物指标对比分析，优选了土壤替代材料方案，最终推荐C3方案。
另外一部分析了在复垦中，土壤构建的时候边坡角度，土层厚度和固体废弃物尤其是煤矸石。
为了挖掘复垦资料和调查分析，进行了直剪试验，确定了重建土的边坡稳定性。根据边坡土的物理力学参数，利用GEO-Studio软件slope/W做模型构建，看一下在不同坡角情况下的模型，不同的土岩混合物厚度和加煤矸石对安全系数有什么影响。
由于实验室岩土工程不确定度的分析，重复性必须按照ASTME177进行。力学参数(摩擦角?和内聚力C)可以通过直剪试验(DS)得到，比三轴剪切试验更便宜、更迅速。虽然DS测试用于获得天然和重塑颗粒土的抗剪强度参数，但它也用于细颗粒土的表征(Day,1999;Shaqour等，2008)。本文研究了内蒙古土变异性(重复性试验)对边坡稳定性的影响。在中国矿业大学矿业学院的实验室，这种经历分析了表土的稳定和综合治疗锡林浩特胜利一号露天矿的内蒙古煤炭废弃物堆覆盖层通过直接用表土做剪切试验对ZJ四倍的速度应变控制的直剪仪在不同垂直压力σ。
由上述回归方程可知，摩擦角和黏聚力可确定为:以τ=C+σtanυ方程为回归方程y=0,6389x+5705。凝聚力C等于剪应力τ时法向应力等于0。所以C=5,705kPa和υ=32.574°。
Geostudio2007-SLOPE/W模量数值模拟模型用于更好地理解过程中遇到的问题露天煤矿开采或复垦土壤稳定性等问题将流失风险,防止表层土的行为和重构土壤的稳定性。为了进行数值模拟，GeoStudio2007-SLOPE/W软件用于本研究分别建立模型2和3层重构边坡工作面,使用直接剪切应力经验的垂直应力分布和表土的垂直位移分布层。根据地质条件及煤矿复垦工程，模拟煤层条件如下:①为两层模拟,土岩混合物层与凝聚力30kPa，摩擦角17°和单位重量18kN/m3和表土缝与凝聚力5.704kPa摩擦角32.574°和单位重量14kN/m3,从底部到顶部。②三层模拟、土岩混合物层与凝聚力30kPa,摩擦角17°和单位重量18kN/m3，煤矸石缝与凝聚力18.57kPa，摩擦角30.83°和单位重量19kN/m3和表土(狭缝、砂和粘土)缝与凝聚力5.705kPa摩擦角32.57°和单位重量14kN/m3。基于可能的情况在回收比较研究是由分析稳定性在不同坡度角特别在10°，15°，20°，25°，30°，建立数值计算模型的维度模型的设置与水平长度是各根据坡度角和土岩混合物的垂直高度,土岩混合物的垂直高度变1m,2m;3m,4m,and5m。两层模拟表土垂直高度为1m，三层模拟煤矸石为0.8m，表土厚度为0.2m。参照F<1.4可以对概率方法的结果进行如下分析:a.在3层和2层边坡中，1m-3m高土岩混合物处F<1.4的概率非常低，即使坡度为30°也几乎不可能。b.对于3层和2层边坡中4m高的土岩混合物，坡度大于25°时达到F<1.4的概率，坡度在30°时不稳定。c.对于3层和2层的5m高土岩混合物，20°范围内F<1.4的概率为。d.本研究结果表明，室内抗剪强度参数的不确定性对边坡稳定性评价影响较大，需要开展类似的研究才能更准确地评价潜在失稳边坡的评价。
土地复垦，是指对生产建设活动和自然灾害损毁的土地，采取整治措施，使其达到可供利用状态的活动。例如，在生产建设过程中，因挖损、塌陷、压占等原因造成的土地破坏，采取整治措施，使其恢复到可供利用状态的活动。根据中国地质调查局2016年度《全国矿山地质环境调查报告》统计，全国矿山总面积1040万公顷(1.56亿亩)，采矿损毁土地面积300多万公顷(4500多万亩)。截至2015年，已复垦治理采矿损毁土地86余万公顷(1290万亩)。仍有214万公顷(3210万亩)未复垦，治理率为28.7%，远低于国际矿山复垦率(50%-70%)(其中美国1977年以后因采矿业破坏的土地复垦率已达到85％以上)。土地复垦是有很重要的意义的。就像是人们通常使用植树造林的方式去荒漠化锁住土地中的水分，露天矿的开采会破坏原有的地下水的流动方式， 从而导致水质的变化，像有水的组成和电导率。
关于露天矿土地复垦的研究不断发展完善。在理论方面，各国对土地复垦都有明确的定义。Hossner在其((ReclamationofSurfaceMinedLands(露天矿土地恢复)》一书中指出：复垦(Reclamation)的主要目标是重新建立永久稳定的景观地貌(Landscape)，这种地貌在美学上和环境上能与未被破坏的土地相协调，而且采后土地的用途能最有效地促进其所在的生态系统的稳定和生产能力的提高。在土地复垦中，重构土壤质量影响着植物群落的发生、发育和演替的方向、速度。研究复垦地重构土壤状况与生物量的关系，一是有利于揭示二者关系产生的机理，二是有利于指导矿区土壤重构与植被重建的实践。国内外研究者对土壤理化性质与植被生物量的关系做了大量研究，但由于研究区域不同、尺度范围不同，其研究结果的差异很大。例如，国外对复垦土壤和植被交互影响的研究比较早，Frouz等分析了矿区复垦土壤与植被的演替规律及其交互作用影响。Costigan等表明限制矿区植被生长恢复的主要因素有土壤肥力和pH值。Alday等研究发现复垦方法影响着采煤损毁土地植物的演替，当覆土厚度增大时植被恢复主要受限和土壤pH值的影响。
土壤是植被生长发育的基础，能够不断地为植被提供营养物质和水分，并且土壤动物与土壤微生物共同参与营养物质循环，加快土壤有机物的分解，促进土壤腐殖质的转化，调节土壤肥力，进而影响植被的生长发育。土壤养分影响着植物器官的生长发育，调节植物对水、热、气的需求，在植被的演替过程中起到至关重要的作用。土壤养分的种类、组成和数量都影响着植被的生长发育，其中土壤有机质、N、P、K等是植物生长发育的必需元素，其含量与分布影响着植物的生长状态。Fernandez指出土壤中C、N的积累速率对植物群落结构物种组成产生影响。Sainju和Good研究发现植被根系的密度与土壤的有机质、总氮、水溶性磷以及可交换性阳离子呈正相关，与土壤pH呈负相关。Pu等认为植被的根系形态与发育状况与土壤中养分的分布以及营养物质的配置密切相关。
在草地生态系统中，土壤是植物根系生长发育的基质，土壤的理化特性和生物特性对草原植物群落生长力具有一定的控制作用。分析土壤的物理性质以及化学性质，结合植被的生长特征，对土壤剖面特征与植被生长的耦合关系进行。
本论文以内蒙古自治区锡林郭勒盟胜利西一号露天矿(以下简称“胜利露天矿”)为对象，通过现场取样和测试分析土壤剖面特征与地表植被生长状态的关系，为土壤剖面构建和优化提供依据。2018年，先后有5人赴内蒙古锡林浩特胜利一号露天矿进行实地采样与实验材料收集，之后对采集的样品进行了测试，共完成以下三方面内容：
在南排土场、北排土场、原地貌共挖了九个土壤剖面，在每个剖面纵向上每10cm采集一个环刀样和一个布袋样。测定了剖面的容重，含水率，生物量，土壤的N、P、K的含量，有机质含量，土壤质地，砾石含量等指标。
在南排土场用紧实度仪测定了84个样点的紧实度，同时用土钻采取三点混合的方式，采集了84个土壤样品。土壤样品送往北京农林科学研究院，测定排土场土壤的紧实度，N、P、K的含量，有机质含量，土壤质地，砾石含量等指标；收集胜利一号露天矿表土、岩土剥离物、煤矸石、粉煤灰等共计约20袋。
以南、北排土场复垦地为重点研究对象，与未损毁地进行对比，对土壤容重、含水率、含量以及土壤质地等物理指标进行差异性检验。研究土壤物理性质之间的关系，可以了解物理指标间的相互影响机制。
以南、北排土场复垦地为重点研究对象，与未损毁地土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾以及土壤pH值等各项土壤化学指标进行对比，各指标在总体上表现出明显的差异性(P<0.05)，均能通过F检验的要求.
针对土壤有机质，未损毁地与南排土场存在显著差异，而北排土场与未损毁地、南排土场差异均不显著，并且未损毁地有机质含量均值>北排土场>南排土场，而标准差反之。
针对全氮，未损毁地与南排土场、北排土场均存在显著差异，而复垦地之间差异不显著，并且全氮均值和标准差值均是未损毁地>北排土场>南排土场。针对有效磷和速效钾，复垦地之间存在显著差异，而复垦地与未损毁地差异不显著，并且北排土场有效磷和速效钾含量均值>未损毁地>南排土场。
针对土壤pH值，南排土场与未损毁地、北排土场均存在显著差异，未损毁地与北排土场差异不显著，并且pH值均值和标准差均是南排土场>北排土场>未损毁地。
为了分析原地貌未损毁地和南、北排土场复垦地土壤化学性质的垂向差异， 从同一深度进行单因素方差分析，在各样本0-10cm土壤层，土壤有机质、全氮、速效钾表现出明显的差异性(P<0.05)在各样本10-20cm土壤层，有机质、全氮、速效钾表现出明显的差异(P<0.05)(3)在各样本20-30cm土壤层，有机质、全氮表现出明显的差异性(P<0.05)在各样本30-40cm土壤层，全氮和有效磷表现出明显的差异性(P<0.05)。
根据东部草原区生态修复需要和原生土壤瘠薄的特点，提出采用露天矿剥离物和煤泥等固体废弃物构建土壤的想法，通过实验、测试、分析得出如下结论：
通过采样和化验对胜利矿区未损毁地、南排土场、北排土场三个区域的土壤的物理、化学性质进行了分析。论文对土壤容重、土壤含水率、砾石含量、砂粒、粉粒、粘粒等6项物理指标进行了分析，并估计土壤含水率、砾石含量及土壤质地之间的大小关系。运用SPSS软件对土壤养分和土壤pH值等化学指标进行了分析，分析结果表明，随着土层深度的增加，土壤化学性质综合状况呈降低趋势。
在草地生态系统中，土壤的理化特性和生物特性对草原植物群落生长力具有一定的控制作用。生物量分析结果表明，南排复垦地明显高于北排复垦地，北排复垦地略高于未损毁地。生物量与土壤特性关系的线性回归分析结果表明，表层土壤含水率与草本植被生物量呈强的显著正相关；植被生物量与20-30cm砾石含量呈显著正相关，当草原矿区20-30cm土层的砾石含量处于中砾水平时，适宜植被生长。
为分析不同土层各土壤化学指标之间的联系，将整个矿区作为一个整体，从同一深度对土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和土壤pH值等指标进行相关性分析。由于未损毁地与复垦地土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾的养分含量以及土壤pH值排序不同，单项化学指标只能够反映土壤质量的某个侧面，所以对矿区土壤化学状况应运用主成分原理进行综合评价。
为了分析不同土壤物理条件下复垦地与未损毁地之间植被生物量的差异，对矿区采样地植被生物量干重进行方差分析结果表明，南排土场复垦地与未损毁地和北排土场复垦地均有显著性差异(P<0.05)，而北排土场复垦地与未损毁地不存在显著性差异(P>0.05)。从各类型区生物量干重的均值上来看南排复垦地明显高于北排复垦地，北排复垦地略高于未损毁地，而标准偏差南排土场>未损毁地>北排土场，变异系数未损毁地>南排土场>北排土场，并且各区域植被生物量均属于中等变异(0.1≤CV≤1)。
单一的比较土壤物理性质的差异性和植被生物量的差异性并不能完全讨论出二者的关系，因此还需进一步对二者进行拟合分析。首先根据相关性分析的结果，发现植被生物量与不同土层土壤物理指标之间的相关性基本不显著(P>0.05)，但是其与0-10cm土层土壤含水率存在显著正相关(P<0.05)，拟合二者一元线性回归方程：y=4831.500x1-42.652，其中模型R2=0.546，F=8.414，P=0.023。另外植被生物量与20-30cm砾石含量呈显著正相关，拟合二者一元：y=0.616x2+23.569，其中模型R2=0.474，F=6.301，P=0.040。由于其他土壤指标与植被生物量没有显著相关性(P>0.05)，因此未对其进行拟合分析。本研究区植被生物量与20-30cm砾石含量呈显著正相关，回归方程为y=0.616x2+23.569，R2=0.474，表明草原矿区20-30cm土层的砾石含量(264.06±162.98g/kg)处于中砾水平，适宜植被生。
基于固体废弃物对于土壤配方进行室内试验，探寻最佳的配方可以促进表土稀缺矿区的土壤重构与植被恢复，明确其熟化机理，采取一定的措施来进行熟化处理，对于重构后的土壤进行紧实度、含水率等特征分析，种植草木樨后对于植被高度、叶片宽度等进行植物特征分析。对于露天矿排土场土壤构建进行试验区选择，针对(1)矿区表层土壤稀少问题(2)土壤熟化问题(3)生态安全安全问题提出试验思路，对土壤重构进行现场工程应用。划分出不同区块分别采用不同的方法进行构建处理，研究其最优方案。
土地复垦的核心研究内容是土壤重构，土壤重构是指通过工程措施和生物措施，再造一层无污染、高质量的人工土体，并通过各种农艺措施，使土壤的耕性不断改善、肥力不断提高的过程。从目前的实践经验来看，表土替代物的首选物一般以煤矸石等工业固体废弃物和动物粪便及秸秆为主。
基于固体废弃物的土壤构建试验研究中，对上述土壤方案进行盆栽对比试验，试验过程监测的主要内容如下：(1)每日监测：每日监测的监测主要为大棚内的温度与湿度，这一监测是为了明确盆栽的生长条件及其变化。植被生长受温度与湿度影响很大。(2)生长状况监测：了解在试验过程中，不同方案间， 植被生长的差异。(3)土壤紧实度监测：对盆栽的稳定程度及其变化进行测试，共两次。(4)土壤水含量变化监测：在浇水周期内，利用土壤水测试仪对各个盆进行土壤水测试。
土壤紧实度是土壤性质的一个方面，指示着土壤抵抗外力的压实和破碎能力。每个配比方案进行了两次紧实度测试，从表中可以看出，H1、H7、H11、H12、H13、H14的土壤紧实度都在2000左右，其中H11最高，达到了2520Pa。根据配比方案来看，这些方案都是煤矸石含量与岩土剥离物含量较高的方法，这说明，在土壤中加入一定量的煤矸石与岩土剥离物，能够增强土体的稳定性。在土壤重构过程中，土壤的保水性能是衡量该地区土壤重构好坏的重要因素。基于此，在盆栽实验过程中，对土壤水含量做了一系列的监测。从最后一天浇水前的测试结果来看，C5方案(即对比方案)的土壤水含量最低，为6.8%；而其他各类方案的土壤含水量均要高于对比方案，最高的为T3，为28.33%。这说明，加入煤矸石与粉煤灰，能够增强土壤的保水性能，也说明，从保水性能来看，重构土壤均要优于原土壤。土壤的好坏直接影响着植被生长的好坏，因此也就可以说，植被的好坏反映土壤的好坏。因此，植被的生长状况是表征土壤状况的重要指标。
基于此，对植被做了一系列的生长状况测试，测试指标包括草木樨的高度、叶片宽度、生物量、根系长度等。以对比案例植被平均高度。
作为对比值，H3、H4、H5、H7、H9、H10、H13、T3、T4的草木樨平均高度要高于对比例，其中H3草木樨高度最高，为16.22cm。H7、H8、H9、H10的草木樨高度与对比例相差不大，可以认为生长状况一致。其中，H3、H4、H5、T3、T4都是添加有煤矸石的案例。添加有煤矸石的平均高度高的原因可能在于生长的植株较少，对养分、水等的争夺不强，即每个植株都能获得满足自身生长需要的养分、水分、光照等。通过上述分析，筛选得到C3、H3、H4、H5、H7、H8、H9、H10、H13、T3、T4方案。C3、C4、H3、H4、H5、H7、H9、H10、H13案例的叶片宽度要高于对比例C5，其中H7叶片宽度最大，为10.89mm。其他C1、C2、H8、H11、H14、T3、T4、T5与C5在叶片宽度上差距不大，也在9.00mm以上。所以筛选C1、C2、C3、C4、H3、H4、H5、H7、H8、H9、H10、H11、H13、H14、T3、T4、T5方案。在控制外界供给的光、温、水、热等条件一致的条件下，可以确定，影响生物量的因素就是土壤状况。测试不同土壤配比方案下，生物量大小的不同，从而表征植被的生长状况，并依据植被的生长状况来筛选合适的土壤配比方案。从生物量来看，只有C4、H11案例的平均生物量要高于C5，其中H11最高，为4.0137g。其他的H7、H12、C3的生物量与C5大致一致，也在3.5000g左右。所以筛选出的方案为H11、C4、H7、H12、C3。根系是土壤和植物的动态界面。植物根系是固定和支撑植物体的重要器官，是土壤资源的直接利用者和产量的重要贡献者。对植被根系进行了两方面的研究：一是植被根系的形态特征，包括长度、粗细、须根多少等；二是植被根系在垂直方向上的分布特征。从长度特征来看，H13根系平均长度最长，为16.37cm，其次是H12，为15.18cm，C5排在第三位，为15.07cm。相比较于对比案例，在植被根系长度方面，重构方案基本都要短。分层方案相比较于混合方案而言，植被根系又要短。这说明加入固体废弃物，在一定程度上会抑制植被的扎根。但这种抑制跟固体废弃物的粒径、多少存在着一定的关系。当下垫面全为固体废弃物时，植被根系长度受到的抑制作用更强。但加入固体废弃物在抑制根系扎根长度的同时，植被根系会生长的更为粗壮。
关于主要试验工程，试验区总体布置，示范区为宽约230m、长约1621m的长条形地块，总体布置方案为沿示范区长轴方向平均划分为8个大田块，整个地块四周建造6米宽的观光道，示范区内部大田块之间建造5m宽田间道作为各大田块的分割带。每个大田块内部，通过构建田埂，将每个大田块分割成三个小田块。在小田块上分别对优化的三个技术方案进行土壤剖面的构建，通过不同的熟化处理方案与不同的土壤剖面构建方案的对比，研究熟化措施的效果以及最优的土壤剖面构建方案。构建技术方案，就是技术方案1：为表层为30cm表土，下面全部为采矿剥离物自然堆积体。技术方案2：为表层为30cm的表土、煤矸石的混合物，配比为2:3，下面全部为采矿剥离物自然堆积体。技术方案3：为表层为30cm的表土、煤矸石、粉煤灰的混合物，配比为3:4:3，下面全部为采矿剥离物自然堆积体。在构建之前，先将基底整平，之后分层堆积，分层整平，共需整平三次。
道路工程及灌溉系统，道路：在各个大田块间修建一般剥离物道路，压路机压实，5m宽，0.5m厚。灌溉：从现有水源管道分别向喷灌区域铺设PE热熔主管道，主管道连接边坡顶端横向铺设的管线，通过主管道分支铺设，完成整个区域的浇水管线布置；从灌溉采用三级管道灌溉的方式，干管沿观光道靠近田块一侧布设；支管沿田间道靠近田块一侧布设；田块间每隔30m布设橡胶软管进行灌溉。
为了验证室内研究成果的可靠性和解决矿区表层土壤稀少问题，论文提出了现场试验方案。试验场地选择在胜利西一号露天煤矿内排土场，现场试验区东西方向长230m，南北向长1621m，面积约为560亩。为了在现场验证多个较优方案的实际应用效果，沿示范区长轴方向平均划分为8个大田块，并通过构建田埂将每个大田块分割成三个小田块。
为了解决胜利矿区土壤稀缺的问题，研究通过盆栽实验优选土壤替代材料。将煤矸石、粉煤灰、表土、岩土剥离物按照不同的比例进行混合，控制混合后的土壤质地在轻壤到中壤之间，提出了14个土壤方案；同时，采用煤泥作为基质，提出了4个土壤层序结构方案。论文通过紧实度和土壤水分含量2个土壤特征指标和草木樨高度、叶片宽度、生物量、根系等栽培试验的生物指标对比分析，优选了土壤替代材料方案，最终推荐C3方案。
另外一部分析了在复垦中，土壤构建的时候边坡角度，土层厚度和固体废弃物尤其是煤矸石。
为了挖掘复垦资料和调查分析，进行了直剪试验，确定了重建土的边坡稳定性。根据边坡土的物理力学参数，利用GEO-Studio软件slope/W做模型构建，看一下在不同坡角情况下的模型，不同的土岩混合物厚度和加煤矸石对安全系数有什么影响。
由于实验室岩土工程不确定度的分析，重复性必须按照ASTME177进行。力学参数(摩擦角?和内聚力C)可以通过直剪试验(DS)得到，比三轴剪切试验更便宜、更迅速。虽然DS测试用于获得天然和重塑颗粒土的抗剪强度参数，但它也用于细颗粒土的表征(Day,1999;Shaqour等，2008)。本文研究了内蒙古土变异性(重复性试验)对边坡稳定性的影响。在中国矿业大学矿业学院的实验室，这种经历分析了表土的稳定和综合治疗锡林浩特胜利一号露天矿的内蒙古煤炭废弃物堆覆盖层通过直接用表土做剪切试验对ZJ四倍的速度应变控制的直剪仪在不同垂直压力σ。
由上述回归方程可知，摩擦角和黏聚力可确定为:以τ=C+σtanυ方程为回归方程y=0,6389x+5705。凝聚力C等于剪应力τ时法向应力等于0。所以C=5,705kPa和υ=32.574°。
Geostudio2007-SLOPE/W模量数值模拟模型用于更好地理解过程中遇到的问题露天煤矿开采或复垦土壤稳定性等问题将流失风险,防止表层土的行为和重构土壤的稳定性。为了进行数值模拟，GeoStudio2007-SLOPE/W软件用于本研究分别建立模型2和3层重构边坡工作面,使用直接剪切应力经验的垂直应力分布和表土的垂直位移分布层。根据地质条件及煤矿复垦工程，模拟煤层条件如下:①为两层模拟,土岩混合物层与凝聚力30kPa，摩擦角17°和单位重量18kN/m3和表土缝与凝聚力5.704kPa摩擦角32.574°和单位重量14kN/m3,从底部到顶部。②三层模拟、土岩混合物层与凝聚力30kPa,摩擦角17°和单位重量18kN/m3，煤矸石缝与凝聚力18.57kPa，摩擦角30.83°和单位重量19kN/m3和表土(狭缝、砂和粘土)缝与凝聚力5.705kPa摩擦角32.57°和单位重量14kN/m3。基于可能的情况在回收比较研究是由分析稳定性在不同坡度角特别在10°，15°，20°，25°，30°，建立数值计算模型的维度模型的设置与水平长度是各根据坡度角和土岩混合物的垂直高度,土岩混合物的垂直高度变1m,2m;3m,4m,and5m。两层模拟表土垂直高度为1m，三层模拟煤矸石为0.8m，表土厚度为0.2m。参照F<1.4可以对概率方法的结果进行如下分析:a.在3层和2层边坡中，1m-3m高土岩混合物处F<1.4的概率非常低，即使坡度为30°也几乎不可能。b.对于3层和2层边坡中4m高的土岩混合物，坡度大于25°时达到F<1.4的概率，坡度在30°时不稳定。c.对于3层和2层的5m高土岩混合物，20°范围内F<1.4的概率为。d.本研究结果表明，室内抗剪强度参数的不确定性对边坡稳定性评价影响较大，需要开展类似的研究才能更准确地评价潜在失稳边坡的评价。