①课题来源与背景 随着人口增长和经济发展，人地矛盾不断凸显，扩大耕地面积，建成高产农田任务迫在眉睫

陕北黄土高原土地面积广阔，但由于风沙侵蚀、水土流失等影响，土地贫瘠，粮食产量不高

土地贫瘠源于两害：一是土地多以沙质土为主；二是当地广泛分布着一种被称为“环境癌症”的砒砂岩

沙地漏水漏肥严重；砒砂岩无水坚硬如石，遇水松软如泥，容易受到水、风的侵蚀而流失

若将二者结合起来，利用砒砂岩良好的保水保肥性，沙地透气渗水性强的特点，制备出的砒砂岩与沙复配土用来种田具有很好的社会效益、经济效益和生态效益

为更大限度提升砒砂岩与沙复配形成的农田质量，实现对复配土的多元化应用，需从根本上深入研究复配土的微观结构及土体颗粒间胶结作用力的类型以及强弱程度，为实现复配土质地性能以及功效的可控调整打下坚实的基础

②研究目的与意义 为更大限度地提升砒砂岩与沙复配形成的农田质量，实现对复配土的多元化应用，需从根本上深入研究复配土的微观结构及土体颗粒间胶结作用力的类型以及强弱程度，获得不同比例、不同种植年限复配土的微观结构信息，包括孔隙结构、分布、数目，土体胶结类型以及不同状态下复配土的颗粒胶结作用力

建立不同类型复配土与其质地性能之间的对应关系，对实践中复配土的可控制备和性能调整起到重要的指导作用

③主要论点与论据 本项目通过应用扫描电镜、能谱仪等手段，分析了砒砂岩及砒砂岩-沙复配土微观结构特征、复配土胶结类型及胶结力，结果表明： 1）榆林砒砂岩具有三种胶结程度不一的典型结构面，其孔隙类型丰富，孔隙连通性较好，胶结物质以粘土矿物和碳酸钙为主要组成

粘土矿物以水敏性的蒙脱石组矿物为主，蒙脱石形态主要以片状、丝片状和棉絮状为主，以孔隙衬垫和孔隙充填的形式赋存

2）风沙土微团聚体以单一状垒结为主，而砒砂岩与沙复配后则出现了一定数量的桥接状垒结、填集状垒结、包膜状垒结

经过一年种植后复配土颗粒表面比较光洁，胶结物质较少

随着种植年限的增加，团聚体的孔隙分布更为均匀致密，土体颗粒表面出现较多的附着物，并且颗粒相互接触，胶结物质更为丰富；在砒砂岩与沙1:1和1:2条件下，土体颗粒表面有较多附着物，且颗粒之间多为面接触

3）复配土团聚体中的胶结物质主要为粘土矿物、钙质胶结物、铁质胶结物、铝氧化物与有机质的有机无机复合物

其中Al元素对复配土团聚体的形成具有关键作用，分别以粘土矿物及铝氧化物的形式参与复配土团聚体的形成

4）复配土中SiO2特征峰的峰位随砒砂岩含量的增加向低波数移动，在砒砂岩和沙体积比为7:5时，峰位突然增大，然后随着砒砂岩含量的增加，峰位又逐渐向低波数移动

④创见与创新 1)首次发现榆林砒砂岩中具有三种不同类型的典型结构面，其粘土矿物主要有蒙脱石为主；蒙脱石形态主要以片状、丝片状和棉絮状为主，以孔隙衬垫和孔隙充填的形式赋存；砒砂岩孔隙类型非常丰富，孔隙连通性较好，胶结物质主要以粘土矿物和碳酸钙为主

研究成果对砒砂岩作为沙地整治材料的可行性研究提供了强有力的可视化证据

2)利用扫描电子显微镜及能谱仪对砒砂岩与沙复配土的微形态进行研究分析，分别利用土壤包埋固化技术、氩离子切割抛光技术对砒砂岩及复配土的微观表面形貌及断面元素分布进行了研究，以可视化数据形式揭示了复配土团聚体的胶结类型及形成过程，构建了复配土微观结构和宏观性质之间的桥梁，加深了对复配土微观结构的认识，明晰了复配土形成与演化的机理

⑤社会经济效益，存在问题 在毛乌素沙地将砒砂岩与沙复配土技术进行推广，已使大片沙荒地变成了良田，扩大了耕地面积，增加了农业产值

本项目通过对复配土微观结构和土体颗粒胶结作用力的研究，实现对复配土质地性能的深入了解和可控调整，有利于优化土地使用结构，促进土地集约化使用，促进农民增收，改善农业生产条件和基础设施建设，提高农业生产率

土样微观结构的样品制备技术还很落后，后期在不断完善样品制备技术的同时，还要不断提高观察技术，使土壤微观结构研究成果更加准确

土壤胶结力类型研究不够充分，下一步拟采用同步辐射红外显微成像仪对复配土的无机-有机复合体进行研究，完善砒砂岩与沙复配土胶结类型的研究