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社会的快速发展，人地矛盾的日益加剧，致使耕地保护迫在眉睫，保护和开发一切可利用的土地成为当前研究的热点与难点。毛乌素沙地生态环境脆弱，同时分布着极易侵蚀的砒砂岩，难以治理。同时，毛乌素沙地水热资源丰富，极具开发潜力。已有研究表明砒砂岩与风沙土可复配成土，并在毛乌素沙地进行了推广示范，但复配成土的内在机理，复配土结构的长期稳定性，不同时空条件下的保水性，不同年份作物产量能否稳定，依然未知。
因此，本研究结合前人研究基础，通过室内实验、小区试验、大田试验及模型模拟，深入研究了砒砂岩与风沙土在不同比例(1∶1、1∶2、1∶5)复配后的微观结构、矿物组成、颗粒组成、胶体特性、力学特性和复配土的宏观特性等响应，探究了砒砂岩与风沙土复配成土的内在机理和结构稳定性；探讨了砒砂岩与风沙土的水分入渗过程及水分效应；探索了不同气候区域复配土对作物产量的影响；同时利用RZWQM2模型模拟了26年间玉米产量的变化，主要研究结论如下：
(1)砒砂岩与风沙土复配后优化了风沙土的微观结构与物质组成。通过室内实验发现，砒砂岩微观颗粒表面不规则，次生矿物含量为22.7%，粒度分布范围在0.317-709.0μm，主要集中在较细的粘粉粒段，粉粒含量75.31%，而风沙土微观颗粒浑圆，次生矿物仅6.5%，粒度分布范围为0.564-2000.0μm，主要集中在较粗的砂粒段，砂粒含量95.37%。砒砂岩与风沙土复配后，尤其是1∶1和1∶2复配土的微观结构、矿物组成、颗粒组成均得到了改善。此外，砒砂岩中主要胶体为粘粒，实验发现粘粒在风沙土中的滞留相对稳定，且在砒砂岩与风沙土复配后具有较为稳定的土壤力学性质。
(2)砒砂岩与风沙土复配后复配土的结构稳定，且质量逐年提升。通过小区种植试验发现，砒砂岩与风沙土复配后明显改善了风沙土的砂土质地，随着作物种植年限的增加，质地逐步发生了从砂土．壤砂土(1∶2、1∶5)-砂壤土(1∶1)一粉砂壤(1∶1)的转变：降低了风沙土容重，容重表现为1∶1＜1∶2＜1∶5＜0∶1；提升了土壤团聚体(WR0.25)，1∶1、1∶2、1∶5较沙地的WR0.25平均提高了29.26%、31.47%、11.56%；在不同年限下1:2中WR0.25均相对较高，且最为稳定；各比例复配土有机碳含量随着种植年限的增加而增加。种植6a后，1:1、1:2、1:5耕作层中有机碳平均含量分别为1.64±0.15g/kg、1.51±0.13g/kg、1.77±0.082g/kg，远高于沙地有机碳含量。同时，种植年限的增加，复配土体功能结构更加稳定，质地组成更好，粘粒与团聚体、有机碳的相关性逐渐提高。
（3）砒砂岩与风沙土复配后显著提升了风沙土的保水性能。通过水分入渗实验发现，砒砂岩和风沙土的平均入渗率分别为0.13cm/min、2.86cm/min，随着砒砂岩的加入，平均入渗率逐渐减低；不同复配土湿润锋穿透30cm土柱的时间从大到小总体表现为1:0＞5:1＞2:1＞1:1＞1:2＞1:5＞0:1，表明砒砂岩可有效解决风沙土渗漏过快的问题，增加水分的留持时间，提高了风沙土的持水性，入渗过程模型拟合表明Kostiakov模型拟合精度更高。分析饱和导水率发现，砒砂岩与风沙土混合后，随复配比例的增加，导水性能降低，Ks由7.10mm/min下降到0.07mm/min，土壤水分渗漏减弱，毛管孔隙与Ks呈指数负相关关系。测试大田含水量发现，在深度方向上，不同年份不同配比的复配土基本表现为表层土壤（0-30cm）含水量大于深层土壤（30-120cm）；在时间方向上，不同年份不同配比的复配土基本表现为7~9月份间土壤含水量较高。各年份的复配土平均储水量整体表现为1:1＞1:2＞1:5。
（4）砒砂岩与风沙土复配比例为1:2时，玉米可获得较高产量。在陕西关中地区（小区试验）和陕北沙荒地区（大田试验）开展了田间试验，发现小区试验下，砒砂岩与风沙土的比例为1:2时，玉米植株的生长最优。小区试验与大田试验玉米平均产量均为1:2＞1:1＞1:5。小区试验田玉米产量显著高于大田试验，且玉米产量表现为逐年升高的趋势。
（5）RZWQM2模型模拟不同配比复配土玉米产量，证实了复配土种植玉米的高产和稳产。通过RZWQM2模型，模拟了26年雨养条件和充分灌溉条件下，不同配比复配土的玉米产量。雨养条件下，玉米平均产量为1:2＞1:1＞1:5，与生育期内6月、7月及总降雨量及相对湿度显著相关，与最低、最高气温、太阳辐射不相关；充分灌溉条件下，不同配比复配土的玉米产量较为接近，均显著高于雨养产量，玉米产量与与平均日最低气温显著相关。从充分灌溉产量与雨养产量的产值来看，1:2配比下玉米产量差值均最小，为3858kg/ha，玉米产量达到了高产而稳定。
因此，本研究结合前人研究基础，通过室内实验、小区试验、大田试验及模型模拟，深入研究了砒砂岩与风沙土在不同比例(1∶1、1∶2、1∶5)复配后的微观结构、矿物组成、颗粒组成、胶体特性、力学特性和复配土的宏观特性等响应，探究了砒砂岩与风沙土复配成土的内在机理和结构稳定性；探讨了砒砂岩与风沙土的水分入渗过程及水分效应；探索了不同气候区域复配土对作物产量的影响；同时利用RZWQM2模型模拟了26年间玉米产量的变化，主要研究结论如下：
(1)砒砂岩与风沙土复配后优化了风沙土的微观结构与物质组成。通过室内实验发现，砒砂岩微观颗粒表面不规则，次生矿物含量为22.7%，粒度分布范围在0.317-709.0μm，主要集中在较细的粘粉粒段，粉粒含量75.31%，而风沙土微观颗粒浑圆，次生矿物仅6.5%，粒度分布范围为0.564-2000.0μm，主要集中在较粗的砂粒段，砂粒含量95.37%。砒砂岩与风沙土复配后，尤其是1∶1和1∶2复配土的微观结构、矿物组成、颗粒组成均得到了改善。此外，砒砂岩中主要胶体为粘粒，实验发现粘粒在风沙土中的滞留相对稳定，且在砒砂岩与风沙土复配后具有较为稳定的土壤力学性质。
(2)砒砂岩与风沙土复配后复配土的结构稳定，且质量逐年提升。通过小区种植试验发现，砒砂岩与风沙土复配后明显改善了风沙土的砂土质地，随着作物种植年限的增加，质地逐步发生了从砂土．壤砂土(1∶2、1∶5)-砂壤土(1∶1)一粉砂壤(1∶1)的转变：降低了风沙土容重，容重表现为1∶1＜1∶2＜1∶5＜0∶1；提升了土壤团聚体(WR0.25)，1∶1、1∶2、1∶5较沙地的WR0.25平均提高了29.26%、31.47%、11.56%；在不同年限下1:2中WR0.25均相对较高，且最为稳定；各比例复配土有机碳含量随着种植年限的增加而增加。种植6a后，1:1、1:2、1:5耕作层中有机碳平均含量分别为1.64±0.15g/kg、1.51±0.13g/kg、1.77±0.082g/kg，远高于沙地有机碳含量。同时，种植年限的增加，复配土体功能结构更加稳定，质地组成更好，粘粒与团聚体、有机碳的相关性逐渐提高。
（3）砒砂岩与风沙土复配后显著提升了风沙土的保水性能。通过水分入渗实验发现，砒砂岩和风沙土的平均入渗率分别为0.13cm/min、2.86cm/min，随着砒砂岩的加入，平均入渗率逐渐减低；不同复配土湿润锋穿透30cm土柱的时间从大到小总体表现为1:0＞5:1＞2:1＞1:1＞1:2＞1:5＞0:1，表明砒砂岩可有效解决风沙土渗漏过快的问题，增加水分的留持时间，提高了风沙土的持水性，入渗过程模型拟合表明Kostiakov模型拟合精度更高。分析饱和导水率发现，砒砂岩与风沙土混合后，随复配比例的增加，导水性能降低，Ks由7.10mm/min下降到0.07mm/min，土壤水分渗漏减弱，毛管孔隙与Ks呈指数负相关关系。测试大田含水量发现，在深度方向上，不同年份不同配比的复配土基本表现为表层土壤（0-30cm）含水量大于深层土壤（30-120cm）；在时间方向上，不同年份不同配比的复配土基本表现为7~9月份间土壤含水量较高。各年份的复配土平均储水量整体表现为1:1＞1:2＞1:5。
（4）砒砂岩与风沙土复配比例为1:2时，玉米可获得较高产量。在陕西关中地区（小区试验）和陕北沙荒地区（大田试验）开展了田间试验，发现小区试验下，砒砂岩与风沙土的比例为1:2时，玉米植株的生长最优。小区试验与大田试验玉米平均产量均为1:2＞1:1＞1:5。小区试验田玉米产量显著高于大田试验，且玉米产量表现为逐年升高的趋势。
（5）RZWQM2模型模拟不同配比复配土玉米产量，证实了复配土种植玉米的高产和稳产。通过RZWQM2模型，模拟了26年雨养条件和充分灌溉条件下，不同配比复配土的玉米产量。雨养条件下，玉米平均产量为1:2＞1:1＞1:5，与生育期内6月、7月及总降雨量及相对湿度显著相关，与最低、最高气温、太阳辐射不相关；充分灌溉条件下，不同配比复配土的玉米产量较为接近，均显著高于雨养产量，玉米产量与与平均日最低气温显著相关。从充分灌溉产量与雨养产量的产值来看，1:2配比下玉米产量差值均最小，为3858kg/ha，玉米产量达到了高产而稳定。