由硫化物矿物氧化引起的矿山生态退化和环境污染是一个全球性的严重环境问题。位于广东省北部的大宝山是一座多成因的大型多金属矿床，是典型的金属硫化物矿区。自上世纪80年代以来陆续有没有任何环保措施的非法采矿活动在该矿区出现。污染物质外排对下游农业生态系统和人体健康造成严重的影响，引发了频繁的社区矛盾，在全国范围内都有较大的负面影响。 本博士研究项目旨在通过对广东大宝山矿这一具有典型性和独特性矿山及周边地区进行深入的环境地球化学调查，系统地研究华南亚热带地区高温多雨条件下含金属硫化物矿山生态退化机理和特征，为探索符合中国国情的硫化物矿山生态退化和环境污染整治途径，开发高效低成本的治理技术提供理论依据。 本论文的主要结论如下： (1)对从大宝山采集古矿洞木支柱样品的14C年龄测定结果为1072±22a BP和911±33a BP，判断为唐末和北宋中叶产物，与古文献所记载的大宝山是宋代中国最大的铜矿开采和冶炼基地之一情况相符。古代冶炼炉渣样品分析结果所显示的含铁量高含铜量低现象表明这些是炼铜炉渣。根据古文献所记载的采矿规模，可以推断宋代的矿业生产对当地生态环境造成了严重的影响。 (2)自燃矿石/土堆表层含有大量的单质S。可能是由于在高温条件下，底层硫化矿物加速氧化，因供氧不足，只能生成元素S。自燃区矿土的的硫酸盐矿物含量、酸度、电导率和可溶性重金属要比非自燃酸性矿土高的多。反映硫化矿物自燃氧化比生物催化氧化要强烈得多，同时也表明自燃区的污染物释放要比非自燃酸性矿山土更严重。自燃矿石/土堆污染物质的释放可分为快速释放和缓慢释放两个阶段。自燃区域内大气SO2含量超出国家大气标准限值的191倍。上述研究结果表明，该自燃矿石/土堆是大宝山外排污染物的一个重要源地之一。 (3)在淹水条件下，添加有机物料可加剧水土系统内部的地球化学反应。酸性矿土溶液的pH受铁、硫酸根还原反应和黄钾铁矾分解反应等主要地球化学过程的共同制约。在本论文研究设计的条件下，以铁和硫酸根还原反应为主导，因而导致水土体系向酸度降低的方向发展。调配合适的有机物料添加量可以优化除酸效果。经过添加有机物料和淹水处理所形成的淤泥含有化学性质不稳定的单硫化铁(FeS)，其氧化会释放酸和淤泥中所含的大量重金属元素，成为次生污染源。添加酸中和材料可快速消除矿土中的酸性物质，利用人工湿地原理结合碱性改良剂的使用，可以有效地降低酸性矿土和矿水对环境的危害。 (4)对受大宝山排出酸性矿水影响的横石水河进行长期水质监测结果表明：河水中污染物在大雨或暴雨期间迅速增加。酸性矿水中所含重金属以Fe和Zn元素为主。从凉桥到上坝，随着河水迁移距离增大，河流的稀释和自净作用使得河水酸度明显升高，各种重金属浓度迅速减少。横石水河床淤泥的重金属组成成分以Fe元素为主(>10％)，接着依次是Pb>Zn>Cu>Mn>Cd，重金属大多以残留态形式赋存。生态毒理检测结果显示，横石水河自矿水排放口至翁城站之间河段的水生生态系统不同程度上受到大宝山排出酸性矿水的污染：凉桥河水稀释1000倍后仍对测试生物有急性毒性效应；而翁城则为5倍。酸性矿水污灌对下游村庄的地下水质量造成了一定的影响，井水pH和若干重金属特别是Cd超过国家饮用水卫生标准。 (5)上坝村土壤酸化主要是由引用酸性矿水进行农田灌溉所造成的，土壤酸化程度与距灌溉水源的距离相关，pH值沿土壤剖面的分布特点是：表层10cm最高，在20.30cm土层达最低值，随后又开始随深度增加而呈缓慢回升趋势。灌溉水带来的酸性物质已经下渗到地表下70cm深处，而主要聚集在亚表层。大部分Pb、Cu、Zn和Fe进入土壤后，在亚表层就被固定下来了。Cd和Mn离子则可下移到土壤剖面较深的层次。氯化铵可提取态Al浓度与土壤酸度之间有极显著相关关系。土壤的严重酸化和重金属污染，导致作物吸收并累积过量的重金属，所调查的大部分农作物重金属含量超过国家食品重金属卫生限量标准规定限值。 (6)基于上述研究，我们认为大宝山矿区生态退化和环境污染的治理是一项系统工程，必须统一规划，根据各个治理任务的迫切程度，有步骤地依此推进实施。首先，要从根本上治理酸性矿水外排的问题，重点应该放在污染源地的治理，由于受外排矿水污染的农用地直接关系到矿区周边地区人民的健康，因此污染农田的治理是近期最迫切的任务；其次，在治理技术的应用上应采用化学治理、生物治理与工程治理相结合的方法；此外，探索在经改良矿山土壤上种植有经济价值植物特别是能源植物，以便形成环境保护和经济发展的良性互动。