离子型稀土废弃矿区中的重金属污染对土壤和水体构成严重威胁,进而影响生态系统和人类健康。针对离子型稀土废弃矿区重金属污染特性、迁移析出机制尚不明晰,以及亟需环境友好且性能优良的阻控修复材料等问题,本论文开展了矿区典型重金属污染分析以及微生物响应研究;聚焦于矿区典型重金属污染形成过程,研究了重金属释放机制和迁移过程,重点关注了酸雨条件下重金属浸出特性及其环境影响;在此基础上,通过制备膨润土改性生物炭实现了土壤中重金属污染阻控,并阐明其阻控机制,所研制材料为脐橙皮资源化利用以及离子型稀土废弃矿区重金属污染阻控提供参考。 研究了离子型稀土废弃矿区重金属污染水平及人体健康风险,采用PMF模型量化了重金属污染来源。结果表明,矿区典型重金属包括Mn、Pb、Tl和As,其中,Mn和Pb的含量以及酸可提取态占比均最高,具有显著的释放风险。综合潜在生态风险指数结果表明,矿区重金属污染以中度风险为主,且伴随着强度风险。人体健康风险评价结果显示Tl是引发非致癌风险的主要因素,并且儿童存在极其显著的Tl非致癌风险。矿区重金属来源主要包括土壤母质来源(32.3%)、矿物开采(25.7%)、土壤修复活动(24.4%)和交通运输(17.6%)。 探究了离子型稀土废弃矿区微生物群落特征,重点分析了矿区微生物群落结构,剖析了微生物对重金属污染的响应。结果表明,整体上矿区细菌群落的丰富度和多样性均高于真菌群落。重金属污染显著改变了矿区微生物的群落结构,Proteobacteria、Chloroflexi、Acidobacteriota、Actinobacteriota和WPS-2为矿区细菌优势菌门,Ascomycota、Basidiomycota和unclassified_k__Fungi为真菌优势菌门。随后分析发现样品理化性质(p H和阳离子交换量)、土壤酶(脲酶和蔗糖酶)、重金属(As、Pb和Cr)和稀土(Yb)是影响细菌群落结构的主要因素,而真菌群落结构则主要由样品理化性质(含水量和有机质)、土壤酶(过氧化氢酶)、重金属(Cr、Tl、Pb和As)和稀土(Ce、Dy和Er)所主导。PICRUSt2和FUNGuild结果表明,矿区细菌群落以新陈代谢功能为主,而真菌则主要分为共生营养型和腐生营养型代谢特征。 基于离子型稀土废弃矿区重金属污染特性,研究了尾矿中重金属释放规律,识别了重金属释放过程的主导因素,阐明了尾矿中重金属释放机制。结果表明,p H、温度、固液比和氨氮均会影响尾矿中重金属的释放,并且Mn的浸出率高于Pb。在四种影响因素中,温度和固液比对Mn和Pb浸出影响未达到显著水平;相反,p H显著负向影响Mn和Pb浸出,而氨氮则显著正向影响Mn和Pb浸出,并且p H的影响作用强于氨氮。尾矿中重金属的释放机制主要包含重金属赋存形态、尾矿风化侵蚀、H⁺介导下的离子交换以及NH₄⁺介导下的离子交换。 进一步研究了酸雨淋溶下尾矿中重金属的浸出特性,评价了尾矿中重金属随酸雨迁移析出而对水稻土造成的环境风险。结果表明,在模拟酸雨条件下,尾矿中重金属的浸出过程分为快速和慢速阶段。与Zn和Cr相比,Mn和Pb更容易从尾矿中释放,且浸出浓度远超《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)。酸雨淋溶主要导致尾矿中以酸可提取态形式存在的重金属发生迁移。当暴露于尾矿时,水稻土中的Mn、Zn和Pb由低风险上升到中等风险,特别是Zn的环境风险即将达到高风险水平。 基于离子型稀土废弃矿区面临的重金属污染问题,利用赣南地区丰富的脐橙皮资源制备了膨润土改性生物炭,阐明其对矿区重金属的阻控效果及作用机制。结果表明,经膨润土改性后,生物炭的比表面积、孔容和孔径均显著提高,并且增加了生物炭的官能团种类以及丰度。生物炭/膨润土改性生物炭对Mn的吸附量均低于Pb,并且膨润土改性生物炭对Mn/Pb的吸附性能高于生物炭。膨润土改性生物炭不但提高了微生物群落丰富度和多样性,而且能够稳定且有效的阻控尾矿中Mn和Pb浸出,涉及的阻控机制主要包括多孔固存、静电吸附、官能团络合以及离子交换。