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沉积物的砷污染及危害对动植物及地下水等生态环境已经构成严重威胁。自然环境中微生物对砷的化学形态及循环方面起重要的作用。但是，微生物驱动金属（砷/铁）还原溶解过程可以是多条路径的，而金属在介质环境的解离/释放过程与环境中微界面中的微生物、外源载体和溶解性有机质(dissolved organic matter，DOM)等密切相关。本文以中国湖南省石门县雄黄尾矿沉积物作为研究对象，通过以几种不同电子中介体——蒽醌-2，6-磺酸钠(anthraquinone-2，6-disulfonate，AQDS)、生物炭和石墨烯及其负载复合材料，系统地开展电子传递中介体来调控沉积物中砷/铁的转化过程。主要得到以下结论: 1.AQDS是一种重要的醌类模型化合物，但不同浓度的AQDS对沉积物中As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的生物还原过程及微生物群落结构的影响差异显著。低浓度的AQDS(0.05 mM和0.10 mM)能显著地促进As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的还原释放，而高浓度的AQDS(1.00 mM)处理后则表现出抑制现象。这主要是因为低浓度的AQDS对微生物群落中的金属还原菌（如Bacillus，Lactococcus，Pseudomonas及Geobacter等）丰度有促进作用，而高浓度的AQDS处理后，沉积物中金属氧化菌（如Alicyclobacillus，Burkholderia和Bradyrhizobium等）的丰度较高，不利于As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的还原释放。另外，AQDS还将潜在地改变了沉积物中DOM的变化，尤其是腐殖性DOM会促进As(Ⅲ)-Fe(Ⅱ)-humic DOM络合物的形成。 2.相比较可溶的AQDS，类固态醌类电子中介体生物炭的表面同样含有大量的醌/半醌基团，是参与电子传递的重要位点。结果发现生物炭在有菌环境下对沉积物中As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的还原贡献要显著大于无菌环境。在无菌环境下，生物炭能将As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)解吸和还原，对Fe(Ⅲ)的还原贡献占12～17％，对As(Ⅴ)的还原贡献为10～13％。在有菌环境下，生物炭能显著地促进As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的生物还原，对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的生物还原贡献分别占87～90％和83～88％。而该过程主要通过刺激微生物对DOM的利用和改变微生物群落结构作用。随着生物炭和乙酸钠的添加，一些金属还原菌(如Geobacter，Anaeromyxobacter，Desulfosporosinus和Pedobacter)的丰度显著增加。由于生物炭的表面电位带负电，能有效地吸附带正电的Fe离子，而对以负电形式(AsO43-或AsO33-)存在的As离子的吸附能力弱，最终显著地促进了沉积物中As(Ⅲ)的释放，但降低了Fe(Ⅱ)的迁移。 3.当采用同样表面带有醌类基团并表现出优越导电性能的几种石墨烯——还原氧化石墨烯(rGO)、导电石墨烯(CG)和氧化石墨烯(GO)处理沉积物后发现:rGO最显著促进沉积物中的As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)还原释放，其次是CG和GO。培养第42天，对于石墨烯(rGO、CG和GO)耦合乙酸钠处理所对应的As(Ⅲ)释放量分别是以单独加乙酸钠（对照组）的1.37、1.15和1.14倍，释放的Fe(Ⅱ)量分别是对照组的1.40、1.27和1.24倍，而对应沉积物固体颗粒物的导电能力分别是对照组的1.36、1.32和1.14倍。其中，GO在前28天对As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)还原释放有抑制作用，35天后逐渐表现出促进效果。同时，这几种石墨烯受微生物的还原作用其结构都不同程度地还原、重整及转变，而最终表现出与rGO近似的特征。由于rGO带有一定的醌基并表现出优越的导电能力(184 S/cm)，促进As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的生物还原。另外，当用乙酸钠复合石墨烯处理沉积物时，对一些金属还原菌(Geobacter、Desulfitobacterium、Bacillus和Desulfosporosinus等)有促进作用。 4.为了能更充分地说明固相电子中介体材料上的醌类基团和介体导电能力是影响微生物介导金属胞外电子传递的主要因素，研究用AQDS修饰生物炭和rGO制备出醌类复合材料(AQDS-Biochar composite和AQDS-rGO composite)。结果发现:AQDS所表现出的电子穿梭效应要强于类固态醌类物质的生物炭和rGO，尤其是AQDS的浓度效应对微生物的群落结构组成影响显著。但是当用固定化醌类复合材料对沉积物中As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的生物还原有非常显著的促进效应，与介体表面所负载的AQDS呈正相关，并且介体所带有的导电特性对沉积物中As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)的生物还原也有贡献作用;固定化醌类复合材料介入沉积物后弱化了高浓度AQDS对微生物群落中金属氧化菌的丰度的促进作用，沉积物中的微生物群落主要是以Clostridium、Desulfitobacterium、Anaeromyxobacter和Geobacter为主的金属还原功能优势种群。 以上研究表明:外源载体表面所含有的醌类结构及导电性是影响微生物胞外电子传递与砷/铁形态转化关系的重要原因。另外，这些外源材料的介入可以改变DOM的生物利用度和微生物群落结构来同时影响沉积物中的As(Ⅴ)/Fe(Ⅲ)还原释放。研究结果加深了这些外源材料作用于砷污染的淹水沉积物中可引发的潜在环境风险认识，也为今后开展砷污染沉积物的原位修复提供一定理论基础。