高砷地下水的主要形成过程是含砷铁（III）氧化物的还原溶解，其中溶解的有机物（DOM）作为电子给体和电子穿梭体起着重要作用。但地下水中DOM的电子穿梭能力及其对砷（As）运移的影响尚不清楚，这使得地下水As富集的潜在机制难以捉摸。

针对上述科学问题，我校水资源与环境学院的冯晓君博士生，在郭华明教授的指导下，在内蒙古盆地西北部一典型高砷地下水区域展开研究，通过沿地下水流动方向采集地下水样品（图1），并利用固相萃取技术富集地下水DOM，测定DOM的电化学性质（包括电子供给能力（EDC）、电子接受能力（EAC）），定量反映DOM的电子穿梭能力，探究了地下水DOM的分子特征与电子穿梭能力的关系，揭示了地下水DOM中难降解有机质的富砷机理（图2）。研究取得的创新性认识如下：

（1）沿地下水流动方向，地下水DOM的EDC和电子转移能力（ETC）不断升高，而EAC受冲积扇区地下水溶解氧影响，呈现先降后升趋势（图3）。这定量反映了地下水DOM的电子穿梭能力不断增加。

（2）沿流动方向，难降解有机质的含量不断上升，且与EDC的正相关关系（图4）说明了难降解有机物是电子穿梭的主要贡献者。具体地，含CHO-和CHON-的芳香性物质和含CHOS-和CHONS-的高氧高不饱和物质参与电子穿梭（图5）。

（3）地下水As浓度与EDC和EAC均呈显著正相关。特别是高砷地下水(p < 0.05)（图6）。这说明DOM的电子穿梭加速了地下水As的富集。

此项研究定量分析高砷地下水DOM的电子穿梭能力，揭示了地下水DOM中难降解有机物是电子穿梭的主要贡献者，阐明了难降解DOM的电子穿梭是高砷地下水中微生物向铁(III)氧化物传递电子的重要途经。

图1 研究区及采样点位置图 

图2 概念图

图3 不同区域地下水DOM的EDC、EAC和ETC

图4 EDC与不同区域中DOM分子组成参数之间的关系

图5 共同分子与EDC、As的Spearman相关性分析

图6 地下水As浓度与EDC、EAC之间的相关性

该研究得到了国家自然科学基金委项目（42130509）、国家重点研发计划（2021YFA0715902）和111引智计划项目（B20010）的支持。

上述研究成果发表在ACS旗下期刊《Environmental Science & Technology》上：Feng, X. J.; Li, Y.; Jin, J. Y.; Qiao, W.; Gao, Z. P.; Guo, H. M.*(通讯作者). 2025. Electrochemistry and Molecular Compositions Reflect Electron Shuttling of Dissolved Organic Matter in High Arsenic Groundwater. Environmental Science & Technology, 59, 17, 8591–8601 (IF 2023= 10.9)

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c13575