自然界存在大量以铁氧化物形式存在的含铁矿物,具有很高的表面活性,对重金属等污染物有较强的吸附能力。铁氧化物矿物中的变价金属元素Fe在不同条件下易发生氧化还原作用,形成多种复杂含铁矿物相,影响矿物吸附态重金属的迁移转化。土壤和沉积物中的微生物可利用外界Fe(Ⅲ)作为电子受体,氧化体内的基质(电子供体),从而使Fe(Ⅲ)被还原,此过程所释放出的能量也被微生物捕获,用于满足生长发育的需要,因此微生物的铁还原过程具有重要的地球化学和环境意义。环境中的Cr、As由于其具有变价,一方面可以影响土壤/沉积物的氧化还原电位,另一方面也改变电子供体/受体的比例,影响电子传递的流向。深入探讨微生物铁还原的机理,研究这一过程对于吸附态变价金属的影响,对于了解微生物驱动的铁循环过程,以及土壤污染修复都具有重要的理论和实际意义。本研究通过模拟实验,制备了水铁矿、针铁矿、赤铁矿三种典型铁氧化物矿物,并分别对Cr、As两种典型变价(类)金属进行了吸附。在此基础上,分离沉积物中的铁还原微生物群落,分析其与铁氧化物的反应过程中,铁氧化物本身的矿物相转变特征和Fe的形态变化,以及吸附态Cr和As的含量、价态变化规律,探究微生物铁还原过程对吸附态Cr、As环境行为的影响机理。研究结果表明:微生物群落可通过两种机制还原含铁矿物。一是微生物通过分泌螯合物等途径使含铁矿物中铁元素以Fe(Ⅲ)形式释放,随后再继续与释放出的Fe(Ⅲ)发生还原反应,将Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ);二是微生物以含铁矿物为末端电子受体,直接与其发生还原反应生成Fe(Ⅱ)。微生物与三种矿物的反应速度,以及体系中Fe的释放量均表现为水铁矿>针铁矿>赤铁矿。在微生物与铁氧化物反应的过程中,均伴随有明显的矿物相转变。本研究中的微生物铁还原过程对Cr和As的形态浓度变化均有一定影响,但二者的反应机制略有不同。在吸附Cr的体系中,铁还原微生物首先将Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),Fe(Ⅱ)与Cr(Ⅵ)进一步发生氧化还原反应,将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)。而在吸附As的针铁矿和赤铁矿体系中,微生物对As(Ⅴ)的原位还原过程先于对Fe(Ⅲ)的还原发生,且这一反应能够完全进行,因此As的形态变化特征表现出与水铁矿体系有所不同的趋势。