微生物还原诱导的选择性溶解性有机质转化主导氧化还原振荡下的三价砷氧化

《Environmental Science & Technology》：Microbial Reduction–Induced Selective DOM Transformation Governs As(III) Oxidation under Redox Oscillations

　　

摘要

微生物呼吸触发的溶解性有机质（DOM）还原转化在波动的水文条件下对 O₂ 活化以及随后的 As(III) 氧化起着核心作用。然而，与该电子转移过程相关的关键 DOM 成分及其分子转化仍知之甚少。在此，通过整合傅里叶变换离子回旋共振质谱与机器学习，我们发现，作为主要 DOM 组分的富里酸（FA），在还原硫地杆菌 PCA 作用下发生选择性分子转化，形成一个反应性子库，驱动 O₂ 活化，从而使 As(III) 氧化增强约 2–10 倍。反应网络分析显示，富含氧的芳香族前体通过脱羧、脱氢和部分还原途径优先转化为还原程度更高的中间体。这些转化共同使分子组成向更低的氧化态和增强的氧化还原反应性转变。机器学习分析进一步确定，具有低氧化态的含氮和含硫分子是控制系统整体氧化还原活性的关键成分。这些物种代表了微生物转化富里酸中一个功能独特的组分，具有增强的电子供体能力。本研究从分子水平提供了微生物 DOM 转化如何调节 O₂ 活化和 As(III) 氧化的见解，为预测和操控动态土壤和沉积物系统中的氧化还原反应性提供了机理基础。