高砷（As）地下水是当前国际社会面临的最严重的环境地质问题之一,它威胁着全世界数亿居民的身体健康。江汉平原是一个农业活动密集的地区,为了提高农业产量,居民大量使用磷肥,由于磷肥的使用效率低,大量未被利用的磷酸盐进入地下水系统中促进了地下水砷的富集。同时,地下水系统中不同价态的砷具有不同的生物可利用性,造成了不同的环境生态效应。因此,为防控磷酸盐进入江汉平原浅层地下水系统中而导致地下水中砷富集而引起的农作物砷超标问题和饮用水安全问题提供科学依据,为解决和调控世界其他高砷地下水研究区类似的科学问题提供一定的参考与借鉴。本文以江汉平原高砷地下水地区湖北省仙桃市沙湖试验场为研究区,通过采集试验场区内地下水样品、地表水样品和不同深度的沉积物样品,采用ICP-MS、ICP-AES、IC、XRF、XRD、SEM、TOC分析仪及平行提取方法对该区含水层的水化学特征以及沉积物的地球化学特征进行分析。在查明该区地下水、地表水及含水层沉积物的水文地球化学特征基础上,探究沉积物中As（Ⅲ）、As（Ⅴ）和PO₄^3-之间的竞争吸附解吸过程。查明沉积物对砷吸附解吸机制下江汉平原地下水系统中砷迁移转化规律研究。主要得到以下结论:（1）沙湖试验场地下水水化学类型主要为HCO₃-Ca·Mg型,属中性偏弱碱性水。地下水氧化还原电位偏负,NH₄⁺-N、HS^-和Fe²⁺含量较高,表明地下水处于强还原环境。As（Ⅲ）浓度普遍高于As（Ⅴ）;地下水As浓度平均为74.39μg·L^-1,最高达580.77μg·L^-1,出现在地面以下25 m位置;沙湖试验场浅层地下水中砷的空间分布极不均匀。（2）沉积物主要以石英、长石和粘土矿物为主。沉积物中砷含量变化范围为5.59²1.15 mg·kg^-1,均值为11.85 mg·kg^-1,随深度增加沉积物中As浓度呈先增加后减小的趋势,在17.4 m（粘土层）深度处达到最大(21.15 mg·kg^-1)。As浓度随深度的变化与沉积物中TOC、Fe₂O₃、Al₂O₃浓度以及沉积物比表面积随深度的变化呈现相同的趋势,揭示砷在富含有机质、铁铝氧化物及比表面积大的粘土层沉积物中更易富集。沉积物中的砷主要以强结晶态铁氧化物、溶解态硫化物和反应性硅酸盐的形态存在,印证了砷在江汉平原地下水中的迁移转化主要受铁（氢）氧化物的还原溶解过程控制。（3）沉积物对PO₄^3-亲和力大于其对As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的亲和力,在江汉平原地下水系统中PO₄^3-优先占据沉积物表面上的活性点位,并将吸附在沉积物表面上的As（Ⅲ）和As（Ⅴ）解吸至地下水中,而导致地下水砷的富集。（4）As（Ⅲ）的解吸率大于As（Ⅴ）,PO₄^3-对沉积物吸附As（Ⅲ）的抑制效果更加明显,以上均表明As（Ⅲ）比As（Ⅴ）更具有迁移性。沉积物单独吸附PO₄^3-、As（Ⅲ）、As（Ⅴ）及在As（Ⅲ）和As（Ⅴ）影响下吸附PO₄^3-和在PO₄^3-影响下吸附As（Ⅲ）与As（Ⅴ）均符合线性拟二级动力学。（5）在地下水系统中,当As（Ⅴ）或As（Ⅲ）初始浓度很低时,不同深度的沉积物对砷的吸附量相近。当As（Ⅴ）或As（Ⅲ）初始浓度(≥500μg·L^-1)较大时,深度为20.1 m处的沉积物对As（Ⅴ）或As（Ⅲ）吸附能力弱于其他深度的沉积物,而对As（Ⅴ）或As（Ⅲ）解吸能力强于其他深度的沉积物,造成了地下水深度为20.0 m附近处砷的富集。（6）地面以下17.8 m-21.3 m和21.3 m-27.3 m深度的沉积物岩性分别为细砂层和中粗砂层,比表面积较小,因此吸附在沉积物上的砷不稳定,由于磷酸盐的介入下,导致吸附在沉积物上的砷被释放到地下水中,从而导致地下水砷的富集。在释放过程中,沉积物中部分有机质被消耗,部分铁氧化物被还原溶解,而磷酸盐的含量增加。吸附解吸实验结果也表明17.8 m-21.3 m和21.3 m-27.3 m深度的沉积物吸附砷的能力在0-30 m范围内的岩层中最弱,而导致溶液中砷的质量浓度很高,17.8 m-21.3 m和21.3 m-27.3 m深度的沉积物解吸砷的能力在0-30m范围内的岩层中最强,导致溶液中砷的质量浓度很高。