平(ping)面光(guang)極(ji)技(ji)術：藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)中監測(ce)DO和pH值(zhi)高(gao)分辨(bian)變化的研究

壹、引言(yan)

藍(lan)藻分解是(shi)湖(hu)泊(bo)、河(he)流(liu)等(deng)水(shui)體(ti)中常(chang)見(jian)的生態(tai)過(guo)程(cheng)，它對(dui)於水(shui)體(ti)的營養循(xun)環、生態(tai)健(jian)康乃至(zhi)富(fu)營養(yang)化狀態(tai)都(dou)具(ju)有(you)重要(yao)影(ying)響。在(zai)這(zhe)壹過(guo)程(cheng)中，溶(rong)解氧(yang)（DO）和(he)pH值的變化是評估(gu)藍(lan)藻分解進(jin)程(cheng)及其環境效(xiao)應(ying)的關鍵指標(biao)。近年(nian)來(lai)，平面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術以(yi)其(qi)高分辨(bian)率(lv)、非侵入(ru)性和實時性等(deng)特點，在(zai)藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)監測(ce)中展(zhan)現(xian)出巨大潛(qian)力。本文(wen)將(jiang)介紹(shao)平面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術在(zai)藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)中監測(ce)DO和pH值(zhi)高(gao)分辨(bian)率(lv)變化的研究。

二、技(ji)術概述(shu)

平面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術是壹(yi)種(zhong)基(ji)於熒光(guang)成(cheng)像原(yuan)理(li)的光(guang)學(xue)測(ce)量技(ji)術。它通(tong)過在(zai)透(tou)明載(zai)體（如聚(ju)合(he)物薄(bo)膜(mo)）上塗覆(fu)特定的熒光(guang)或(huo)吸收(shou)性染料(liao)，檢(jian)測(ce)環境中目(mu)標(biao)化學物質(zhi)（如DO、pH值等(deng)）的濃(nong)度變化。這(zhe)些染料(liao)的熒光(guang)特(te)性會隨(sui)著(zhe)目(mu)標(biao)化學物質(zhi)濃(nong)度的變化而(er)改變，從(cong)而(er)通(tong)過測(ce)量熒光(guang)的變化來(lai)推斷(duan)出化學參數的濃(nong)度。平面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術具有(you)非侵入(ru)性、高時空分辨(bian)率(lv)和(he)實(shi)時性等(deng)優點，能(neng)夠實現(xian)對(dui)水(shui)體(ti)中DO和(he)pH值(zhi)等(deng)參數的快速、準確監測(ce)。

三、平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術在(zai)藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)中的應(ying)用

在(zai)藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)中，DO和(he)pH值(zhi)的變化受到多種(zhong)因(yin)素(su)的共同影(ying)響，包(bao)括(kuo)藻(zao)類的光(guang)合(he)作(zuo)用、呼(hu)吸作(zuo)用以(yi)及遷移行(xing)為(wei)等(deng)。為了準確監測(ce)這(zhe)些參數的變化，研究人員(yuan)利(li)用平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術進行(xing)了深入(ru)研究。

首(shou)先，通(tong)過構(gou)建實驗室(shi)微(wei)宇宙(zhou)系(xi)統(tong)，模擬(ni)自(zi)然(ran)水(shui)體(ti)中的藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)。在(zai)系(xi)統(tong)中設(she)置(zhi)平面光(guang)極(ji)傳感器，實時監測(ce)水(shui)-沈(chen)積(ji)物界面（SWI）上DO和(he)pH值的動(dong)態(tai)變化。平面光(guang)極(ji)技(ji)術的高分辨(bian)率(lv)成(cheng)像能(neng)力使(shi)得研究人員(yuan)能(neng)夠觀(guan)察(cha)到DO和(he)pH值在(zai)SWI處(chu)的細(xi)微(wei)變化，以(yi)及它們在(zai)不同(tong)時間和(he)空間尺度上的分布特征。

其(qi)次，通(tong)過分析DO和pH值的日變化特征，研究人員(yuan)揭示了藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)中不同(tong)階段(duan)的特定模(mo)式。白(bai)天，隨(sui)著(zhe)光(guang)照(zhao)增(zeng)強(qiang)和(he)藻類光(guang)合(he)作(zuo)用的進行，DO濃(nong)度逐(zhu)漸(jian)升高(gao)，pH值(zhi)也(ye)相應(ying)上升。夜(ye)間(jian)，由於藻類呼(hu)吸作(zuo)用導(dao)致(zhi)水(shui)體(ti)中CO2含(han)量(liang)增(zeng)加，DO濃(nong)度逐(zhu)漸(jian)降(jiang)低(di)，pH值(zhi)也相應(ying)下降(jiang)。此(ci)外，當光(guang)合(he)作(zuo)用和(he)呼(hu)吸作(zuo)用受(shou)到抑(yi)制或不順(shun)暢時，DO和pH值(zhi)的變化也會表現(xian)出有(you)限增加(jia)和(he)不確(que)定性的特點。

最(zui)後，研究人員(yuan)還利(li)用平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術分析了沈(chen)積(ji)物中DO和(he)pH值(zhi)的垂(chui)直(zhi)梯(ti)度。他們發(fa)現(xian)，即(ji)使(shi)在(zai)藍(lan)藻分解的後期階段(duan)，沈(chen)積(ji)物中也(ye)並(bing)非無(wu)氧(yang)，DO和pH值仍能(neng)滲(shen)透(tou)到較(jiao)深的沈(chen)積(ji)物層(ceng)。這(zhe)表明(ming)沈(chen)積(ji)物在(zai)藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)中扮(ban)演(yan)著(zhe)重要(yao)的角色(se)，它(ta)們作(zuo)為(wei)堿性環境的儲庫，可能(neng)對(dui)水(shui)體(ti)富(fu)營養(yang)化構成(cheng)潛(qian)在(zai)風(feng)險(xian)。

平(ping)面光(guang)極(ji)技(ji)術在(zai)藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)中監測(ce)DO和pH值(zhi)高(gao)分辨(bian)率(lv)變化的研究為(wei)我們提(ti)供了寶貴(gui)的數據和見(jian)解。通(tong)過實(shi)時監測(ce)和分析這(zhe)些參數的變化，我們能(neng)夠更深入(ru)地(di)了解藍(lan)藻分解過(guo)程(cheng)的機制及其對(dui)水(shui)環境的影(ying)響。未來(lai)，隨(sui)著(zhe)技(ji)術的不斷(duan)進(jin)步(bu)和應(ying)用領(ling)域(yu)的拓展(zhan)，平面(mian)光(guang)極(ji)技(ji)術有(you)望在(zai)更(geng)多領(ling)域(yu)發(fa)揮重要(yao)作(zuo)用，為(wei)環境保(bao)護(hu)和(he)生態(tai)修(xiu)復(fu)提(ti)供有(you)力支持。

智(zhi)感環境團隊基於平面光(guang)極(ji)技(ji)術開發(fa)了封閉式平面(mian)光(guang)極(ji)設(she)備，並成(cheng)功將(jiang)其(qi)應(ying)用於沈(chen)積(ji)物-水(shui)微(wei)界面、水(shui)生動(dong)植物和(he)土(tu)壤(rang)植物根(gen)際環境的研究。這(zhe)些設(she)備具備以(yi)下特(te)點(dian)：

1. 實時、快速(su)地(di)獲取區域(yu)DO/pH/CO₂的分布。

2. 設(she)備自帶封閉式箱(xiang)體(ti)，滿(man)足測(ce)定所需(xu)的暗室(shi)條(tiao)件(jian)。

3. 設(she)備與軟件(jian)配(pei)套使(shi)用，可(ke)集成(cheng)校(xiao)準、獲取圖像、處(chu)理(li)圖像於壹體。

4. 非侵入(ru)性成(cheng)像測(ce)量，不破(po)壞(huai)原(yuan)生環境。

5. 配(pei)備高像素(su)CMOS相機，實現(xian)時間分辨(bian)率(lv)毫(hao)秒級(ji)，空間分辨(bian)率(lv)亞(ya)毫(hao)米(mi)級(ji)。

此(ci)外(wai)，還(hai)有(you)便(bian)攜(xie)式平面光(guang)極(ji)檢(jian)測(ce)儀PO1100，它(ta)小巧輕便(bian)、便(bian)於移動(dong)和攜(xie)帶，同(tong)樣(yang)能(neng)夠實時、快速(su)地(di)獲取區域(yu)O2/pH/CO2的分布。使(shi)用前，熒光(guang)傳(chuan)感膜需(xu)要標(biao)定並(bing)繪制標(biao)準曲(qu)線(xian)，工(gong)作(zuo)環境和(he)存(cun)儲環境對(dui)溫(wen)度和濕度(du)有(you)壹定要(yao)求。