沈積物(wu)-水界面(mian)作(zuo)為(wei)水體(ti)生(sheng)態(tai)系(xi)統中壹個關鍵(jian)的(de)過渡(du)區(qu)域，對(dui)物(wu)質(zhi)循環(huan)、能(neng)量流動(dong)以(yi)及生(sheng)物地球(qiu)化學(xue)過程(cheng)起(qi)著至(zhi)關重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。該界面(mian)處發生(sheng)的(de)物(wu)理(li)、化學(xue)和生(sheng)物過程(cheng)極(ji)其(qi)復(fu)雜(za)，且對(dui)整(zheng)個水體(ti)環境(jing)的(de)質(zhi)量和穩定性(xing)有(you)著(zhe)深(shen)遠(yuan)影(ying)響。例如，沈積物(wu)中的(de)營(ying)養(yang)物(wu)質(zhi)、重金屬以(yi)及有(you)機(ji)汙染物(wu)等(deng)會與上(shang)覆水體(ti)進行(xing)交(jiao)換(huan)，這種(zhong)交(jiao)換(huan)過程(cheng)在(zai)很(hen)大程度上(shang)決定了水體(ti)的(de)富(fu)營(ying)養(yang)化程(cheng)度、汙染物(wu)的(de)遷(qian)移(yi)轉(zhuan)化規(gui)律以(yi)及水生(sheng)生(sheng)物的(de)生(sheng)存環境。因此(ci)，深(shen)入了解(jie)沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)物(wu)質(zhi)交(jiao)換(huan)過程(cheng)對(dui)於(yu)水體(ti)生(sheng)態(tai)系(xi)統的(de)保(bao)護(hu)和管理(li)具有(you)重(zhong)要意義。
傳統的(de)研究(jiu)方法(fa)在(zai)監(jian)測沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)參(can)數(shu)時存在(zai)壹定的(de)局限(xian)性。例如，常規的(de)采(cai)樣分析方(fang)法只(zhi)能(neng)獲取離(li)散的(de)、瞬(shun)時(shi)的(de)數(shu)據(ju)，無(wu)法全(quan)面(mian)反(fan)映界(jie)面(mian)處參(can)數(shu)的(de)動(dong)態(tai)變化和空間(jian)分布(bu)特(te)征(zheng)。而平面(mian)光(guang)極(ji)技術的(de)出(chu)現(xian)為(wei)解(jie)決這些問(wen)題(ti)提(ti)供(gong)了新(xin)的(de)途(tu)徑(jing)。它(ta)能(neng)夠實(shi)時(shi)監(jian)測沈積物(wu)-水微(wei)界面(mian)上(shang)的(de)溶(rong)解(jie)氧、pH值及二(er)氧化碳(tan)等(deng)參(can)數(shu)的(de)動(dong)態(tai)變化，通過獲取這(zhe)些參(can)數(shu)的(de)二(er)維(wei)分布(bu)圖(tu)像(xiang)及(ji)其隨(sui)時間變(bian)化的(de)詳細(xi)信(xin)息(xi)，極(ji)大地提(ti)升了我(wo)們對(dui)沈積物(wu)-水界面(mian)物(wu)質(zhi)交(jiao)換(huan)過程(cheng)的(de)認(ren)識(shi)。
平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)技術基於(yu)熒光(guang)傳感(gan)原(yuan)理，其(qi)核(he)心(xin)部件(jian)是對(dui)特(te)定(ding)目(mu)標化學(xue)物(wu)質(zhi)敏(min)感(gan)的(de)熒光(guang)染料(liao)。當(dang)特(te)定(ding)波(bo)長(chang)的(de)光(guang)線(xian)照射到熒光(guang)染料(liao)上(shang)時，染料(liao)會(hui)被(bei)激發(fa)而發出(chu)熒光(guang)。在(zai)沈積物(wu)-水界面(mian)環(huan)境(jing)中，溶(rong)解(jie)氧、pH值及二(er)氧化碳(tan)等(deng)參(can)數(shu)的(de)變(bian)化會(hui)對(dui)熒光(guang)染料(liao)的(de)熒光(guang)特(te)性(xing)產(chan)生(sheng)影(ying)響，具體(ti)表現(xian)為(wei)熒光(guang)強度或熒光(guang)壽命的(de)改(gai)變。例如，對(dui)於(yu)溶(rong)解(jie)氧的(de)檢測(ce)，某些熒光(guang)染料(liao)在(zai)與氧分子(zi)相(xiang)互作(zuo)用(yong)時，其(qi)熒光(guang)強度會發生(sheng)猝滅現(xian)象(xiang)，且猝(cu)滅程(cheng)度與溶(rong)解(jie)氧的(de)濃(nong)度存在(zai)定量(liang)關系(xi)。通過高(gao)分辨率(lv)相(xiang)機對(dui)熒光(guang)變化進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)捕(bu)捉(zhuo)，能(neng)夠將(jiang)這些化學(xue)參(can)數(shu)的(de)空(kong)間(jian)分布(bu)轉(zhuan)化為(wei)直觀的(de)圖(tu)像(xiang)信(xin)息(xi)。該技術還(hai)配(pei)備(bei)了專門(men)的(de)軟(ruan)件(jian)，用於(yu)對(dui)采(cai)集到的(de)圖(tu)像(xiang)進(jin)行(xing)校準、分析和處理，從而精(jing)確地計(ji)算出各個參(can)數(shu)在(zai)不同(tong)位(wei)置(zhi)和時間(jian)的(de)具體(ti)數值。
在(zai)沈積物(wu)-水界面(mian)，溶(rong)解(jie)氧是壹個極(ji)為(wei)關鍵(jian)的(de)參(can)數(shu)，它對(dui)許(xu)多(duo)生(sheng)物地球(qiu)化學(xue)過程(cheng)起(qi)著調(tiao)控作用。通過平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)技術，研究(jiu)人(ren)員(yuan)能(neng)夠清(qing)晰地觀(guan)察(cha)到溶(rong)解(jie)氧在(zai)該界面(mian)的(de)二(er)維(wei)分布(bu)及(ji)其(qi)隨(sui)時間的(de)動(dong)態(tai)變化。在(zai)壹些富(fu)營(ying)養(yang)化的(de)湖泊中，沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)溶(rong)解(jie)氧濃(nong)度在(zai)白(bai)天(tian)和夜(ye)晚會(hui)呈(cheng)現(xian)出(chu)明顯的(de)差異。白(bai)天(tian)，由於(yu)水體(ti)中浮(fu)遊(you)植物(wu)的(de)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)，表層水體(ti)溶(rong)解(jie)氧濃(nong)度升高(gao)，並(bing)且(qie)這種(zhong)高(gao)濃(nong)度的(de)溶(rong)解(jie)氧會向(xiang)沈積物(wu)-水界面(mian)擴(kuo)散，使(shi)得(de)界(jie)面(mian)處的(de)溶(rong)解(jie)氧濃(nong)度也有(you)所(suo)上(shang)升。而到了夜(ye)晚，浮(fu)遊(you)植物(wu)和微(wei)生(sheng)物的(de)呼(hu)吸(xi)作(zuo)用(yong)消(xiao)耗(hao)氧氣(qi)，導(dao)致水體(ti)中溶(rong)解(jie)氧濃(nong)度下降(jiang)，沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)溶(rong)解(jie)氧也隨之降低。這(zhe)種(zhong)溶(rong)解(jie)氧的(de)晝(zhou)夜(ye)變化會(hui)影(ying)響到沈積物(wu)中有(you)機(ji)物的(de)分解(jie)、氮循環(huan)以(yi)及重金屬(shu)的(de)遷(qian)移(yi)轉(zhuan)化等(deng)過程(cheng)。平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)技術能(neng)夠精(jing)確地記(ji)錄(lu)這(zhe)些變(bian)化，為(wei)深(shen)入研究(jiu)相關生(sheng)物地球(qiu)化學(xue)過程(cheng)提(ti)供(gong)詳實(shi)的(de)數(shu)據(ju)支(zhi)持(chi)。
pH值在(zai)沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)物(wu)質(zhi)交(jiao)換(huan)中也(ye)扮演著重要(yao)角(jiao)色。平面(mian)光(guang)極(ji)技術可(ke)以(yi)實(shi)時(shi)獲取該界面(mian)pH值的(de)二(er)維(wei)分布(bu)圖(tu)像(xiang)。在(zai)壹些受(shou)工(gong)業廢水排放影(ying)響的(de)水體(ti)中，沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)pH值可能(neng)會發(fa)生(sheng)顯著變化。酸(suan)性(xing)廢水的(de)排(pai)放會使(shi)界(jie)面(mian)處的(de)pH值降低(di)，從而影(ying)響沈積物(wu)中某些物(wu)質(zhi)的(de)溶(rong)解(jie)平(ping)衡(heng)。例如，在(zai)低pH值條件(jian)下，沈積物(wu)中的(de)碳(tan)酸(suan)鈣(gai)等礦物質(zhi)會發生(sheng)溶(rong)解(jie)，釋(shi)放出鈣(gai)離子(zi)等(deng)，同時(shi)也(ye)會(hui)影(ying)響到重(zhong)金(jin)屬(shu)的(de)存(cun)在(zai)形態(tai)和遷移(yi)能(neng)力(li)。此(ci)外(wai)，生(sheng)物活動也(ye)會(hui)對(dui)pH值產生(sheng)影(ying)響。在(zai)沈積物(wu)中，微(wei)生(sheng)物對(dui)有(you)機(ji)物的(de)分解(jie)過程(cheng)會(hui)產生(sheng)酸性或堿性代(dai)謝(xie)產物，進而改(gai)變界面(mian)處的(de)pH值。平面(mian)光(guang)極(ji)技術能(neng)夠準確地監(jian)測到這(zhe)些pH值的(de)變(bian)化，有(you)助(zhu)於(yu)研究(jiu)人(ren)員(yuan)深(shen)入了解(jie)生(sheng)物和化學(xue)過程(cheng)在(zai)沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)相(xiang)互作(zuo)用(yong)機制(zhi)。
二(er)氧化碳(tan)在(zai)沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)交(jiao)換(huan)過程(cheng)對(dui)全(quan)球(qiu)碳(tan)循環(huan)有(you)著(zhe)重要貢(gong)獻。平面(mian)光(guang)極(ji)技術能(neng)夠有(you)效(xiao)地監(jian)測該界面(mian)二(er)氧化碳(tan)的(de)動(dong)態(tai)變化。在(zai)水生(sheng)生(sheng)態(tai)系(xi)統中，沈積物(wu)中的(de)有(you)機(ji)物在(zai)微(wei)生(sheng)物的(de)作(zuo)用(yong)下分解(jie)會(hui)產生(sheng)二(er)氧化碳(tan)，這(zhe)些二(er)氧化碳(tan)壹部分會釋(shi)放到上(shang)覆水體(ti)中，然後(hou)再與大氣(qi)進行(xing)交(jiao)換(huan)。平面(mian)光(guang)極(ji)技術可(ke)以(yi)直觀地呈(cheng)現(xian)出(chu)二(er)氧化碳(tan)在(zai)沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)濃(nong)度分布(bu)情況以(yi)及其隨時(shi)間的(de)變(bian)化趨(qu)勢(shi)。在(zai)壹些濕(shi)地生(sheng)態(tai)系(xi)統中，由於(yu)沈積物(wu)中富(fu)含大量的(de)有(you)機(ji)物質(zhi)，微(wei)生(sheng)物分解(jie)作(zuo)用強烈，會導(dao)致沈積物(wu)-水界面(mian)的(de)二(er)氧化碳(tan)濃(nong)度相對(dui)較(jiao)高(gao)。通過平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)技術監(jian)測二(er)氧化碳(tan)的(de)動(dong)態(tai)變化，能(neng)夠為(wei)研究(jiu)濕(shi)地生(sheng)態(tai)系(xi)統在(zai)全(quan)球(qiu)碳(tan)循環(huan)中的(de)作(zuo)用(yong)提(ti)供(gong)重要的(de)依(yi)據(ju)。
平面(mian)光(guang)極(ji)技術在(zai)沈積物(wu)-水界面(mian)研究(jiu)中展(zhan)現(xian)出(chu)了巨(ju)大的(de)優(you)勢，通過實(shi)時(shi)監(jian)測溶(rong)解(jie)氧、pH值及二(er)氧化碳(tan)等(deng)參(can)數(shu)的(de)動(dong)態(tai)變化，為(wei)我(wo)們深(shen)入理(li)解(jie)沈積物(wu)與水體(ti)之間的(de)物(wu)質(zhi)交(jiao)換(huan)過程(cheng)提(ti)供(gong)了豐富(fu)而準確的(de)數(shu)據(ju)。平(ping)面(mian)光(guang)極(ji)分析儀(yi)（PO）是二(er)維(wei)、亞(ya)毫(hao)米級檢測(ce)水土(tu)環(huan)境(jing)多(duo)種(zhong)指(zhi)標的(de)高(gao)新(xin)技術設(she)備(bei)。智感環(huan)境(jing)積極(ji)從事平面(mian)光(guang)極(ji)設(she)備(bei)開發(fa)和商業(ye)化推(tui)廣(guang)，開發(fa)了封閉式PO系(xi)統，可(ke)實(shi)現(xian)pH、DO和CO2的(de)精(jing)準和秒(miao)級實(shi)時(shi)檢測(ce)。2020年(nian)智(zhi)感環境(jing)的(de)PO設(she)備(bei)成(cheng)功(gong)走(zou)進(jin)法(fa)國(guo)波(bo)爾多(duo)大學，為(wei)“中國(guo)制(zhi)造(zao)"贏得(de)了世(shi)界(jie)的(de)尊(zun)重(zhong)。然而，該技術目(mu)前(qian)仍存在(zai)壹些有(you)待(dai)改(gai)進的(de)地方(fang)。例如，在(zai)復雜(za)環境中，熒光(guang)信(xin)號可(ke)能(neng)會受(shou)到其(qi)他(ta)因素的(de)幹(gan)擾(rao)，導(dao)致測量(liang)精(jing)度受(shou)到壹定影(ying)響。未來(lai)的(de)研究(jiu)可以(yi)致力(li)於(yu)進(jin)壹步優(you)化熒光(guang)指(zhi)示劑，提(ti)高(gao)其(qi)對(dui)目(mu)標參(can)數(shu)的(de)特(te)異性和抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。同(tong)時(shi)，在(zai)設備(bei)的(de)便攜性和數據(ju)處理的(de)智(zhi)能(neng)化方(fang)面(mian)也(ye)有(you)提(ti)升空(kong)間(jian)，以(yi)便更好地滿足野外(wai)實(shi)地監(jian)測和大量數(shu)據(ju)快(kuai)速分析的(de)需求。隨(sui)著(zhe)技術的(de)不斷完(wan)善和發展(zhan)，平面(mian)光(guang)極(ji)技術有(you)望(wang)在(zai)水體(ti)生(sheng)態(tai)系(xi)統的(de)保(bao)護(hu)、水汙染治(zhi)理以(yi)及全(quan)球(qiu)變化研究(jiu)等領(ling)域(yu)發(fa)揮(hui)更為(wei)重要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)，為(wei)相(xiang)關決策的(de)制(zhi)定提(ti)供(gong)更堅(jian)實(shi)的(de)科學基礎(chu)。
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