在(zai)環(huan)境(jing)治理與生(sheng)態(tai)保護(hu)領(ling)域，汙染(ran)物的“隱形(xing)遷移(yi)"壹直是令科研人(ren)員和(he)監(jian)測(ce)工作(zuo)者(zhe)頭(tou)疼(teng)的難(nan)題。無(wu)論是水(shui)體(ti)中重(zhong)金(jin)屬(shu)離子的(de)悄(qiao)悄流動(dong)，還(hai)是土(tu)壤裏(li)汙染(ran)物隨水(shui)分(fen)滲(shen)透的(de)緩慢(man)擴(kuo)散(san)，這些(xie)肉(rou)眼不可(ke)見的(de)遷移(yi)過(guo)程，往(wang)往(wang)會導致傳(chuan)統監測(ce)手(shou)段(duan)“失準(zhun)"——要(yao)麽(me)錯過(guo)汙(wu)染(ran)物的真(zhen)實(shi)遷移(yi)路(lu)徑(jing)，要(yao)麽(me)無(wu)法捕捉到(dao)具有(you)生物有(you)效性(xing)的汙染(ran)物濃(nong)度，給(gei)環(huan)境(jing)風險評估和治(zhi)理(li)決(jue)策(ce)帶來(lai)極(ji)大挑(tiao)戰(zhan)。而(er)薄膜擴(kuo)散(san)梯度技術（DGT）的(de)出(chu)現(xian)，就像為環境(jing)監測(ce)裝上了“高(gao)清(qing)追(zhui)蹤(zong)器"，改變了汙(wu)染(ran)物“隱形(xing)遷移(yi)"難(nan)追蹤(zong)的困(kun)境(jing)。今(jin)天(tian)，我們(men)就從原(yuan)理到(dao)應用(yong)，壹(yi)次性講透這(zhe)項(xiang)環(huan)境(jing)監測(ce)領域的“硬核技(ji)術"。
為什麽(me)傳(chuan)統監測(ce)“抓(zhua)不住(zhu)"汙(wu)染(ran)物遷移(yi)？
在(zai)DGT技(ji)術出(chu)現(xian)前，科研(yan)人(ren)員常(chang)用(yong)“瞬(shun)時采(cai)樣(yang)法"監測(ce)汙染(ran)物——比如(ru)用(yong)采(cai)樣(yang)瓶取壹瓶水(shui)，或用鏟子挖(wa)壹點土(tu)，再帶(dai)回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)分(fen)析。但這(zhe)種(zhong)方(fang)法有(you)個致(zhi)命缺(que)陷：只(zhi)能捕捉“某壹(yi)時刻(ke)、某壹(yi)地點"的汙染物濃(nong)度，卻(que)無(wu)法反映汙染(ran)物的動(dong)態(tai)遷移(yi)過(guo)程。
舉(ju)個(ge)例子(zi)：水(shui)體(ti)中的(de)重金(jin)屬(shu)離子會隨著(zhe)水(shui)流緩慢(man)擴(kuo)散(san)，也會在(zai)不同水(shui)層之間遷移(yi)。用瞬時采(cai)樣(yang)法取的(de)壹(yi)瓶水(shui)，可能只(zhi)代(dai)表(biao)采(cai)樣(yang)瞬(shun)間表(biao)層水(shui)的汙染物濃(nong)度，既無(wu)法體(ti)現(xian)底層水(shui)的汙染情(qing)況(kuang)，也沒(mei)法知道(dao)接(jie)下(xia)來(lai)幾(ji)小(xiao)時內(nei)重(zhong)金(jin)屬(shu)離子會向哪個(ge)方(fang)向擴(kuo)散(san)。更關(guan)鍵的(de)是(shi)，傳(chuan)統監測(ce)無(wu)法區分(fen)“有(you)效態(tai)汙(wu)染(ran)物"和“無(wu)效態(tai)汙(wu)染(ran)物"——比如(ru)土(tu)壤中(zhong)有(you)些(xie)重金(jin)屬(shu)會和(he)土(tu)壤顆(ke)粒(li)牢牢(lao)結(jie)合，不會被(bei)植物吸收(shou)（無(wu)效態(tai)），而(er)有(you)些(xie)則能自由移(yi)動(dong)（有(you)效態(tai)），但傳(chuan)統方法測(ce)出(chu)來(lai)的(de)是“總(zong)濃(nong)度"，根本沒(mei)法判斷(duan)真(zhen)正(zheng)對生態(tai)有(you)威(wei)脅(xie)的(de)汙(wu)染物量(liang)。這就是汙染物“隱形(xing)遷移(yi)"的核心(xin)難(nan)點：動(dong)態(tai)性(xing)、隱蔽(bi)性、有(you)效性(xing)難(nan)區分(fen)。而(er)DGT技術，恰好能解(jie)決(jue)這三(san)個問題。
DGT技(ji)術的(de)核心(xin)原(yuan)理，可(ke)以用“被(bei)動(dong)采(cai)樣(yang)、主動(dong)積累"來(lai)概(gai)括(kuo)。它(ta)的(de)裝置不(bu)復(fu)雜，主要(yao)由三層結(jie)構(gou)組(zu)成（從外(wai)到(dao)內(nei)）：
1.濾(lv)膜層：最外(wai)層，負責過(guo)濾(lv)水(shui)體(ti)或土(tu)壤中(zhong)的雜質(zhi)（比如泥沙(sha)顆粒(li)），讓汙染(ran)物離子能順(shun)利(li)通過(guo)；
2.擴(kuo)散(san)層：中間層，通常(chang)是(shi)多孔(kong)的(de)凝(ning)膠(jiao)材(cai)料（比(bi)如(ru)瓊(qiong)脂糖(tang)凝膠(jiao)），汙染(ran)物離子會在(zai)這壹層中緩慢(man)擴(kuo)散(san)——擴(kuo)散(san)速度和汙(wu)染(ran)物的遷移(yi)能力(li)直接(jie)相(xiang)關(guan)，這也是(shi)“擴(kuo)散(san)梯度"的由來(lai)；
3.結(jie)合層：最內(nei)層，是DGT技(ji)術的(de)“核心(xin)"，裏(li)面(mian)含(han)有(you)能特(te)異(yi)性結(jie)合汙染(ran)物的物質（比(bi)如(ru)結(jie)合重金(jin)屬(shu)的螯合劑、結(jie)合有(you)機(ji)汙染(ran)物的吸附(fu)樹(shu)脂）。就像壹塊“海(hai)綿(mian)"，會主動(dong)把擴(kuo)散(san)過(guo)來(lai)的(de)汙染(ran)物牢牢(lao)“抓(zhua)住"，不(bu)讓它(ta)們(men)再(zai)跑掉。
當(dang)DGT裝置放(fang)入(ru)水(shui)體(ti)或埋(mai)入(ru)土(tu)壤後(hou)，周圍(wei)環(huan)境(jing)中的汙(wu)染物離子會先穿過(guo)濾(lv)膜，再進入(ru)擴(kuo)散(san)層慢(man)慢(man)擴(kuo)散(san)，最後被(bei)結(jie)合層“捕獲(huo)"並(bing)積累起(qi)來(lai)。隨著(zhe)時間推(tui)移(yi)，結(jie)合層中的(de)汙(wu)染物會越(yue)積越(yue)多——積累的(de)量(liang)越(yue)多，說(shuo)明(ming)這(zhe)段(duan)時間內(nei)遷移(yi)到(dao)該(gai)區域的汙(wu)染(ran)物越(yue)多。
科(ke)研(yan)人(ren)員只(zhi)要將裝置取(qu)回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)，把結(jie)合層中的(de)汙(wu)染物提取(qu)出(chu)來(lai)，再(zai)用儀(yi)器(qi)分(fen)析其(qi)含(han)量(liang)，就能通過(guo)公式計算(suan)出(chu)：在(zai)裝置放(fang)置的(de)這段(duan)時間裏(li)，環(huan)境(jing)中汙染(ran)物的“平(ping)均有(you)效濃(nong)度"，以及汙(wu)染物的遷移(yi)速率和方(fang)向。
簡(jian)單(dan)來(lai)說(shuo)，DGT技(ji)術的(de)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)：它(ta)不(bu)是(shi)“拍(pai)壹張(zhang)快(kuai)照"，而(er)是“錄(lu)壹(yi)段(duan)視(shi)頻"——能連續(xu)幾(ji)小(xiao)時、幾(ji)天(tian)甚(shen)至(zhi)幾(ji)周監(jian)測(ce)汙染(ran)物的遷移(yi)，還(hai)能只(zhi)捕捉“能自由移(yi)動(dong)的有(you)效態(tai)汙(wu)染(ran)物"，避(bi)開無(wu)效態(tai)汙(wu)染(ran)物的幹擾。
關(guan)鍵優(you)勢(shi)：3個(ge)維(wei)度，解(jie)決(jue)“隱形(xing)遷移(yi)"追蹤(zong)難(nan)題
相(xiang)比傳(chuan)統監測(ce)，DGT技術之(zhi)所(suo)以能成為汙染物遷移(yi)追蹤(zong)的“利(li)器"，主要(yao)靠這(zhe)3個核心(xin)優(you)勢(shi)：
1.原(yuan)位(wei)監測(ce)，不破(po)壞(huai)環(huan)境(jing)：DGT裝置可(ke)以直接(jie)放(fang)入(ru)水(shui)體(ti)或埋(mai)入(ru)土(tu)壤，不(bu)需要(yao)采(cai)集大量(liang)樣(yang)品(pin)帶回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)，不(bu)會幹擾汙染物的自然(ran)遷移(yi)過(guo)程——比如(ru)不(bu)會因(yin)為取水(shui)導致水(shui)流擾(rao)動(dong)，也不(bu)會因(yin)為挖土(tu)破壞(huai)土(tu)壤結(jie)構(gou)，能真(zhen)實(shi)反映汙染(ran)物的原(yuan)位(wei)遷移(yi)情況(kuang)；
2.動(dong)態(tai)積累，反映遷移(yi)規律(lv)：由於(yu)結(jie)合層會持(chi)續(xu)積累汙(wu)染物，裝置放(fang)置時間越(yue)長(chang)（只(zhi)要結(jie)合層沒(mei)飽和），積累的(de)汙染(ran)物量(liang)就越(yue)能反映這段(duan)時間內(nei)汙(wu)染(ran)物的平(ping)均遷移(yi)水(shui)平(ping)。比如(ru)在水(shui)體(ti)中放(fang)7天(tian)，就能知道(dao)這(zhe)7天(tian)裏(li)重(zhong)金(jin)屬(shu)離子的(de)平(ping)均擴(kuo)散(san)速度和方(fang)向，比瞬(shun)時采(cai)樣(yang)更有(you)代(dai)表(biao)性(xing)；
只(zhi)抓(zhua)“有(you)效態(tai)"，精(jing)準(zhun)評估風險：結(jie)合層只(zhi)結(jie)合“能自由擴(kuo)散(san)的有(you)效態(tai)汙(wu)染(ran)物"——無(wu)效態(tai)汙(wu)染(ran)物因為無(wu)法自由移(yi)動(dong)，根本沒(mei)法穿過(guo)擴(kuo)散(san)層到(dao)達結(jie)合層。這就意味著(zhe)，DGT測(ce)出(chu)來(lai)的(de)汙染(ran)物濃(nong)度，直接(jie)對應“對生態(tai)系(xi)統有(you)威(wei)脅(xie)的(de)量(liang)"，比傳(chuan)統的“總(zong)濃(nong)度"更能指(zhi)導風險評估。
實(shi)際(ji)應用(yong)：從(cong)水(shui)環境(jing)到(dao)土(tu)壤，DGT技(ji)術能幫(bang)我們(men)做(zuo)什麽(me)？
目(mu)前，DGT技術已(yi)經(jing)成為環境(jing)監測(ce)領域的“多面(mian)手(shou)"，在水(shui)體(ti)、土(tu)壤、沈(chen)積物等場(chang)景(jing)中(zhong)都有(you)廣泛(fan)應用(yong)，尤其(qi)在(zai)追(zhui)蹤(zong)汙染(ran)物遷移(yi)方面(mian)，發(fa)揮(hui)著(zhe)不(bu)可(ke)替代(dai)的(de)作(zuo)用(yong)。
1.水(shui)體(ti)汙染(ran)：追蹤(zong)重金(jin)屬(shu)“遊(you)走"路(lu)徑(jing)
在(zai)河流、湖(hu)泊等(deng)水(shui)體(ti)中，DGT技(ji)術可(ke)以用來(lai)追(zhui)蹤(zong)重金(jin)屬(shu)（比如鉛(qian)、鎘(ge)、汞(gong)）的(de)遷移(yi)路(lu)徑(jing)。比(bi)如，科研人(ren)員在(zai)河流不(bu)同斷(duan)面(mian)放(fang)置DGT裝置，壹(yi)段(duan)時間後(hou)分(fen)析結(jie)合層中的(de)重(zhong)金(jin)屬(shu)含(han)量(liang)，就能判(pan)斷(duan)重(zhong)金(jin)屬(shu)是從上遊(you)往(wang)下遊(you)擴(kuo)散(san)，還(hai)是在(zai)某壹(yi)區域富集；還(hai)能通過(guo)擴(kuo)散(san)速度，預測(ce)重金(jin)屬(shu)可能到(dao)達的範(fan)圍(wei)，為應急(ji)汙(wu)染(ran)治理(li)爭(zheng)取時間。
比(bi)如(ru)2023年，某流域發生(sheng)重(zhong)金(jin)屬(shu)泄漏事故，科研團隊用(yong)DGT技術在(zai)泄(xie)漏點下遊(you)5公裏(li)、10公裏(li)、15公裏(li)處(chu)分(fen)別(bie)布(bu)設裝置，24小(xiao)時後(hou)發(fa)現(xian)：10公裏(li)處(chu)的DGT裝置中(zhong)重(zhong)金(jin)屬(shu)積累量(liang)最高(gao)，說(shuo)明(ming)泄(xie)漏(lou)的重金(jin)屬(shu)已(yi)經(jing)擴(kuo)散(san)到(dao)該(gai)區域，且遷移(yi)速度約為每(mei)小(xiao)時0.4公裏(li)。基(ji)於(yu)這個(ge)數據，環(huan)保部門及時在(zai)15公裏(li)處(chu)設置攔(lan)截(jie)設施，成功(gong)阻(zu)止了重(zhong)金(jin)屬(shu)進壹步擴(kuo)散(san)。
2.土(tu)壤汙(wu)染：監(jian)測(ce)汙染(ran)物“向下滲(shen)透"風(feng)險
土(tu)壤中(zhong)的汙(wu)染物（比如(ru)農(nong)藥(yao)殘留(liu)、重(zhong)金(jin)屬(shu)）會隨著(zhe)雨水(shui)或灌(guan)溉(gai)水(shui)向下滲(shen)透，可(ke)能汙(wu)染(ran)地下(xia)水(shui)——這是典(dian)型(xing)的(de)“隱形(xing)遷移(yi)"。傳(chuan)統方法只(zhi)能挖(wa)不(bu)同(tong)深度的土(tu)壤樣(yang)品(pin)分(fen)析，既破(po)壞(huai)土(tu)壤，又(you)無(wu)法反映滲(shen)透的(de)動(dong)態(tai)過(guo)程。而(er)DGT技術可(ke)以埋入(ru)不同(tong)深(shen)度的土(tu)壤中(zhong)，比如(ru)在地表(biao)下(xia)10厘(li)米(mi)、30厘(li)米(mi)、50厘(li)米(mi)處(chu)分(fen)別(bie)放(fang)置裝置，監(jian)測(ce)汙染(ran)物在土(tu)壤剖(pou)面(mian)中(zhong)的遷移(yi)情況(kuang)。
比(bi)如(ru)在農(nong)田(tian)土(tu)壤監(jian)測(ce)中，DGT技(ji)術發(fa)現(xian)：某些(xie)農藥在(zai)雨後會快(kuai)速向下滲(shen)透，3天(tian)內(nei)就能從(cong)地表(biao)下(xia)10厘(li)米(mi)擴(kuo)散(san)到(dao)30厘(li)米(mi)處(chu)，而(er)這個(ge)深(shen)度恰好是(shi)作(zuo)物根系的主要(yao)分(fen)布(bu)區——這就提醒(xing)農戶(hu)，雨後要減(jian)少農藥使(shi)用，避(bi)免作(zuo)物吸收(shou)過(guo)多農(nong)藥(yao)殘留(liu)。同(tong)時，也能判(pan)斷(duan)汙(wu)染物是否有(you)滲(shen)透到(dao)地下(xia)水(shui)的風險，為土(tu)壤汙(wu)染修(xiu)復(fu)提供依據(ju)。
3.沈(chen)積物汙染(ran)：破(po)解(jie)“底泥-水(shui)界面(mian)"的(de)遷移(yi)秘(mi)密
水(shui)體(ti)底部的沈積物（底泥）是汙(wu)染物的“儲(chu)存(cun)庫"，有(you)些(xie)汙染物會在(zai)底泥中積累，遇(yu)到(dao)合(he)適的條(tiao)件（比(bi)如(ru)水(shui)溫升(sheng)高(gao)、水(shui)流擾(rao)動(dong)）又會重(zhong)新釋放(fang)到(dao)水(shui)體(ti)中，造(zao)成二(er)次汙染。這個(ge)“底泥-水(shui)界面(mian)"的(de)汙染(ran)物遷移(yi)過(guo)程，用傳(chuan)統方法很難(nan)監測(ce)。
而(er)DGT技術可(ke)以精(jing)準(zhun)監(jian)測(ce)這個(ge)界面(mian)的(de)汙染(ran)物遷移(yi)：將裝置垂(chui)直(zhi)放(fang)置在(zai)底泥和水(shui)的交界(jie)處，壹半在(zai)水(shui)中，壹半在(zai)底泥中。壹(yi)段(duan)時間後(hou)，通過(guo)分(fen)析結(jie)合層中汙(wu)染(ran)物的分(fen)布(bu)，就能知道(dao)：是(shi)底泥中的(de)汙染(ran)物在向水(shui)體(ti)釋放(fang)，還(hai)是水(shui)體(ti)中的(de)汙染(ran)物在向底泥沈積。比如(ru)在某湖(hu)泊監(jian)測(ce)中，DGT技(ji)術發(fa)現(xian)：夏季(ji)水(shui)溫升(sheng)高(gao)時，底泥中的(de)磷會大(da)量(liang)釋放(fang)到(dao)水(shui)體(ti)中，導致水(shui)體(ti)富營(ying)養化加劇(ju)——這就為湖(hu)泊治(zhi)理(li)提(ti)供了關(guan)鍵方(fang)向：不僅(jin)要控治水(shui)面(mian)汙(wu)染源(yuan)，還(hai)要治(zhi)理底泥中的(de)磷汙染(ran)。
從(cong)傳(chuan)統監測(ce)的“被(bei)動(dong)捕捉"到(dao)DGT技(ji)術的(de)“主動(dong)追蹤(zong)"，這項(xiang)技術改變了我們(men)對汙染物“隱形(xing)遷移(yi)"的認(ren)知。它(ta)不(bu)僅(jin)能讓我們(men)看(kan)清(qing)汙(wu)染(ran)物的動(dong)態(tai)遷移(yi)路(lu)徑(jing)，還(hai)能精(jing)準(zhun)識(shi)別(bie)對生態(tai)有(you)威(wei)脅(xie)的(de)“有(you)效態(tai)汙(wu)染(ran)物"，為環境(jing)監測(ce)、風險評估和治(zhi)理(li)決(jue)策(ce)提供了更可靠的依據(ju)。
隨著(zhe)技(ji)術的(de)不(bu)斷升(sheng)級(ji)，現(xian)在的(de)DGT裝置已(yi)經(jing)越(yue)來(lai)越(yue)小型(xing)化、便(bian)攜(xie)化——比(bi)如有(you)的裝置只(zhi)有(you)硬幣(bi)大(da)小(xiao)，可(ke)以直接(jie)放(fang)入(ru)小型(xing)水(shui)體(ti)或盆(pen)栽(zai)土(tu)壤中(zhong)；還(hai)有(you)的能實(shi)現(xian)“實時監(jian)測(ce)"，通過(guo)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸將(jiang)汙染(ran)物濃(nong)度數據實(shi)時傳(chuan)回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)。未(wei)來(lai)，DGT技(ji)術還(hai)會在(zai)更多場(chang)景(jing)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)，比如地下(xia)水(shui)汙染追蹤(zong)、海洋(yang)汙染物監測(ce)等，成為守(shou)護(hu)生(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)的“隱形(xing)衛士"。
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