在智感土(tu)壤(rang) / 沈積(ji)物檢(jian)測(ce)方(fang)案(an)中，壹系列(lie)先進的采(cai)樣(yang)與(yu)分(fen)析設(she)備為(wei)準(zhun)確獲(huo)取土壤(rang)和沈積(ji)物中(zhong)的關(guan)鍵信(xin)息(xi)提(ti)供了(le)保(bao)障(zhang)。
高(gao)分(fen)辨(bian)孔隙(xi)水(shui)采樣(yang)器（HR-Peeper）是壹(yi)款(kuan)用於原位(wei)、快速(su)收集土壤和沈積(ji)物孔(kong)隙(xi)水(shui)中溶(rong)解(jie)性(xing)汙(wu)染(ran)物和(he)關(guan)鍵元素樣(yang)本的裝置。其核(he)心優勢(shi)在於高(gao)時(shi)間(jian)分辨率(lv)和(he)高(gao)空(kong)間分(fen)辨率(lv)，通常在沈積(ji)物中(zhong)平(ping)衡較短(duan)時(shi)間(jian)（如(ru) 2 天(tian)）後即可達(da)到(dao)所需數(shu)據(ju)，相比(bi)傳(chuan)統方(fang)法大(da)幅(fu)縮(suo)短(duan)了(le)采(cai)樣(yang)時(shi)間(jian)。其高(gao)空(kong)間分(fen)辨率(lv)可達(da) 5mm，能夠提(ti)供詳(xiang)盡(jin)的(de)土(tu)壤剖面信(xin)息(xi)，有(you)助於深(shen)入(ru)了(le)解(jie)土(tu)壤(rang)的垂(chui)直(zhi)變化(hua)和評(ping)估土(tu)壤肥力(li) 。該(gai)采樣(yang)器在沈積(ji)物研(yan)究(jiu)中(zhong)應用廣(guang)泛(fan)，例如(ru)在研(yan)究(jiu)沈積(ji)物中(zhong)氮的(de)遷移和釋(shi)放(fang)潛(qian)力(li)時(shi)，可與(yu)薄(bo)膜擴散梯(ti)度(du)技術(shu)（DGT）聯合使用。在對中(zhong)國(guo)呼倫(lun)湖盆地(di)的烏蘭(lan)諾爾濕(shi)地(di)沈積(ji)物的(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)，科(ke)研(yan)人(ren)員通過將(jiang) DGT 探針(zhen)插入(ru)沈積(ji)物柱(zhu)狀(zhuang)樣(yang)品，壹段(duan)時(shi)間(jian)後取出進行薄(bo)膜切片處理(li)，測(ce)定銨(an)態(tai)氮（NH₄⁺ -N）和(he)硝(xiao)態(tai)氮（NO₃⁻ -N）的(de)濃度(du)，同(tong)時(shi)利(li)用 HR-Peeper 設(she)備提(ti)取沈積(ji)物 - 水(shui)界面(mian)處孔(kong)隙(xi)水(shui)中的(de) NH₄⁺ -N 和 NO₃⁻ -N 並(bing)測(ce)定其濃度(du)，為(wei)冷(leng)幹(gan)旱(han)地(di)區湖泊沈積(ji)物 - 水(shui)界面(mian)氮遷移和轉(zhuan)化(hua)特性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)提(ti)供了(le)重(zhong)要(yao)數(shu)據(ju)。
抽濾式(shi)孔(kong)隙(xi)水(shui)采樣(yang)器通過在土壤(rang)或(huo)沈積(ji)物中(zhong)插入(ru)微孔(kong)濾管(guan)，利(li)用負(fu)壓(ya)抽濾將(jiang)孔(kong)隙(xi)水(shui)吸(xi)入(ru)采(cai)樣(yang)器，並(bing)通(tong)過濾膜過濾去除顆粒雜質，從而獲(huo)取溶(rong)解(jie)態(tai)的(de)孔(kong)隙(xi)水(shui)樣(yang)品。該采(cai)樣(yang)器的濾管(guan)通(tong)常采(cai)用經(jing)過特殊(shu)親水(shui)化(hua)處理(li)的(de)聚(ju)偏氟乙(yi)烯(xi)（PVDF）微孔(kong)濾膜，孔(kong)徑嚴(yan)格控制(zhi)在 0.40 - 0.45μm，能高(gao)效(xiao)截(jie)留大(da)分(fen)子有(you)機物、細菌(jun)和(he)懸(xuan)浮顆(ke)粒，確保采集到(dao)的(de)樣(yang)品為(wei)純(chun)凈(jing)的(de)溶(rong)解(jie)態(tai)溶(rong)液 。為(wei)防止(zhi)采(cai)樣(yang)過程(cheng)中(zhong)氧(yang)氣對樣(yang)品的氧(yang)化(hua)幹擾(rao)，還配(pei)備了(le)全路徑防氧(yang)化(hua)保護(hu)單(dan)元(yuan)，采(cai)樣(yang)前先用高(gao)純(chun)氮氣沖洗(xi)並(bing)排(pai)空(kong)整個(ge)管路(lu)內(nei)的(de)空(kong)氣，然後(hou)在持(chi)續惰性(xing)氣體(ti)氛(fen)圍(wei)下(xia)進行負(fu)壓(ya)抽濾。在農業與(yu)農田生態(tai)領(ling)域，可在農田土(tu)壤(rang)中布(bu)設抽濾式(shi)采(cai)樣(yang)器，定期采集(ji)不(bu)同(tong)深(shen)度(du)的土(tu)壤孔(kong)隙(xi)水(shui)，分析(xi)其中(zhong)的(de)養分(fen)（如(ru)銨(an)態(tai)氮、硝(xiao)態(tai)氮、有(you)效磷等(deng)）和汙(wu)染(ran)物(wu)濃度(du)，有(you)助於研(yan)究(jiu)土(tu)壤養分(fen)的淋溶(rong)遷移規(gui)律(lv)，評(ping)估施肥效(xiao)果並(bing)指導(dao)精準(zhun)農業管理。
微電(dian)極(ji)分析(xi)系統(tong)則是基於電(dian)化(hua)學(xue)原理(li)，利(li)用直(zhi)徑僅(jin)幾十微米至幾百微米的微型(xing)電(dian)極(ji)（如(ru)玻璃(li)毛(mao)細管(guan)微電(dian)極(ji)、碳(tan)纖(xian)維微電(dian)極(ji)等(deng)），插入(ru)土(tu)壤或(huo)沈積(ji)物的(de)微域(yu)空(kong)間，通(tong)過測(ce)定電(dian)極(ji)表(biao)面(mian)的電(dian)化(hua)學(xue)信(xin)號(hao)（如(ru)電(dian)位(wei)、電(dian)流(liu)、阻(zu)抗等(deng)），實現(xian)對目(mu)標(biao)物的(de)高(gao)分(fen)辨(bian)檢(jian)測(ce)。該系(xi)統具有(you)高(gao)空(kong)間分(fen)辨率(lv)，其微米級(ji)的(de)探頭尺(chi)寸能夠在微觀尺度(du)上(shang)對(dui)土(tu)壤與(yu)沈積(ji)物進行精確測(ce)量(liang)，捕(bu)捉(zhuo)到(dao)傳(chuan)統方(fang)法難(nan)以(yi)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)物質濃度(du)梯(ti)度(du)變化(hua)；響(xiang)應速度(du)快，能(neng)夠實時(shi)監測(ce)物質濃度(du)的動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)，對於研(yan)究(jiu)快速(su)發(fa)生的界面(mian)過程(cheng)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)；還可以(yi)進行原(yuan)位(wei)測(ce)量(liang)，避(bi)免(mian)了(le)樣(yang)品采集(ji)和(he)處(chu)理過程(cheng)中(zhong)可能(neng)引入(ru)的(de)誤差，保證(zheng)了(le)數(shu)據(ju)的真(zhen)實性(xing)和(he)可靠(kao)性(xing)。在研(yan)究(jiu)土(tu)壤與(yu)沈積(ji)物監測(ce)領(ling)域中(zhong)的(de)界(jie)面過程(cheng)時(shi)，微電(dian)極(ji)可用於測(ce)量(liang)氧(yang)氣、硫(liu)化(hua)氫等(deng)物質在沈積(ji)物 - 水(shui)界面(mian)的擴散通(tong)量(liang)。通(tong)過精確測(ce)量(liang)沈積(ji)物 - 水(shui)界面(mian)不(bu)同(tong)深(shen)度(du)處的(de)氧氣濃度(du)，結合菲克擴散定(ding)律(lv)，可準(zhun)確計算出氧氣的擴散通(tong)量(liang)，為(wei)深(shen)入(ru)理(li)解湖泊生態(tai)系(xi)統(tong)中(zhong)氧氣循(xun)環(huan)機制(zhi)提(ti)供重(zhong)要(yao)數(shu)據(ju)支持(chi)。
這些設(she)備對於生態(tai)系(xi)統(tong)研(yan)究(jiu)具有(you)深(shen)遠意(yi)義，它們(men)從多個(ge)維度(du)助力(li)科(ke)學(xue)家們(men)深(shen)入(ru)理(li)解生態(tai)系(xi)統(tong)的(de)運(yun)行機制(zhi)。
在物質循(xun)環(huan)研(yan)究(jiu)方(fang)面(mian)，高(gao)分(fen)辨(bian)孔隙(xi)水(shui)采樣(yang)器能夠監測(ce)到(dao)土(tu)壤和沈積(ji)物中(zhong)關(guan)鍵元素如(ru)氮、磷、鉀等(deng)的動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)，這些元(yuan)素是(shi)生態(tai)系(xi)統(tong)生產(chan)力(li)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分，它(ta)們(men)的(de)循(xun)環(huan)和(he)轉(zhuan)化(hua)過程(cheng)直(zhi)接影響(xiang)著(zhe)生態(tai)系(xi)統(tong)的(de)生產(chan)力(li)和(he)穩定(ding)性(xing)。通(tong)過監測(ce)這些元(yuan)素的(de)含(han)量(liang)和(he)分(fen)布，科(ke)研(yan)人(ren)員可以(yi)揭示出(chu)它(ta)們(men)在生態(tai)系(xi)統(tong)中(zhong)的遷移路徑和(he)轉化(hua)機制(zhi)，從而深(shen)入(ru)理(li)解生態(tai)系(xi)統(tong)的(de)物質循(xun)環(huan)過程(cheng)。抽(chou)濾式(shi)孔(kong)隙(xi)水(shui)采樣(yang)器采集(ji)的(de)孔(kong)隙(xi)水(shui)樣(yang)品，可用於分析(xi)其中(zhong)的(de)營養(yang)鹽(yan)、重(zhong)金屬(shu)等(deng)物質，有(you)助於研(yan)究(jiu)這(zhe)些物(wu)質在土壤(rang)和(he)沈積(ji)物中(zhong)的遷移轉化(hua)規(gui)律(lv)，進壹步(bu)完(wan)善(shan)對生態(tai)系(xi)統(tong)物(wu)質循(xun)環(huan)的(de)認(ren)識。
從能量(liang)流(liu)動(dong)角(jiao)度(du)來看，生態(tai)系(xi)統(tong)中(zhong)的能量(liang)流(liu)動(dong)是通(tong)過食(shi)物(wu)鏈(lian)和食(shi)物(wu)網(wang)來實現(xian)的，而(er)食(shi)物(wu)鏈(lian)和食(shi)物(wu)網(wang)的構成(cheng)和穩定(ding)性(xing)則(ze)取決於生物體(ti)的(de)營(ying)養(yang)需(xu)求和(he)攝(she)食(shi)行(xing)為(wei)。孔(kong)隙(xi)水(shui)中的(de)溶(rong)解(jie)性(xing)有(you)機物和無(wu)機物是生物體(ti)的(de)主(zhu)要(yao)食(shi)物(wu)來源，微電(dian)極(ji)分析(xi)系統(tong)通過監測(ce)這些物(wu)質的含(han)量(liang)和(he)變(bian)化(hua)，科(ke)研(yan)人(ren)員可以(yi)評(ping)估生物體(ti)的(de)營(ying)養(yang)狀(zhuang)況和能(neng)量(liang)流(liu)動(dong)的效(xiao)率(lv)，進而判斷生態(tai)系(xi)統(tong)的(de)健康(kang)狀(zhuang)況。例如(ru)，通過監測(ce)土壤(rang)孔隙(xi)水(shui)中溶(rong)解(jie)氧(yang)的(de)濃度(du)變化(hua)，可了(le)解(jie)微生物的呼吸(xi)作(zuo)用強度(du)，間接(jie)反(fan)映(ying)能(neng)量(liang)在生態(tai)系(xi)統(tong)中(zhong)的轉化(hua)情況。
對於生態(tai)平(ping)衡的研(yan)究(jiu)，這(zhe)些設(she)備也發(fa)揮著(zhe)關(guan)鍵作(zuo)用。生態(tai)平(ping)衡涉(she)及(ji)生物多樣(yang)性(xing)、生物群落(luo)結構和生物間相(xiang)互作(zuo)用等(deng)多個(ge)方(fang)面(mian)。高(gao)分(fen)辨(bian)孔隙(xi)水(shui)采樣(yang)器和抽(chou)濾式(shi)孔(kong)隙(xi)水(shui)采樣(yang)器通過監測(ce)孔隙(xi)水(shui)中的(de)關(guan)鍵元素和(he)化(hua)合物的(de)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)，科(ke)研(yan)人(ren)員可以(yi)揭示出(chu)生物群落(luo)對環(huan)境(jing)變(bian)化(hua)的響(xiang)應和適(shi)應機制(zhi)，從而評(ping)估生態(tai)系(xi)統(tong)的(de)穩定(ding)性(xing)和(he)可持(chi)續性(xing)。微電(dian)極(ji)分析(xi)系統(tong)能夠提(ti)供微觀尺度(du)下(xia)的(de)生態(tai)信(xin)息(xi)，幫(bang)助研(yan)究(jiu)人(ren)員了(le)解(jie)土(tu)壤(rang)和沈積(ji)物中(zhong)微生物的活(huo)動(dong)情況，以及(ji)它(ta)們(men)與(yu)其他(ta)生物之間(jian)的相(xiang)互關(guan)系，為(wei)維護(hu)生態(tai)平(ping)衡提(ti)供科(ke)學(xue)依(yi)據(ju)。在濕(shi)地(di)生態(tai)系(xi)統(tong)中(zhong)，通過這(zhe)些設(she)備監測(ce)沈積(ji)物孔(kong)隙(xi)水(shui)中營(ying)養鹽(yan)和(he)汙染物的(de)濃度(du)變化(hua)，可及(ji)時(shi)發(fa)現(xian)生態(tai)系(xi)統(tong)的(de)異常情況，采取相應(ying)的保護(hu)措施，維持(chi)濕(shi)地(di)生態(tai)系(xi)統(tong)的(de)平(ping)衡。
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