在(zai)環(huan)境治理(li)與生(sheng)態保護領域(yu)，汙染物的(de)“隱(yin)形遷移"壹直是(shi)令(ling)科(ke)研人(ren)員(yuan)和(he)監測(ce)工(gong)作(zuo)者頭(tou)疼(teng)的難題。無(wu)論(lun)是(shi)水體(ti)中(zhong)重(zhong)金屬離子的悄(qiao)悄(qiao)流(liu)動，還是(shi)土壤裏(li)汙(wu)染物隨(sui)水分(fen)滲透的緩(huan)慢擴(kuo)散(san)，這(zhe)些(xie)肉眼(yan)不(bu)可(ke)見(jian)的(de)遷移過程，往往(wang)會(hui)導(dao)致傳統(tong)監(jian)測(ce)手(shou)段“失(shi)準(zhun)"——要麽(me)錯過汙染物的(de)真實(shi)遷移路徑(jing)，要(yao)麽(me)無法(fa)捕捉(zhuo)到(dao)具(ju)有(you)生(sheng)物有(you)效性(xing)的(de)汙(wu)染物濃度，給環(huan)境(jing)風險評估和(he)治理(li)決(jue)策(ce)帶(dai)來極(ji)大挑(tiao)戰(zhan)。而薄(bo)膜擴(kuo)散梯(ti)度技(ji)術（DGT）的出現，就像為(wei)環(huan)境監測(ce)裝(zhuang)上了(le)“高清追(zhui)蹤器(qi)"，改變(bian)了(le)汙(wu)染物“隱(yin)形遷移"難追(zhui)蹤的(de)困境。今(jin)天(tian)，我們就從原(yuan)理到(dao)應(ying)用(yong)，壹次(ci)性(xing)講透這(zhe)項(xiang)環境(jing)監(jian)測(ce)領(ling)域(yu)的(de)“硬(ying)核技(ji)術"。
為(wei)什(shen)麽(me)傳統(tong)監(jian)測(ce)“抓(zhua)不(bu)住"汙(wu)染物遷移？
在(zai)DGT技(ji)術出現前，科(ke)研人員(yuan)常用“瞬時采(cai)樣(yang)法(fa)"監測(ce)汙(wu)染物——比(bi)如用(yong)采(cai)樣(yang)瓶(ping)取壹瓶(ping)水，或用鏟(chan)子挖(wa)壹點土，再(zai)帶(dai)回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)分(fen)析。但這(zhe)種(zhong)方法(fa)有(you)個致命缺(que)陷：只(zhi)能(neng)捕捉(zhuo)“某(mou)壹時刻(ke)、某(mou)壹地點"的汙(wu)染物濃度，卻無法(fa)反映(ying)汙(wu)染物的(de)動態遷移過程。
舉(ju)個例(li)子：水體(ti)中(zhong)的(de)重(zhong)金屬離子會隨著(zhe)水流(liu)緩(huan)慢擴(kuo)散(san)，也會(hui)在不(bu)同(tong)水層之(zhi)間(jian)遷移。用瞬(shun)時(shi)采(cai)樣(yang)法(fa)取的(de)壹(yi)瓶(ping)水，可能(neng)只(zhi)代(dai)表(biao)采(cai)樣(yang)瞬間(jian)表(biao)層水的汙染物濃度，既無(wu)法(fa)體(ti)現底層水的汙染情況(kuang)，也沒(mei)法(fa)知(zhi)道(dao)接(jie)下(xia)來幾小(xiao)時(shi)內重(zhong)金屬離子會向哪(na)個方向(xiang)擴(kuo)散(san)。更關鍵(jian)的是(shi)，傳統(tong)監(jian)測(ce)無法(fa)區分(fen)“有(you)效態汙染物"和(he)“無效(xiao)態汙染物"——比(bi)如土(tu)壤中(zhong)有(you)些重(zhong)金屬會和(he)土壤顆(ke)粒(li)牢牢(lao)結合，不(bu)會(hui)被植(zhi)物吸(xi)收(shou)（無效(xiao)態），而有(you)些則能(neng)自由(you)移動（有(you)效態），但傳統(tong)方(fang)法(fa)測出(chu)來的是(shi)“總濃度"，根(gen)本沒(mei)法(fa)判斷(duan)真(zhen)正(zheng)對生(sheng)態有(you)威脅(xie)的汙染物量。這(zhe)就是(shi)汙染物“隱(yin)形遷移"的核心難點：動態性(xing)、隱(yin)蔽性(xing)、有(you)效性(xing)難區分(fen)。而(er)DGT技(ji)術，恰好(hao)能(neng)解決這(zhe)三(san)個問(wen)題。
DGT技(ji)術的核心原(yuan)理，可(ke)以(yi)用(yong)“被動采(cai)樣(yang)、主(zhu)動積累"來概括。它(ta)的裝(zhuang)置(zhi)不(bu)復(fu)雜(za)，主(zhu)要(yao)由三層結構組成（從(cong)外(wai)到(dao)內）：
1.濾(lv)膜(mo)層：最(zui)外(wai)層，負責(ze)過濾水體(ti)或土(tu)壤中(zhong)的(de)雜(za)質(zhi)（比(bi)如泥(ni)沙顆(ke)粒(li)），讓汙(wu)染物離(li)子能(neng)順利通過；
2.擴(kuo)散(san)層：中(zhong)間(jian)層，通常(chang)是(shi)多孔的(de)凝膠材料(liao)（比(bi)如瓊(qiong)脂糖凝膠），汙染物離(li)子會在這(zhe)壹(yi)層中(zhong)緩(huan)慢擴(kuo)散(san)——擴散速(su)度和(he)汙染物的(de)遷移能(neng)力(li)直接(jie)相關，這(zhe)也是(shi)“擴散梯(ti)度"的由(you)來；
3.結合層：最(zui)內層，是(shi)DGT技(ji)術的“核心"，裏(li)面含有(you)能(neng)特(te)異性(xing)結合汙染物的(de)物質(zhi)（比(bi)如結合重(zhong)金屬的螯(ao)合(he)劑(ji)、結合有(you)機汙染物的(de)吸附樹脂）。就像壹塊“海(hai)綿(mian)"，會(hui)主(zhu)動把擴(kuo)散(san)過來的汙(wu)染物牢(lao)牢“抓(zhua)住"，不(bu)讓(rang)它(ta)們再(zai)跑掉。
當(dang)DGT裝置(zhi)放入(ru)水體(ti)或埋(mai)入土壤後(hou)，周(zhou)圍(wei)環境(jing)中(zhong)的(de)汙染物離(li)子會先穿過濾膜，再進(jin)入(ru)擴(kuo)散層慢慢擴(kuo)散(san)，最(zui)後(hou)被(bei)結合層“捕獲(huo)"並(bing)積累起來。隨著(zhe)時(shi)間(jian)推(tui)移，結合層中(zhong)的(de)汙染物會(hui)越積越多——積累的量越多，說明(ming)這(zhe)段時(shi)間內遷移到(dao)該區域的(de)汙(wu)染物越多。
科(ke)研(yan)人員(yuan)只(zhi)要(yao)將(jiang)裝(zhuang)置(zhi)取回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)，把結合層中(zhong)的(de)汙染物提取出來，再用(yong)儀(yi)器(qi)分(fen)析其含量，就能(neng)通(tong)過公式計算(suan)出：在(zai)裝置(zhi)放置(zhi)的這(zhe)段時(shi)間裏(li)，環(huan)境(jing)中(zhong)汙(wu)染物的(de)“平均(jun)有(you)效濃度"，以(yi)及(ji)汙染物的(de)遷移速率和(he)方向(xiang)。
簡(jian)單(dan)來說，DGT技(ji)術的優勢(shi)在(zai)於(yu)：它(ta)不(bu)是(shi)“拍壹張(zhang)快照"，而(er)是(shi)“錄(lu)壹段視頻"——能(neng)連(lian)續(xu)幾小(xiao)時、幾天甚至幾(ji)周(zhou)監測(ce)汙染物的(de)遷移，還能(neng)只(zhi)捕捉(zhuo)“能(neng)自由(you)移動的有(you)效態汙染物"，避(bi)開(kai)無效態汙染物的(de)幹(gan)擾(rao)。
關(guan)鍵(jian)優勢(shi)：3個維(wei)度，解決“隱(yin)形遷移"追(zhui)蹤難題
相比(bi)傳統(tong)監(jian)測(ce)，DGT技(ji)術之(zhi)所(suo)以(yi)能(neng)成為(wei)汙(wu)染物遷移追(zhui)蹤的(de)“利器"，主(zhu)要(yao)靠這(zhe)3個核心優勢：
1.原(yuan)位監(jian)測(ce)，不(bu)破壞環(huan)境(jing)：DGT裝置(zhi)可以(yi)直接(jie)放入(ru)水體(ti)或埋(mai)入土壤，不(bu)需(xu)要采(cai)集(ji)大量樣(yang)品(pin)帶(dai)回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)，不(bu)會(hui)幹(gan)擾(rao)汙染物的(de)自然(ran)遷移過程——比(bi)如不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)取(qu)水導(dao)致水流(liu)擾(rao)動，也不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)挖(wa)土破壞土(tu)壤結構，能(neng)真(zhen)實(shi)反映(ying)汙(wu)染物的(de)原(yuan)位遷移情況(kuang)；
2.動態積累，反映(ying)遷移規律(lv)：由(you)於(yu)結合層會持(chi)續(xu)積累汙染物，裝(zhuang)置(zhi)放置(zhi)時間(jian)越長（只(zhi)要(yao)結合層沒(mei)飽和(he)），積累的汙染物量就越能(neng)反映(ying)這(zhe)段時(shi)間內汙染物的(de)平均(jun)遷移水平。比(bi)如在(zai)水體(ti)中(zhong)放7天(tian)，就能(neng)知(zhi)道(dao)這(zhe)7天(tian)裏(li)重(zhong)金屬離子的平均(jun)擴散速(su)度和(he)方向(xiang)，比(bi)瞬時(shi)采(cai)樣(yang)更有(you)代(dai)表(biao)性(xing)；
只(zhi)抓(zhua)“有(you)效態"，精準(zhun)評估風險：結合層只(zhi)結合“能(neng)自由(you)擴(kuo)散的(de)有(you)效態汙染物"——無(wu)效態汙染物因(yin)為(wei)無(wu)法(fa)自由(you)移動，根(gen)本沒(mei)法(fa)穿過擴散層到(dao)達(da)結合層。這(zhe)就意(yi)味著(zhe)，DGT測出來的汙(wu)染物濃度，直接(jie)對(dui)應(ying)“對(dui)生(sheng)態系(xi)統(tong)有(you)威脅(xie)的量"，比(bi)傳統(tong)的(de)“總(zong)濃度"更能(neng)指(zhi)導(dao)風險評估。
實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)：從水環境到(dao)土(tu)壤，DGT技(ji)術能(neng)幫(bang)我們做什(shen)麽(me)？
目前，DGT技(ji)術已經成為(wei)環(huan)境監測(ce)領(ling)域的(de)“多面手(shou)"，在(zai)水體(ti)、土壤、沈積物(wu)等場景中(zhong)都(dou)有(you)廣(guang)泛應(ying)用(yong)，尤(you)其在(zai)追(zhui)蹤汙(wu)染物遷移方面，發揮(hui)著不(bu)可(ke)替代(dai)的(de)作用。
1.水體(ti)汙染：追(zhui)蹤重(zhong)金屬“遊走(zou)"路徑(jing)
在(zai)河(he)流(liu)、湖(hu)泊等水體(ti)中(zhong)，DGT技(ji)術可以(yi)用(yong)來追(zhui)蹤重(zhong)金屬（比(bi)如鉛、鎘、汞(gong)）的遷移路徑(jing)。比(bi)如，科(ke)研人員(yuan)在河流(liu)不(bu)同(tong)斷面放置(zhi)DGT裝置(zhi)，壹段時(shi)間後(hou)分(fen)析結合層中(zhong)的(de)重(zhong)金屬含量，就能(neng)判(pan)斷重(zhong)金屬是(shi)從上遊(you)往下(xia)遊擴散(san)，還(hai)是(shi)在某(mou)壹區域富(fu)集(ji)；還(hai)能(neng)通(tong)過擴散速度，預測(ce)重(zhong)金屬可能(neng)到(dao)達(da)的(de)範圍(wei)，為(wei)應(ying)急(ji)汙染治理(li)爭(zheng)取時間。
比(bi)如2023年(nian)，某(mou)流(liu)域(yu)發生(sheng)重(zhong)金屬泄漏(lou)事(shi)故，科研(yan)團(tuan)隊用(yong)DGT技(ji)術在泄漏(lou)點下(xia)遊5公裏(li)、10公裏(li)、15公裏(li)處(chu)分(fen)別(bie)布設裝(zhuang)置(zhi)，24小時(shi)後(hou)發現：10公裏(li)處(chu)的(de)DGT裝置(zhi)中(zhong)重(zhong)金屬積累量最(zui)高，說明(ming)泄(xie)漏(lou)的重(zhong)金屬已經擴散(san)到(dao)該區域，且(qie)遷移速度約(yue)為(wei)每(mei)小時0.4公裏(li)。基(ji)於(yu)這(zhe)個數(shu)據，環(huan)保部(bu)門(men)及時(shi)在15公裏(li)處(chu)設(she)置(zhi)攔截(jie)設(she)施(shi)，成功阻止了(le)重(zhong)金屬進壹(yi)步(bu)擴散(san)。
2.土(tu)壤汙染：監測(ce)汙染物“向(xiang)下(xia)滲透"風險
土(tu)壤中(zhong)的(de)汙染物（比(bi)如農(nong)藥殘留、重(zhong)金屬）會隨(sui)著(zhe)雨水或灌溉(gai)水向下(xia)滲透，可能(neng)汙(wu)染地下(xia)水——這(zhe)是(shi)典型(xing)的(de)“隱(yin)形遷移"。傳統(tong)方(fang)法(fa)只(zhi)能(neng)挖(wa)不(bu)同(tong)深度的土(tu)壤樣(yang)品(pin)分(fen)析，既破壞土(tu)壤，又無法(fa)反映(ying)滲透的動態過程。而DGT技(ji)術可以(yi)埋(mai)入不(bu)同(tong)深度的土(tu)壤中(zhong)，比(bi)如在(zai)地表(biao)下(xia)10厘米、30厘米、50厘米處(chu)分(fen)別(bie)放置(zhi)裝置(zhi)，監測(ce)汙(wu)染物在(zai)土壤剖面中(zhong)的(de)遷移情況(kuang)。
比(bi)如在(zai)農田土壤監測中(zhong)，DGT技(ji)術發現：某(mou)些農藥(yao)在雨後(hou)會(hui)快(kuai)速(su)向下(xia)滲透，3天內就能(neng)從(cong)地表(biao)下(xia)10厘米擴散到(dao)30厘(li)米處(chu)，而(er)這(zhe)個深度恰好(hao)是(shi)作物根(gen)系(xi)的(de)主(zhu)要(yao)分(fen)布區——這(zhe)就提醒農戶，雨後(hou)要(yao)減(jian)少農藥(yao)使(shi)用，避(bi)免作物(wu)吸(xi)收過多農藥(yao)殘留。同(tong)時，也能(neng)判(pan)斷汙染物是(shi)否(fou)有(you)滲透到(dao)地(di)下(xia)水的風險，為(wei)土(tu)壤汙染修復(fu)提供依(yi)據(ju)。
3.沈積物(wu)汙染：破解“底泥(ni)-水界面"的(de)遷移秘(mi)密(mi)
水體(ti)底部的(de)沈積物(wu)（底泥(ni)）是(shi)汙染物的(de)“儲存庫"，有(you)些汙(wu)染物會(hui)在底泥(ni)中(zhong)積累，遇到(dao)合(he)適的條(tiao)件(jian)（比(bi)如水溫升(sheng)高、水流(liu)擾(rao)動）又會重(zhong)新釋放到(dao)水體(ti)中(zhong)，造(zao)成二(er)次(ci)汙(wu)染。這(zhe)個“底泥(ni)-水界面"的(de)汙(wu)染物遷移過程，用傳統(tong)方(fang)法(fa)很(hen)難監測(ce)。
而(er)DGT技(ji)術可以(yi)精準(zhun)監測(ce)這(zhe)個界面的(de)汙(wu)染物遷移：將(jiang)裝(zhuang)置(zhi)垂直放置(zhi)在底泥(ni)和(he)水的交界處(chu)，壹(yi)半(ban)在水中(zhong)，壹(yi)半(ban)在底泥(ni)中(zhong)。壹(yi)段時(shi)間後(hou)，通(tong)過分(fen)析結合層中(zhong)汙(wu)染物的(de)分(fen)布，就能(neng)知(zhi)道(dao)：是(shi)底泥(ni)中(zhong)的(de)汙染物在(zai)向水體(ti)釋放，還(hai)是(shi)水體(ti)中(zhong)的(de)汙染物在(zai)向底泥(ni)沈積。比(bi)如在(zai)某(mou)湖(hu)泊監測(ce)中(zhong)，DGT技(ji)術發現：夏(xia)季水溫升(sheng)高時，底泥(ni)中(zhong)的(de)磷會(hui)大量釋放到(dao)水體(ti)中(zhong)，導(dao)致水體(ti)富(fu)營(ying)養化(hua)加劇(ju)——這(zhe)就為(wei)湖(hu)泊治理(li)提供了(le)關(guan)鍵(jian)方向(xiang)：不(bu)僅(jin)要控治水面汙(wu)染源(yuan)，還要(yao)治理(li)底泥(ni)中(zhong)的(de)磷汙(wu)染。
從(cong)傳統(tong)監(jian)測(ce)的“被動捕捉(zhuo)"到(dao)DGT技(ji)術的“主(zhu)動追(zhui)蹤"，這(zhe)項(xiang)技(ji)術改變(bian)了(le)我們對(dui)汙染物“隱(yin)形遷移"的認(ren)知(zhi)。它(ta)不(bu)僅(jin)能(neng)讓(rang)我們看(kan)清汙染物的(de)動態遷移路徑(jing)，還(hai)能(neng)精準(zhun)識(shi)別(bie)對生(sheng)態有(you)威脅(xie)的“有(you)效態汙染物"，為(wei)環(huan)境監測(ce)、風險評估和(he)治理(li)決(jue)策(ce)提供了(le)更可靠的依(yi)據(ju)。
隨(sui)著(zhe)技(ji)術的不(bu)斷(duan)升(sheng)級，現在的(de)DGT裝(zhuang)置(zhi)已經越來越小型(xing)化(hua)、便攜化(hua)——比(bi)如有(you)的裝(zhuang)置(zhi)只(zhi)有(you)硬(ying)幣大小，可以(yi)直接(jie)放入(ru)小(xiao)型(xing)水體(ti)或盆(pen)栽土壤中(zhong)；還(hai)有(you)的能(neng)實(shi)現“實(shi)時(shi)監測(ce)"，通(tong)過無線(xian)傳輸將(jiang)汙(wu)染物濃度數(shu)據實(shi)時(shi)傳回(hui)實(shi)驗(yan)室(shi)。未來，DGT技(ji)術還會在(zai)更多場景發揮(hui)作用(yong)，比(bi)如地(di)下(xia)水汙染追(zhui)蹤、海(hai)洋(yang)汙染物監(jian)測等，成為(wei)守(shou)護生(sheng)態環境的“隱(yin)形衛士(shi)"。
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