生物擾動下的水/沉積物體系：平面光極技術揭示的新視角

在自然界中，生物擾動是一個不可忽視的現象。它指的是生活在沉積物中的生物通過其活動對沉積物的原始膠結和構造進行破壞，從而影響沉積物的物理、化學和生物過程。這一現象在水/沉積物體系中尤為顯著，不僅影響著水體的生態平衡，還與人類健康和生態安全息息相關。然而，長期以來，對于生物擾動影響的研究多停留在定性階段，缺乏深入和精確的定量分析。如今，隨著科技的進步，平面光極技術的引入為我們理解生物擾動對水/沉積物體系的影響提供了新的視角和數據支持。

一、生物擾動對水/沉積物體系的影響

生物擾動在水/沉積物體系中的作用是復雜而多面的。

1. 生物活動會破壞沉積物的原始結構，形成新的生物構造和痕跡化石。這些新的構造和化石不僅改變了沉積物的物理性質，還影響了沉積物中物質的遷移和轉化。例如，某些底棲生物如顫蚓，其活動可以顯著促進重金屬離子如銅離子（Cu2?）在沉積物中的遷移，改變其在水/沉積物體系中的分布狀態。

2. 生物擾動影響水/沉積物體系中的化學過程。生物活動如呼吸作用、有機質分解等會產生各種化學物質，這些物質與沉積物中的其他成分相互作用，可能導致沉積物中某些化學參數的改變，如pH值、氧化還原電位等。這些化學參數的變化又進一步影響沉積物的性質和生物活動，形成一個復雜的反饋機制。

3. 生物擾動影響水/沉積物體系中的生物過程。生物擾動破壞了沉積物的原始結構，為其他生物提供了更多的棲息空間和食物來源，促進了生物多樣性的增加。同時，生物擾動也可能改變某些生物的生存環境，導致某些物種的減少或消失。

二、平面光極技術為理解生物擾動提供新視角

平面光極技術是一種基于熒光分析原理的原位、實時監測技術。它通過將熒光指示劑固定在平面基質上，利用數字成像技術實時記錄其二維特征發射光譜，從而實現對目標物二維空間分布信息的精確測量。這一技術在水/沉積物體系研究中具有特殊的優勢。

1. 平面光極技術能夠實時監測水/沉積物體系中各種參數的變化。通過構建多參數平面光極系統，可以同時監測pH值、溶解氧（DO）、二氧化碳分壓（pCO?）等多種參數的變化，為研究生物擾動對水/沉積物體系的影響提供全面的數據支持。

2. 平面光極技術具有很高的靈敏度和信號選擇性。它能夠精確捕捉到生物擾動引起的微小變化，并通過圖像處理技術將這些變化以直觀的方式呈現出來。這使得研究人員能夠更深入地了解生物擾動對水/沉積物體系的影響機制。

3. 平面光極技術還具有操作簡便、成本較低、可重復使用等優點。這使得它在實際應用中具有廣泛的適用性和推廣價值。例如，在長春南湖沉積物的研究中，研究人員利用平面光極技術實時監測了顫蚓擾動下重金屬離子Cu2?的遷移過程，為重金屬污染的控制和治理提供了科學依據。

生物擾動對水/沉積物體系的影響是復雜而深遠的。平面光極技術的引入為我們理解這些影響提供了新的視角和數據支持。未來，隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展，平面光極技術將在水/沉積物體系研究中發揮更加重要的作用。智感環境團隊基于平面光極技術開發了封閉式平面光極設備，并成功將其應用于沉積物-水微界面、水生動植物和土壤植物根際環境的研究。這些設備具備以下特點：

1. 實時、快速地獲取區域DO/pH/CO₂的分布。

2. 設備自帶封閉式箱體，滿足測定所需的暗室條件。

3. 設備與軟件配套使用，可集成校準、獲取圖像、處理圖像于一體。

4. 非侵入性成像測量，不破壞原生環境。

5. 配備高像素CMOS相機，實現時間分辨率毫秒級，空間分辨率亞毫米級。