本次為您分享一篇由湖南文理學(xué)院團(tuán)隊在《Journal of Cleaner Production》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文"High-resolution diurnal variation mechanism of oxygen and acid environments at the water–sediment interface during cyanobacterial decomposition"。主要研究了在藍(lán)藻分解期間，水-沉積物界面（SWI）上溶解氧（DO）和pH值的高分辨率日變化機(jī)制。

研究方法：

• 1. 使用平面光極（PO）系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)室微宇宙界面獲取DO/pH的動態(tài)二維（2D）圖像。

• 2. 研究了SWI處DO/pH的底質(zhì)梯度和日變化，以及它們?nèi)绾问茉孱惞夂献饔?呼吸作用和遷移行為的共同調(diào)節(jié)。

主要發(fā)現(xiàn)：

• 在藻華分解的不同階段，SWI處的DO/pH顯示出日變化特征。

• 白天DO/pH的增加源于藻類光合作用導(dǎo)致的O2豐富和碳酸鹽水解，以補(bǔ)償CO2飽和度的降低。

• 夜間DO/pH的減少是由于O2耗盡和H+釋放，因?yàn)樵孱惡粑饔脤?dǎo)致水體CO2含量增加。

• 當(dāng)光合作用和呼吸作用受到抑制或不順暢時，DO/pH的增加有限且不確定。

• 沉積物并不無氧，DO/pH可滲透至-20 mm甚至界面底部（-40 mm）。

• 沉積物作為堿性環(huán)境的儲庫，對水體富營養(yǎng)化構(gòu)成潛在風(fēng)險。

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在本文中，平面光極（Planar Optode, PO）系統(tǒng)被應(yīng)用于監(jiān)測和分析水-沉積物界面（SWI）處溶解氧（DO）和pH值的高分辨率日變化。以下是平面光極在本文中的具體用途：

1. 動態(tài)二維成像：利用平面光極系統(tǒng)獲取SWI處DO和pH的動態(tài)二維（2D）圖像，這有助于理解藻華分解過程中的生物地球化學(xué)過程。

2. 高時空分辨率：通過平面光極技術(shù)，研究者能夠以亞毫米到毫米級的空間分辨率和毫秒級的時間分辨率監(jiān)測DO和pH的變化。

3. 實(shí)驗(yàn)室微宇宙模擬：在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬自然水體環(huán)境，使用平面光極系統(tǒng)在控制條件下監(jiān)測SWI的化學(xué)特性。

4. 日變化特性分析：研究SWI處DO和pH的日變化特性，揭示不同藻華分解階段的特定模式。

5. 藻類光合作用和呼吸作用研究：通過監(jiān)測DO和pH的變化，研究藻類光合作用和呼吸作用如何影響SWI處的化學(xué)環(huán)境。

6. 沉積物中氧氣和pH的穿透：分析沉積物中氧氣和pH的垂直梯度，了解藻類遷移行為如何影響沉積物中的氧氣和pH分布。

7. 富營養(yǎng)化風(fēng)險評估：通過監(jiān)測沉積物作為堿性環(huán)境的儲庫，評估水體富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險。

8. 數(shù)據(jù)記錄和分析：使用平面光極系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，通過專業(yè)軟件進(jìn)行圖像處理和數(shù)據(jù)分析，以獲得有關(guān)DO和pH變化的詳細(xì)信息。

9. 環(huán)境行為和碳循環(huán)研究：利用高分辨率的監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究環(huán)境中的CO2行為和碳循環(huán)機(jī)制。

10. 藻華控制策略：基于對DO和pH變化的監(jiān)測，提出有效的藻華控制策略，如遮光和注入惰性氣體來調(diào)節(jié)水體中的DO飽和度和pH值。

平面光極技術(shù)的應(yīng)用為理解藻華分解過程中SWI處的復(fù)雜化學(xué)動態(tài)提供了一種強(qiáng)有力的工具，有助于開發(fā)新的藻類控制技術(shù)和富營養(yǎng)化管理方案。智感環(huán)境團(tuán)隊基于平面光極技術(shù)開發(fā)了封閉式平面光極設(shè)備，并成功將其應(yīng)用于沉積物-水微界面、水生動植物和土壤植物根際環(huán)境的研究。這些設(shè)備具備以下特點(diǎn)：

1. 實(shí)時、快速地獲取區(qū)域DO/pH/CO₂的分布。

2. 設(shè)備自帶封閉式箱體，滿足測定所需的暗室條件。

3. 設(shè)備與軟件配套使用，可集成校準(zhǔn)、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(huán)境。

5. 配備高像素CMOS相機(jī)，實(shí)現(xiàn)時間分辨率毫秒級，空間分辨率亞毫米級。

此外，還有便攜式平面光極檢測儀PO1100，它小巧輕便、便于移動和攜帶，同樣能夠?qū)崟r、快速地獲取區(qū)域O2/pH/CO2的分布。使用前，熒光傳感膜需要標(biāo)定并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，工作環(huán)境和存儲環(huán)境對溫度和濕度有一定要求。