本次為您分享一篇由湖南文理學(xué)院團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(shí)，DO/pH的增加有限且不確定。

• 沉積物并不無(wú)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(chǔ)庫(kù)，對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。

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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(cè)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(dòng)態(tài)二維成像：利用平面光極系統(tǒng)獲取SWI處DO和pH的動(dòng)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(shí)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(jí)的空間分辨率和毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：通過監(jiān)測(cè)沉積物作為堿性環(huán)境的儲(chǔ)庫(kù)，評(píng)估水體富營(yíng)養(yǎng)化的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

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(cè)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(duì)DO和pH變化的監(jiān)測(cè)，提出有效的藻華控制策略，如遮光和注入惰性氣體來(lái)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(dòng)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(yíng)養(yǎng)化管理方案。智感環(huán)境團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(shí)、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(cè)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(cè)量，不破壞原生環(huán)境。

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

此外，還有便攜式平面光極檢測(cè)儀PO1100，它小巧輕便、便于移動(dòng)和攜帶，同樣能夠?qū)崟r(shí)、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(chǔ)環(huán)境對(duì)溫度和濕度有一定要求。