在生態(tài)學和環(huán)境保護領域，對水體環(huán)境的實時監(jiān)測與評估至關重要。尤其是當水體中存在生物擾動時，如顫蚓等底棲生物的活動，可能會引發(fā)一系列水環(huán)境的變化，包括重金屬遷移、pH值波動、溶解氧(DO)和二氧化碳分壓(pCO₂)的改變等。這些變化不僅影響水體的生態(tài)平衡，還可能對人類健康和生態(tài)安全構(gòu)成威脅。因此，如何準確、實時地監(jiān)測這些變化，成為了科研工作者和環(huán)境管理者面臨的重要挑戰(zhàn)。

在這一背景下，平面光極技術憑借其特殊的優(yōu)勢，成為了監(jiān)測顫蚓擾動下水環(huán)境變化的有力工具。平面光極技術，又稱平面熒光分析技術，是一種基于熒光分析原理的原位、實時監(jiān)測技術。它通過將熒光指示劑固定在平面基質(zhì)上，利用數(shù)字成像技術實時記錄其二維特征發(fā)射光譜，從而實現(xiàn)對目標物二維空間分布信息的精確測量。這種技術不僅具有靈敏度和信號選擇性，而且能夠提供多路復用功能，可以同時監(jiān)測多種參數(shù)的變化。

在顫蚓擾動下水環(huán)境變化的監(jiān)測中，平面光極技術展現(xiàn)了其特殊的優(yōu)勢。首先，它能夠?qū)崟r監(jiān)測重金屬如銅離子(Cu²⁺)和鎘離子(Cd²⁺)在沉積物中的遷移過程。通過構(gòu)建復合平面光極和與薄膜擴散梯度(DGT)結(jié)合的平面光極，可以準確地反映出顫蚓擾動對重金屬遷移的影響。例如，在長春南湖沉積物中，顫蚓的擾動作用顯著促進了Cu²⁺由上覆水向沉積物的遷移，改變了其在沉積物中的水平和垂直分布狀況。這種變化通過平面光極技術得以實時、直觀地展現(xiàn)，為重金屬污染的控制和治理提供了科學依據(jù)。

其次，平面光極技術還能夠?qū)崟r監(jiān)測顫蚓擾動下水/沉積物體系中的pH值、DO和pCO₂等微環(huán)境參數(shù)的變化。這些參數(shù)是表征自然水環(huán)境和沉積物生物地球化學特征的重要指標，也是影響重金屬遷移的重要因素。通過構(gòu)建多參數(shù)平面光極系統(tǒng)，可以同時監(jiān)測這些參數(shù)的變化，并研究它們之間的相互作用和影響。實驗結(jié)果表明，顫蚓擾動可以顯著改變水/沉積物界面附近的pH值、DO和pCO2梯度，進而影響重金屬的遷移和轉(zhuǎn)化過程。這種影響通過平面光極技術得以精確捕捉和量化，為深入理解生物擾動對水環(huán)境變化的影響機制提供了有力支持。

除了以上優(yōu)勢外，平面光極技術還具有操作簡便、成本較低、可重復使用等優(yōu)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，在環(huán)境監(jiān)測站點的建設中，可以利用平面光極技術構(gòu)建多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對水環(huán)境變化的長期、連續(xù)監(jiān)測。在水污染治理項目中，可以利用平面光極技術評估治理效果，指導治理方案的優(yōu)化和調(diào)整。

綜上所述，平面光極技術在監(jiān)測顫蚓擾動下水環(huán)境變化方面展現(xiàn)出了特殊的優(yōu)勢和顯著的效果。它不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測重金屬遷移、pH值、DO和pCO₂等關鍵參數(shù)的變化，還能夠揭示生物擾動對水環(huán)境變化的影響機制。隨著技術的不斷發(fā)展和完善，相信平面光極技術將在生態(tài)學和環(huán)境保護領域發(fā)揮更加重要的作用。

智感環(huán)境團隊基于平面光極技術開發(fā)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(huán)境的研究。這些設備具備以下特點：

1. 實時、快速地獲取區(qū)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(huán)境。

5. 配備高像素CMOS相機，實現(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DO/pH/CO₂的分布。使用前，熒光傳感膜需要標定并繪制標準曲線，工作環(huán)境和存儲環(huán)境對溫度和濕度有一定要求。