自1994年問世以來，DGT技術(shù)憑借其獨(dú)特的原位、動(dòng)態(tài)測量能力，迅速成為環(huán)境科學(xué)研究的“利器"。它超越了傳統(tǒng)采樣的局限，為科學(xué)家們?cè)谖⒂^尺度上理解污染物的行為和命運(yùn)提供了新奇的視角。從土壤到水體，從宏觀評(píng)估到微界面成像，DGT的應(yīng)用版圖不斷擴(kuò)張，推動(dòng)了多個(gè)研究領(lǐng)域的認(rèn)知邊界。
圖1：DGT被動(dòng)采樣與傳統(tǒng)抓取式采樣在關(guān)鍵特性上的對(duì)比。DGT在信息維度、測量指標(biāo)和環(huán)境友好性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。
土壤是污染物的重要“匯"，也是連接環(huán)境與人類健康的關(guān)鍵樞紐。DGT技術(shù)在土壤研究中的應(yīng)用尤為深入和廣泛。
這是DGT技術(shù)經(jīng)典的應(yīng)用領(lǐng)域。傳統(tǒng)的土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估嚴(yán)重依賴“總濃度"，但這往往無法解釋為何在總濃度相似的土壤上，農(nóng)作物的重金屬含量卻差異巨大。DGT技術(shù)填充了這一認(rèn)知鴻溝。通過在土壤中布設(shè)DGT裝置，研究人員可以定量測定重金屬從土壤固相向液相的再補(bǔ)給通量，這個(gè)通量直接反映了土壤對(duì)植物根系吸收的“供貨能力"。大量研究證實(shí)，DGT測得的有效態(tài)濃度（CDGT）或計(jì)算出的有效通量，與水稻、小麥、蔬菜等作物中鎘（Cd）、鉛（Pb）、銅（Cu）等重金屬的實(shí)際含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。例如，在某重金屬污染農(nóng)田的評(píng)估中，DGT的監(jiān)測結(jié)果與作物生長狀況和重金屬含量檢測結(jié)果高度一致，這使得DGT成為預(yù)測農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)、劃定安全利用區(qū)、評(píng)估修復(fù)措施有效性的黃金標(biāo)準(zhǔn)。
湖泊、河流和水庫的沉積物是污染物的巨大“儲(chǔ)存庫"。在特定條件下，這些儲(chǔ)存的污染物會(huì)重新釋放到上覆水體中，形成“內(nèi)源污染"，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，甚至引發(fā)藻類水華。DGT技術(shù)為原位、高精度地量化這一過程提供了強(qiáng)有力的工具。
通過將DGT裝置（特別是活塞式的剖面采樣裝置）垂直插入沉積物-水界面，可以同步獲得界面上下數(shù)厘米范圍內(nèi)、具有毫米級(jí)分辨率的污染物濃度剖面。通過分析這個(gè)精細(xì)的濃度梯度，科學(xué)家可以精確計(jì)算出營養(yǎng)鹽（如活性磷、氨氮）和重金屬從沉積物向上覆水釋放的擴(kuò)散通量。這些數(shù)據(jù)對(duì)于理解湖泊富營養(yǎng)化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、評(píng)估內(nèi)源污染的貢獻(xiàn)率、制定有效的底泥清淤或原位鈍化修復(fù)策略至關(guān)重要。例如，在某湖泊研究中，DGT揭示了部分區(qū)域沉積物中的重金屬正向上覆水體釋放，對(duì)水質(zhì)構(gòu)成潛在威脅，為污染控制提供了關(guān)鍵的靶向信息。
DGT技術(shù)的另一項(xiàng)重大進(jìn)展是平板式高分辨率二維成像技術(shù)。研究人員將一張大的平板狀DGT凝膠直接覆蓋在沉積物表面或垂直插入沉積物剖面。暴露結(jié)束后，利用激光燒蝕-電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）等技術(shù)對(duì)結(jié)合相凝膠進(jìn)行高密度掃描，可以重建出污染物在界面微區(qū)內(nèi)亞毫米級(jí)精度的二維濃度分布圖。這張“化學(xué)地圖"能夠直觀地揭示污染物的遷移路徑和富集“熱點(diǎn)"，例如，可以清晰地看到水生植物根系周圍、底棲動(dòng)物擾動(dòng)洞穴附近污染物的耗竭或富集現(xiàn)象。這種可視化能力極大地深化了我們對(duì)沉積物微環(huán)境異質(zhì)性及其對(duì)污染物生物地球化學(xué)循環(huán)影響的理解。
DGT技術(shù)在學(xué)術(shù)研究中的主要應(yīng)用領(lǐng)域分布。土壤重金屬與水體/沉積物研究是其核心應(yīng)用方向，同時(shí)在新興污染物等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。
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