摘要：制備了基于八乙基卟啉鉑和香豆素的光強比率測量傳感膜，結合3CCD相機構建了基于比率測量法的兩維溶解氧觀測系統，通過實驗驗證了該系統在沉積物-水界面微結構的溶解氧的時空動態變化監測的可行性?；趯嶒炇夷M觀測裝置對海蜇消亡過程中沉積物-海水溶解氧的變化特征進行了觀測。觀測結果表明在置入水母組織的第16 h后，水母分解使得沉積物-水界面的溶解氧開始下降，在2～3 d內會導致沉積物-水界面空間的海水溶解氧發生劇烈變化，在沉積物-海水界面附近海水形成嚴重缺氧區。第1天內，沉積物-海水界面的溶解氧消耗速率為0.2 mg·L-1·h-1，第2天溶解氧的消耗速率為0.04 mg·L-1·h-1。在近海底的水體空間內，第1天的溶解氧消耗速率為0.28 mg·L-1·h-1，第2天為0.14 mg·L-1·h-1，第3天為0.13 mg·L-1·h-1，表明水母消亡過程中的溶解氧消耗呈動態分布。實驗證明水母在消亡過程中的3～4 d內可在沉積物-海水界面附近形成一個貧氧區，水母消亡過程改變了海底區域的溶解氧分布體系，將對海底生態環境產生較大影響。


溶解氧是表征水環境生物地球化學特征的重要參數之一，越來越多的研究發現全球近岸海域的底層水呈低氧或缺氧狀態，當水體中溶解氧含量呈缺氧狀態，將導致生態環境惡化，對沉積物-海水界面附近的生物生態環境產生影響；同時，由于表層沉積物的氧化還原平衡環境遭到破壞，聚集在沉積物種的一些有毒與有害物質可能重新活化，釋放到水體中帶來二次污染，因此深刻了解沉積物-海水界面附近缺氧機制及有機物富集的過程對整治和維護海底生態系統至關重要。


近年來，在部分世界沿海區域都出現了大規模水母爆發的現象，水母暴發會帶來一系列的海洋生態災害:一方面，水母暴發時在短時間內繁殖，數量迅速增多，攝取大量的營養物質，死亡后的水母殘體在分解過程中，向海洋環境中釋放大量的C、N、P等營養元素，影響到海洋營養元素的循環模式，造成營養元素分布不均勻；另一方面，水母組織內97%以上都是水分，是一類透明易碎的膠質浮游動物，一般水母死亡后的殘體會在4～7d內產生分解，形成較大的有機質塊體沉降到海底，沉降到海底的水母分解過程所產生的有機質會消耗大量溶解氧導致局部海域形成低氧和缺氧。迄今為止，人類對沉降在海底的水母消亡過程對海洋生物地球化學產生的作用以及對沉積物-海水界面附近環境帶來的影響報道很少，因此全面了解水母暴發后對環境影響機制，探討水母爆發后期對海洋環境及生態系統影響，對采取相應的應對措施具有重要的科學意義。


近幾十年來，微電極技術在海底觀測中得到了廣泛的應用，為了解沉積物-海水界面化學物質的垂直梯度變化過程提供有效的觀測手段，但是微電極測量法只能對上覆水和沉積物實現一維的測量，要獲取兩維空間的分布變化信息，需要多個微電極重復上下移動，使得觀測系統的設計復雜，增加了水下操作的難度。近年來，熒光平面光極(Planar Optodes)技術開始應用于海洋生物地球化學的觀測，為獲取原位、接近真實環境的兩維變化信息提供了一種新的觀測手段。光學平面傳感器都將熒光指示劑包埋在高分子薄膜或溶膠凝膠中，利用成像器件記錄激發的二維熒光光強度，依據像素標定的傳遞函數，可以計算所測物質的濃度。平面光極可以在不干擾沉積物環境的前提下記錄兩維高分辨率的時空變化過程，如生物擾動對沉積物-海水界面的pH影響、生物擾動對溶解氧在沉積物中的擴散作用、表層沉積物的二氧化碳的兩維分布等。


平面光極通常采用熒光強度或熒光壽命測量方法。熒光強度測量容易受外界照射強度、光照不均勻及熒光指示劑分布等因素的影響，導致測量精度及穩定性較差。熒光壽命是基于熒光指示劑的本征參量，具有較高的抗外界光干擾能力，具備較好的準確性和穩定性，但是熒光壽命范圍為微秒級或毫秒級，需要配置復雜的觸發控制電路，使得觀測儀器的制作變得復雜。比率檢測法利用同時測量熒光激發強度與參考光的比值，可以消除熒光強度測量存在的對環境因素敏感的不足，同時不需要復雜的控制電路系統，具有較高的實用性。目前報道的溶解氧比率法測量多采用彩色CCD靶面，利用覆蓋在CCD表面的Bayer濾光片將光分解為1個紅光譜帶、1個藍光譜帶，2個綠光譜帶記錄光譜強度，然后通過后期軟件進行處理再分別提取3種光譜強度值。該方法由于每個像素只接收對應色彩的光線，需要將其他光譜范圍的光強過濾掉，因此會引起2/3的光強損失，影響檢測靈敏度。本文提出了基于3CCD相機的成像觀測系統，在CCD靶面前利用分色棱鏡將三入射光分解為三組光譜，每個單獨顏色的光分別通過對應的CCD成像，因此有效保證了各光譜強度?；诎艘一策K(PtOEP)作為熒光指示劑制備了比率法的光學平面傳感膜，結合平面傳感膜和高分辨率相機構建了可以進行二維空間溶解氧的動態實時觀測系統，并在實驗室進行了水母消亡過程在沉積物-海水界面附近的時間序列觀測模擬實驗，給出了水母消亡過程對沉積物-海水界面附近生溶解氧動態變化結果。