在環(huán)境治理與生態(tài)保護(hù)領(lǐng)域，污染物的“隱形遷移"一直是令科研人員和監(jiān)測工作者頭疼的難題。無論是水體中重金屬離子的悄悄流動，還是土壤里污染物隨水分滲透的緩慢擴(kuò)散，這些肉眼不可見的遷移過程，往往會導(dǎo)致傳統(tǒng)監(jiān)測手段“失準(zhǔn)"——要么錯(cuò)過污染物的真實(shí)遷移路徑，要么無法捕捉到具有生物有效性的污染物濃度，給環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估和治理決策帶來極大挑戰(zhàn)。而薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)（DGT）的出現(xiàn)，就像為環(huán)境監(jiān)測裝上了“高清追蹤器"，改變了污染物“隱形遷移"難追蹤的困境。今天，我們就從原理到應(yīng)用，一次性講透這項(xiàng)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的“硬核技術(shù)"。

為什么傳統(tǒng)監(jiān)測“抓不住"污染物遷移？

在DGT技術(shù)出現(xiàn)前，科研人員常用“瞬時(shí)采樣法"監(jiān)測污染物——比如用采樣瓶取一瓶水，或用鏟子挖一點(diǎn)土，再帶回實(shí)驗(yàn)室分析。但這種方法有個(gè)致命缺陷：只能捕捉“某一時(shí)刻、某一地點(diǎn)"的污染物濃度，卻無法反映污染物的動態(tài)遷移過程。

舉個(gè)例子：水體中的重金屬離子會隨著水流緩慢擴(kuò)散，也會在不同水層之間遷移。用瞬時(shí)采樣法取的一瓶水，可能只代表采樣瞬間表層水的污染物濃度，既無法體現(xiàn)底層水的污染情況，也沒法知道接下來幾小時(shí)內(nèi)重金屬離子會向哪個(gè)方向擴(kuò)散。更關(guān)鍵的是，傳統(tǒng)監(jiān)測無法區(qū)分“有效態(tài)污染物"和“無效態(tài)污染物"——比如土壤中有些重金屬會和土壤顆粒牢牢結(jié)合，不會被植物吸收（無效態(tài)），而有些則能自由移動（有效態(tài)），但傳統(tǒng)方法測出來的是“總濃度"，根本沒法判斷真正對生態(tài)有威脅的污染物量。這就是污染物“隱形遷移"的核心難點(diǎn)：動態(tài)性、隱蔽性、有效性難區(qū)分。而DGT技術(shù)，恰好能解決這三個(gè)問題。

DGT技術(shù)的核心原理，可以用“被動采樣、主動積累"來概括。它的裝置不復(fù)雜，主要由三層結(jié)構(gòu)組成（從外到內(nèi)）：

1.濾膜層：最外層，負(fù)責(zé)過濾水體或土壤中的雜質(zhì)（比如泥沙顆粒），讓污染物離子能順利通過；

2.擴(kuò)散層：中間層，通常是多孔的凝膠材料（比如瓊脂糖凝膠），污染物離子會在這一層中緩慢擴(kuò)散——擴(kuò)散速度和污染物的遷移能力直接相關(guān)，這也是“擴(kuò)散梯度"的由來；

3.結(jié)合層：最內(nèi)層，是DGT技術(shù)的“核心"，里面含有能特異性結(jié)合污染物的物質(zhì)（比如結(jié)合重金屬的螯合劑、結(jié)合有機(jī)污染物的吸附樹脂）。就像一塊“海綿"，會主動把擴(kuò)散過來的污染物牢牢“抓住"，不讓它們再跑掉。

當(dāng)DGT裝置放入水體或埋入土壤后，周圍環(huán)境中的污染物離子會先穿過濾膜，再進(jìn)入擴(kuò)散層慢慢擴(kuò)散，最后被結(jié)合層“捕獲"并積累起來。隨著時(shí)間推移，結(jié)合層中的污染物會越積越多——積累的量越多，說明這段時(shí)間內(nèi)遷移到該區(qū)域的污染物越多。

科研人員只要將裝置取回實(shí)驗(yàn)室，把結(jié)合層中的污染物提取出來，再用儀器分析其含量，就能通過公式計(jì)算出：在裝置放置的這段時(shí)間里，環(huán)境中污染物的“平均有效濃度"，以及污染物的遷移速率和方向。

簡單來說，DGT技術(shù)的優(yōu)勢在于：它不是“拍一張快照"，而是“錄一段視頻"——能連續(xù)幾小時(shí)、幾天甚至幾周監(jiān)測污染物的遷移，還能只捕捉“能自由移動的有效態(tài)污染物"，避開無效態(tài)污染物的干擾。

關(guān)鍵優(yōu)勢：3個(gè)維度，解決“隱形遷移"追蹤難題

相比傳統(tǒng)監(jiān)測，DGT技術(shù)之所以能成為污染物遷移追蹤的“利器"，主要靠這3個(gè)核心優(yōu)勢：

1.原位監(jiān)測，不破壞環(huán)境：DGT裝置可以直接放入水體或埋入土壤，不需要采集大量樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，不會干擾污染物的自然遷移過程——比如不會因?yàn)槿∷畬?dǎo)致水流擾動，也不會因?yàn)橥谕疗茐耐寥澜Y(jié)構(gòu)，能真實(shí)反映污染物的原位遷移情況；

2.動態(tài)積累，反映遷移規(guī)律：由于結(jié)合層會持續(xù)積累污染物，裝置放置時(shí)間越長（只要結(jié)合層沒飽和），積累的污染物量就越能反映這段時(shí)間內(nèi)污染物的平均遷移水平。比如在水體中放7天，就能知道這7天里重金屬離子的平均擴(kuò)散速度和方向，比瞬時(shí)采樣更有代表性；

只抓“有效態(tài)"，精準(zhǔn)評估風(fēng)險(xiǎn)：結(jié)合層只結(jié)合“能自由擴(kuò)散的有效態(tài)污染物"——無效態(tài)污染物因?yàn)闊o法自由移動，根本沒法穿過擴(kuò)散層到達(dá)結(jié)合層。這就意味著，DGT測出來的污染物濃度，直接對應(yīng)“對生態(tài)系統(tǒng)有威脅的量"，比傳統(tǒng)的“總濃度"更能指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)評估。

實(shí)際應(yīng)用：從水環(huán)境到土壤，DGT技術(shù)能幫我們做什么？

目前，DGT技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的“多面手"，在水體、土壤、沉積物等場景中都有廣泛應(yīng)用，尤其在追蹤污染物遷移方面，發(fā)揮著不可替代的作用。

1.水體污染：追蹤重金屬“游走"路徑

在河流、湖泊等水體中，DGT技術(shù)可以用來追蹤重金屬（比如鉛、鎘、汞）的遷移路徑。比如，科研人員在河流不同斷面放置DGT裝置，一段時(shí)間后分析結(jié)合層中的重金屬含量，就能判斷重金屬是從上游往下游擴(kuò)散，還是在某一區(qū)域富集；還能通過擴(kuò)散速度，預(yù)測重金屬可能到達(dá)的范圍，為應(yīng)急污染治理爭取時(shí)間。

比如2023年，某流域發(fā)生重金屬泄漏事故，科研團(tuán)隊(duì)用DGT技術(shù)在泄漏點(diǎn)下游5公里、10公里、15公里處分別布設(shè)裝置，24小時(shí)后發(fā)現(xiàn)：10公里處的DGT裝置中重金屬積累量最高，說明泄漏的重金屬已經(jīng)擴(kuò)散到該區(qū)域，且遷移速度約為每小時(shí)0.4公里。基于這個(gè)數(shù)據(jù)，環(huán)保部門及時(shí)在15公里處設(shè)置攔截設(shè)施，成功阻止了重金屬進(jìn)一步擴(kuò)散。

2.土壤污染：監(jiān)測污染物“向下滲透"風(fēng)險(xiǎn)

土壤中的污染物（比如農(nóng)藥殘留、重金屬）會隨著雨水或灌溉水向下滲透，可能污染地下水——這是典型的“隱形遷移"。傳統(tǒng)方法只能挖不同深度的土壤樣品分析，既破壞土壤，又無法反映滲透的動態(tài)過程。而DGT技術(shù)可以埋入不同深度的土壤中，比如在地表下10厘米、30厘米、50厘米處分別放置裝置，監(jiān)測污染物在土壤剖面中的遷移情況。

比如在農(nóng)田土壤監(jiān)測中，DGT技術(shù)發(fā)現(xiàn)：某些農(nóng)藥在雨后會快速向下滲透，3天內(nèi)就能從地表下10厘米擴(kuò)散到30厘米處，而這個(gè)深度恰好是作物根系的主要分布區(qū)——這就提醒農(nóng)戶，雨后要減少農(nóng)藥使用，避免作物吸收過多農(nóng)藥殘留。同時(shí)，也能判斷污染物是否有滲透到地下水的風(fēng)險(xiǎn)，為土壤污染修復(fù)提供依據(jù)。

3.沉積物污染：破解“底泥-水界面"的遷移秘密

水體底部的沉積物（底泥）是污染物的“儲存庫"，有些污染物會在底泥中積累，遇到合適的條件（比如水溫升高、水流擾動）又會重新釋放到水體中，造成二次污染。這個(gè)“底泥-水界面"的污染物遷移過程，用傳統(tǒng)方法很難監(jiān)測。

而DGT技術(shù)可以精準(zhǔn)監(jiān)測這個(gè)界面的污染物遷移：將裝置垂直放置在底泥和水的交界處，一半在水中，一半在底泥中。一段時(shí)間后，通過分析結(jié)合層中污染物的分布，就能知道：是底泥中的污染物在向水體釋放，還是水體中的污染物在向底泥沉積。比如在某湖泊監(jiān)測中，DGT技術(shù)發(fā)現(xiàn)：夏季水溫升高時(shí)，底泥中的磷會大量釋放到水體中，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化加劇——這就為湖泊治理提供了關(guān)鍵方向：不僅要控治水面污染源，還要治理底泥中的磷污染。

從傳統(tǒng)監(jiān)測的“被動捕捉"到DGT技術(shù)的“主動追蹤"，這項(xiàng)技術(shù)改變了我們對污染物“隱形遷移"的認(rèn)知。它不僅能讓我們看清污染物的動態(tài)遷移路徑，還能精準(zhǔn)識別對生態(tài)有威脅的“有效態(tài)污染物"，為環(huán)境監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)評估和治理決策提供了更可靠的依據(jù)。

隨著技術(shù)的不斷升級，現(xiàn)在的DGT裝置已經(jīng)越來越小型化、便攜化——比如有的裝置只有硬幣大小，可以直接放入小型水體或盆栽土壤中；還有的能實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)監(jiān)測"，通過無線傳輸將污染物濃度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回實(shí)驗(yàn)室。未來，DGT技術(shù)還會在更多場景發(fā)揮作用，比如地下水污染追蹤、海洋污染物監(jiān)測等，成為守護(hù)生態(tài)環(huán)境的“隱形衛(wèi)士"。