土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沉積物則是河流、湖泊等水體生態(tài)系統(tǒng)的“記憶載體”，二者均易通過大氣沉降、農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)排放等途徑累積重金屬、持久性有機(jī)污染物（POPs）及營(yíng)養(yǎng)鹽，進(jìn)而通過食物鏈富集威脅生態(tài)安全與人類健康。因此，精準(zhǔn)、高效分析土壤與沉積物的理化性質(zhì)及污染物含量，是環(huán)境監(jiān)測(cè)與生態(tài)研究的核心需求。

博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計(jì)是針對(duì)環(huán)境樣品開發(fā)的專用熒光檢測(cè)設(shè)備，具備寬波長(zhǎng)掃描范圍、高波長(zhǎng)分辨率及抗基質(zhì)干擾算法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)質(zhì)及典型污染物熒光信號(hào)的精準(zhǔn)捕捉。

一、材料與方法

（一）研究區(qū)域與樣品采集

選取河中下游典型流域，根據(jù)土地利用類型設(shè)置3類采樣區(qū)，共12個(gè)采樣點(diǎn)：

1、自然濕地對(duì)照區(qū)（W1-W4）：位于流域上游未受人類活動(dòng)干擾的濕地，土壤/沉積物以自然有機(jī)質(zhì)累積為主；

2、農(nóng)田區(qū)（F1-F4）：中游耕作區(qū)，長(zhǎng)期施用化肥與農(nóng)藥，潛在污染物為氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽及農(nóng)藥殘留；

3、工業(yè)區(qū)（I1-I4）：下游工業(yè)園區(qū)周邊，受工業(yè)廢水、廢氣沉降影響，潛在污染物為重金屬（Cu、Pb、Cd）及PAHs。

（二）儀器與試劑

1、核心儀器：博清生物熒光計(jì)；

2、輔助儀器：TOC分析儀、ICP-MS、HPL；

3、試劑：腐殖酸標(biāo)準(zhǔn)品、PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)品、甲醇、硝酸，實(shí)驗(yàn)用水超純水。

（三）實(shí)驗(yàn)方法

1、樣品制備：稱取0.1g土壤/沉積物樣品，加入10mL超純水，超聲振蕩30min，靜置10min后取上清液，經(jīng)0.22μm水系濾膜過濾，得到待測(cè)液；

2、熒光光譜掃描：將待測(cè)液移入石英比色皿，放入博清生物熒光計(jì)，設(shè)置掃描模式為 “激發(fā)-發(fā)射矩陣（EEM）”，記錄EEM光譜圖；

3、參數(shù)提取：從EEM光譜中提取關(guān)鍵參數(shù)：①有機(jī)質(zhì)特征峰強(qiáng)度；②PAHs特征峰強(qiáng)度；③熒光指數(shù)。

二、結(jié)果與分析

（一）不同區(qū)域土壤/沉積物的熒光光譜特征

博清生物熒光計(jì)測(cè)得的EEM光譜顯示，不同采樣區(qū)土壤/沉積物的熒光信號(hào)存在顯著差異：

1、自然濕地（W1-W4）：僅出現(xiàn)單一強(qiáng)熒光峰，對(duì)應(yīng)腐殖酸與富里酸的特征信號(hào)；熒光指數(shù)FI=1.8~2.0，表明有機(jī)質(zhì)主要來源于陸源高等植物；

2、農(nóng)田區(qū)（F1-F4）：除有機(jī)質(zhì)特征峰（I???）外，在激發(fā)290nm/發(fā)射330nm處出現(xiàn)弱熒光峰，推測(cè)為農(nóng)藥殘留（如三嗪類除草劑）的信號(hào)；FI=1.6~1.8，說明有機(jī)質(zhì)受農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響（如秸稈還田），陸源與微生物源混合輸入；

3、工業(yè)區(qū)（I1-I4）：出現(xiàn)雙熒光峰：①有機(jī)質(zhì)峰強(qiáng)度顯著低于濕地與農(nóng)田，可能因工業(yè)污染抑制微生物活性，降低有機(jī)質(zhì)合成；②PAHs特征峰，且I???強(qiáng)度與工業(yè)區(qū)污染程度正相關(guān)。

（二）熒光參數(shù)與傳統(tǒng)指標(biāo)的相關(guān)性

工業(yè)區(qū)樣品中，I???與HPLC測(cè)得的PAHs總量呈顯著線性相關(guān)，線性方程為y=0.005x+0.03（y為I???，x為PAHs總量，單位μg/kg）。同時(shí)，I???與重金屬總量呈負(fù)相關(guān)（R2=0.78，p<0.05），推測(cè)因重金屬抑制土壤微生物活性，減少有機(jī)質(zhì)合成。

（三）博清生物熒光計(jì)與傳統(tǒng)方法的性能對(duì)比

對(duì)比博清生物熒光計(jì)與傳統(tǒng)方法的關(guān)鍵性能指標(biāo)，可見前者在分析效率與現(xiàn)場(chǎng)適用性上優(yōu)勢(shì)顯著：

1、前處理耗時(shí)：博清法僅需2h，傳統(tǒng)方法需12~48 h；

2、檢測(cè)限：有機(jī)質(zhì)檢測(cè)限0.05g/kg，PAHs檢測(cè)限0.1μg/kg；

3、回收率：博清法加標(biāo)回收率為92%~108%、89%~105%，符合環(huán)境監(jiān)測(cè)要求；

4、現(xiàn)場(chǎng)適用性：博清生物熒光計(jì)重量?jī)H3.5kg，支持電池供電，可實(shí)現(xiàn)野外原位測(cè)定；傳統(tǒng)儀器需實(shí)驗(yàn)室操作，無法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

三、討論

（一）博清生物熒光計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、高效性：前處理與分析時(shí)間大幅縮短，解決了傳統(tǒng)方法“慢響應(yīng)”的痛點(diǎn)，適合突發(fā)污染事件的快速溯源，及大范圍區(qū)域的批量樣品分析；

2、靈敏性：有機(jī)質(zhì)與PAHs的檢測(cè)限均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-2018）與《沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18668-2002）的要求，可精準(zhǔn)捕捉低濃度污染物信號(hào)；

3、多參數(shù)同步分析：通過EEM光譜可同時(shí)獲取有機(jī)質(zhì)組成（FI）、污染物含量（I???）及生態(tài)響應(yīng)（如有機(jī)質(zhì)與重金屬的負(fù)相關(guān)反映微生物活性抑制），為生態(tài)研究提供多維度數(shù)據(jù)；

4、環(huán)境友好：無需大量有機(jī)溶劑與強(qiáng)酸，減少二次污染，符合“綠色分析”理念。

（二）局限性與優(yōu)化方向

1、基質(zhì)干擾：黏土礦物對(duì)熒光信號(hào)有吸附作用，可能導(dǎo)致I???低估TOC含量。未來可通過添加分散劑或采用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法解析重疊信號(hào)；

2、污染物特異性：目前僅驗(yàn)證了PAHs的熒光識(shí)別，對(duì)于其他POPs的特征峰需進(jìn)一步標(biāo)定；

3、定量精度：雖與傳統(tǒng)方法相關(guān)性良好，但在高濃度污染樣品中，熒光信號(hào)易飽和，需優(yōu)化樣品稀釋比例。

（三）應(yīng)用前景

博清生物熒光計(jì)的應(yīng)用可拓展至多個(gè)領(lǐng)域：

1、環(huán)境監(jiān)測(cè)：流域尺度土壤/沉積物污染普查、農(nóng)田面源污染動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、工業(yè)場(chǎng)地修復(fù)效果評(píng)估；

2、生態(tài)研究：有機(jī)質(zhì)來源與遷移轉(zhuǎn)化、污染物-生物相互作用；

3、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：土壤肥力快速評(píng)估、農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

四、結(jié)論

（一）博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計(jì)可通過EEM光譜精準(zhǔn)識(shí)別土壤/沉積物中有機(jī)質(zhì)與PAHs的特征熒光信號(hào)，熒光參數(shù)可有效表征樣品的理化性質(zhì)與污染特征；

（二）該儀器測(cè)得的I???與TOC含量、I???與PAHs總量呈顯著正相關(guān)，加標(biāo)回收率符合環(huán)境監(jiān)測(cè)要求，定量精度與傳統(tǒng)方法相當(dāng)；

（三）相較于傳統(tǒng)方法，博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計(jì)具有前處理簡(jiǎn)單、便攜性強(qiáng)、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，為土壤與沉積物的高效監(jiān)測(cè)及生態(tài)研究提供了新工具；

（四）未來通過優(yōu)化基質(zhì)干擾校正方法與污染物特征峰標(biāo)定，可進(jìn)一步提升儀器的適用性，推動(dòng)其在環(huán)境與生態(tài)領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用。