易科泰樣芯分析技術(shù)應(yīng)用案例(十一)

高分辨率高光譜成像研究Jaczno半混合湖全新世光養(yǎng)生物群落和缺氧動(dòng)態(tài)

上一期《易科泰樣芯分析技術(shù)應(yīng)用案例》, 我們介紹了利用CORESCANNER X光芯體密度掃描成像與元素分析技術(shù)（XRF）和SPECIM樣芯高光譜成像技術(shù)（HSI）研究厄瓜多爾火山灰的案例，本期將介紹利用XRF和HSI研究波蘭東北部Jaczno半混合湖全新世光養(yǎng)生物群落和缺氧動(dòng)態(tài)的案例。

淡水系統(tǒng)缺氧和混合方式改變的擴(kuò)散傳播是日益引起人們關(guān)注的主要環(huán)境問(wèn)題，根據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)的氣候變化和人類影響將使水生生態(tài)系統(tǒng)日益惡化，對(duì)過(guò)去這種變化過(guò)程和驅(qū)動(dòng)因素的研究可為將來(lái)預(yù)防和補(bǔ)救提供巨大助力。瑞士伯爾尼大學(xué)的研究人員使用多代理方法，將高分辨率高光譜成像（HSI）獲得的色素?cái)?shù)據(jù)、XRF數(shù)據(jù)與超高效液相色譜葉綠素和類胡蘿卜素?cái)?shù)據(jù)相結(jié)合，以研究波蘭東北部Jaczno半混合湖全新世（1萬(wàn)年以內(nèi)）營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)變化和缺氧演變。研究結(jié)果發(fā)表于2020年《Biogeosciences》（Holocene phototrophic community and anoxia dynamics in meromictic Lake Jaczno (NE Poland) using high-resolution hyperspectral imaging and HPLC data）。

研究顯示，9500年前，在盆地形成之后，Jaczno湖就具備了缺氧和硫化物條件；直到6700年前，湖泊的自養(yǎng)能力較低，濁度較高，并且在光養(yǎng)群落中綠色硫細(xì)菌（GSB）較為豐富，表明較深的有氧-缺氧邊界和弱分層態(tài)；6700-500年前之間的時(shí)期特征是湖泊產(chǎn)量不斷增加，并且從綠色硫細(xì)菌逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙蚣?xì)菌（PSB），這表明有氧-缺氧邊界更淺，分層明顯，然而沉積物中的球狀烯和精胺酮表明存在間歇性缺氧過(guò)程；500年前至今，人類影響力逐漸增強(qiáng)，森林砍伐和集約化農(nóng)業(yè)加劇了湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化，紫色硫細(xì)菌占據(jù)主導(dǎo)地位，缺氧和半混合態(tài)開始建立，這項(xiàng)研究明確了人類對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化和缺氧過(guò)程的影響

XRF掃描通過(guò)伯爾尼大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的ITRAX CoreScanner（鉻管）進(jìn)行，連續(xù)掃描步長(zhǎng)為2mm（曝光時(shí)間20s，30kv，50mA），結(jié)果以計(jì)數(shù)（峰面積）的形式給出。從檢測(cè)到的元素中，Ti用作流域侵蝕輸入的替代物，Ca用作內(nèi)生碳酸鈣的替代物，Si / Ti用作生物硅的替代物，S、Fe、Mn和Mn / Fe用作表征氧化還原條件的替代物。

同時(shí)，研究人員還使用了Specim V10E傳感器（光譜范圍400-1000nm，光譜分辨率2.8nm），對(duì)剛采集的半芯樣品進(jìn)行高光譜成像掃描，后經(jīng)ENVI軟件分析處理得到其相對(duì)吸收波段深度（RABD）數(shù)據(jù)。其中RABD673（光譜范圍590–730 nm）用于指示葉綠素及其成巖產(chǎn)物（TChl），代表該階段水體可正常進(jìn)行初級(jí)生產(chǎn)；而RABD845（光譜范圍790–895 nm）用于指示細(xì)菌脫鎂葉綠素a和b（Bphe），代表該階段水體處于缺氧或半混合狀態(tài)。由于紫色硫細(xì)菌和非硫細(xì)菌在有光照的厭氧條件下產(chǎn)生大量Bphe a和b，而綠色硫細(xì)菌產(chǎn)生的Bphe c、d和e未被RABD845光譜范圍內(nèi)吸收，因此基于高光譜數(shù)據(jù)推斷的細(xì)菌脫鎂葉綠素反映了水體中紫色細(xì)菌的含量。

這項(xiàng)研究顯示出結(jié)合HPLC數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證的HSI測(cè)量的巨大潛力，而Jaczno湖提供了很理想的樣芯，可以探索在自然分層的湖泊系統(tǒng)中，從小到*烈的人類影響，可能導(dǎo)致湖泊混合，生產(chǎn)和持續(xù)的底部缺氧的變化機(jī)制。該研究，以及歐洲其它湖泊的相關(guān)研究，可以擴(kuò)展人類對(duì)這些主要環(huán)境問(wèn)題的理解，同時(shí)為將來(lái)實(shí)施有效的技術(shù)修復(fù)提供可行性參考。

研究結(jié)果見下圖：

易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供全面樣芯掃描成像分析技術(shù)方案：

• 高分辨率樣芯（芯體）掃描成像分析，全面反映二維密度/質(zhì)地和化學(xué)成分分布
• 巖礦樣芯、海洋湖泊沉積樣芯、樹木年輪樣芯等
• RGB掃描成像與CT技術(shù)密度掃描成像
• 高光譜掃描成像分析
• XRF元素掃描分析
• 高通量、非損傷
• 可選配LIBS元素分析

主要產(chǎn)品技術(shù)：

• SisuROCK多樣芯高通量高光譜成像掃描分析系統(tǒng)
• SisuSCS單樣芯高光譜成像掃描分析系統(tǒng)
• SisuCHEMA高光譜成像分析系統(tǒng)
• SpectraScan高光譜成像掃描分析系統(tǒng)
• ITRAX CoreScanner樣芯密度與元素掃描分析系統(tǒng)
• ITRAX XRF Scanner 巖礦/湖海樣芯元素掃描分析系統(tǒng)
• ITRAX MultiScanner樹木年輪分析系統(tǒng)
• VIS-NIR P4000土壤樣芯理化性質(zhì)勘測(cè)系統(tǒng)