沉积物-水界面是水体中最为活跃的区域,也是上覆水体与沉积物之间物质交换的重要边界环境。溶解氧作为沉积物-水界面关键的物理化学指标之一,在控制元素地球化学循环、沉积物内源污染物释放以及评估水生态与水环境健康等方面起着重要作用。本文通过优化氧气平面光学传感器的制备方法,构建室内氧气平面光学传感器监测设备以及便携式原位监测设备,在高时空分辨条件下获取了室内模拟实验以及湖泊中沉积物-水界面溶解氧的二维空间分布,为流域水资源与水环境管理与优化提供数据支持。主要结论如下:(1)超声喷涂法制备的氧气平面光学传感器相比于传统的涂布法具有更好的均匀性和可重复性,可明显的提高测量的精确性;此外,制备的氧气平面光学传感器的反应时间约为6 s,具有优良的可逆性,出色的光学稳定性,并且可在沉积物中长期使用至少30天。(2)通过对电源、控制系统、激发光源以及图像采集系统的集成构建了平面光学传感器室内监测设备,该设备不仅能够节省实验室空间、降低外界光线干扰,而且提高了实验的可操作性。我们使用该设备研究了不同底栖生物扰动(钩虾和霍甫水丝蚓)对沉积物-水界面溶解氧分布和动态的影响。钩虾属于廊道构建者,挖掘的通风洞穴能够将含氧上覆水引灌至洞穴中,明显地提高沉积物中溶解氧空间分布的异质性,并提高沉积物中溶解氧浓度,改变溶解氧在沉积物中的渗透深度和扩散流量。霍甫水丝蚓属于向上输送者,将深层的厌氧沉积物搬运至表层上覆水中,在沉积物-水界面形成“烟雾状”厌氧流体,通过尾部的摆动能够对表层沉积物造成轻微扰动,导致表层沉积物溶解氧含量出现轻微波动,并改变沉积物-水界面的氧气渗透深度和扩散流量。研究表明,不同类型底栖生物会对沉积物中溶解氧的分布和动态产生不同的影响,进而对沉积物中污染物的迁移转化产生不同的影响。(3)通过使用面阵激发光源系统以及线扫成像系统,并将其固定于同一扫描平台上,减小了设备的体积和重量,使其具备了便携性能,并且该设备具有良好的密封性能与耐压能力,可以用于水深<30 m的湖泊水域;在室内进行好氧-厌氧转换实验,持续监测了沉积物-水界面溶解氧的空间分布的动态变化,验证了该设备成像的可行性;使用便携式监测设备在太湖进行了原位监测,成功获取了溶解氧在扰动和未扰动条件下沉积物-水界面的二维空间分布,结果表明底栖动物以及水生植物会分别通过生物引灌以及根系泌氧等行为将溶解氧引灌或者释放到沉积物中,导致溶解氧在沉积物中产生了高度异质性。