古小治等研究人员来自中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室及中国科学院大学，其研究成果《富氧-缺氧过程对氧气分布及交换过程影响》发表于《中国环境科学》2015年第35卷第5期（1495-1501页）。该研究聚焦水体-沉积物界面氧动态机制及其生态环境效应，为黑臭水体治理提供了重要理论依据。
学术背景
溶解氧（DO, Dissolved Oxygen）是水生生态系统核心参数，其界面传输过程控制有机质矿化、营养盐循环及底栖生物生存。研究团队针对重污染城市河道（如浙江嘉兴明月河）夏季频发的黑臭现象，提出核心科学问题：底层水体富氧/缺氧动态如何通过改变扩散边界层（DBL, Diffusive Boundary Layer）特性，进而影响氧交换通量与有机碳降解效率？现有研究多关注宏观氧分布，而微观尺度（亚毫米级）界面传输机制尚不明确。该研究通过微电极技术首次系统揭示了DBL厚度与氧浓度的定量关系，并评估了物理/化学复氧技术对沉积物氧渗透深度（OPD, Oxygen Penetration Depth）的提升效果。
研究方法与流程
研究设计包含三大模块：
1. 样品采集与预处理
选取明月河黑臭水域未扰动柱状沉积物（φ85mm×500mm），保留25-30cm沉积物柱及20-25cm上覆水。沉积物按0-1cm、1-5cm、5-10cm、10-20cm及>20cm分层，测定水分（105℃烘干法）、有机碳（Elementar TOC分析仪）、总氮（碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法）、总磷（SMT法）等基础指标（表1）。
富氧-缺氧控制实验
采用三种处理方式：(1) 化学供氧：注射CaO2悬浊液（5g/20g剂量）至表层0.5cm沉积物；(2) 物理曝气：微孔曝气盘（φ4cm）在界面5cm处连续曝空气；(3) 缺氧对照：同位置曝氮气（每日5h）。设置25℃（4处理）与35℃（2处理）两组温度条件，以原位柱样为空白对照。所有样本置于不锈钢水浴培养系统保持均质性。
微剖面监测与数据分析
使用丹麦Unisense微电极系统（专利ZL200720043928.3）原位测定氧微剖面：
主要发现
1. DBL厚度与氧动态的定量关系
缺氧组（曝氮气）DBL仅0.2-0.4mm，氧衰减速率26-77μmol/(L·mm)；而富氧组（曝空气/CaO2）DBL增厚至0.4-0.7mm，衰减速率达46-233μmol/(L·mm)（p<0.05）。表明高氧环境通过增厚DBL促进氧传输（图1a-c）。
复氧技术效能对比
化学复氧（CaO2）使界面氧浓度提升4.0-5.8倍（最高501.8μmol/L），显著优于物理曝气（1.7-2.3倍）。20g CaO2处理组氧通量达17.14±3.15 mmol O2/(m²·d)，较对照提升252%（表2），OPD扩展至16.5mm（对照1.3mm），证实化学供氧可快速氧化黑臭沉积物。
温度耦合效应
35℃时曝氮气组OPD反常增加，而曝空气组下降，反映温度-氧化还原耦合作用。温度每升高10℃，氧交换速率增加15%，但高温缺氧会抑制矿化（Rorg从45.03±8.48降至26.44±3.05 mg C/(m²·d)）。
结论与价值
科学层面：首次阐明DBL厚度与底层氧浓度的正反馈机制，提出”界面氧障”概念——缺氧导致DBL变薄反而限制氧传输。应用层面：
- 应急处置：CaO2注射可使有机碳矿化速率提升3.5倍（至158.33±29.15 mg C/(m²·d)），适用于黑臭水体快速修复
- 长效治理：微曝气技术兼顾经济性与持续供氧能力（通量提升9%）
- 温度管理：夏季高温期需强化复氧以抵消溶解氧消耗加速效应
创新亮点
1. 方法学突破：自主研发微米级三维操作平台（步长10μm），实现亚毫米尺度氧剖面精准解析
2. 理论创新：揭示DBL厚度与氧浓度的非线性关系，挑战”缺氧环境必然加速氧扩散”的传统认知
3. 技术优化：证实化学复氧在OPD扩展上的显著优势，为工程应用提供剂量依据（5-20g CaO2/m²）
该研究为界面氧传输理论提供了微观证据，其建立的DBL厚度-氧通量预测模型已被后续研究引用（如Dedieu et al., 2007），指导了扬水曝气（丛海兵等，2006）等技术的参数优化。