平面光极案例：白羽扇豆根际CO2浓度的时空模式和土壤水分动态之间的关联

本次分享一篇由德国波茨坦大学环境科学与地理研究所团队在《Rhizosphere》上发表的一篇学术论文--Spatio-temporal patterns of rhizosphere CO₂ concentration are linked to root type and soil moisture dynamics in white lupine。本文探讨了白羽扇豆（Lupinus albus）根际CO₂浓度的时空模式，并分析了这些模式与根类型和土壤水分动态之间的关联。研究通过使用根际管（rhizotron）实验系统，结合平面光极成像技术，对白色羽扇豆的根际区域进行了详细的监测和分析。

在本文中，平面光极技术被应用于监测白色羽扇豆（Lupinus albus）根际区域的CO₂分压（pCO₂）。通过这种技术，研究人员能够详细地了解根际pCO₂的时空动态，以及这些动态如何依赖于根的类型和土壤水分条件。以下是平面光极在本研究中的具体应用：

1. 监测根际pCO₂：研究人员使用平面光极成像技术每日在恒定土壤水分条件下测量pCO₂，以及在连续的干旱-再湿润实验中每小时测量pCO₂。这种高频率的监测有助于捕捉根际CO₂浓度的快速变化。

2. 分析根类型对pCO₂的影响：研究发现，在植物生长的早期阶段，围绕丛根形成了高CO₂浓度区域，而在侧根周围的pCO₂相对较低。这表明不同类型根系的代谢活动对根际CO₂的产生有不同的影响。

3. 评估土壤水分对pCO₂的影响：通过干旱-再湿润实验，研究人员观察到土壤再湿润后根表面pCO₂的显著增加。这表明土壤水分条件对根际CO₂的传输和释放有重要影响。

4. 量化CO₂积累区域的变化：研究还发现，围绕丛根的CO2积累区域在湿润土壤中显著增大，而在侧根周围的CO₂积累区域则相对较小且变化不大。这说明土壤水分条件对根际CO₂梯度的形成和分布有显著影响。

通过这些应用，平面光极技术为研究人员提供了一种强有力的工具，以非侵入性、高分辨率的方式监测根际区域的CO₂动态。这不仅有助于理解植物根系和土壤微生物如何相互作用影响土壤CO₂的产生和释放，还有助于揭示土壤水分变化如何调节这些生物地球化学过程。这对于预测和管理土壤碳循环具有重要意义，特别是在全球变化背景下对土壤作为碳汇或碳源功能的理解。

平面光极技术是当今先进的光电传感技术之一，智感环境团队基于这种技术，相继开发出了一种封闭式平面光极设备(PO2100)和一种便携式平面光极设备(PO1100)，可实现pH、DO和CO₂实时高分辨率检测，这在光电传感技术领域是-项重大的突破。2020年智感环境的PO1100设备成功走进法国波尔多大学，为“中国制造"赢得了世界的尊重。