平面光极案例：智能土壤能够追踪根际土壤中pH梯度的变化情况

本次分享一篇由 Daniel Patko在《Plant and Soil》上发表的一篇学术论文“Smart soils track the formation of pH gradients across the rhizosphere"。

这篇文章主要研究了智能土壤（smart soils）在跟踪植物根际（rhizosphere）pH梯度形成方面的能力。研究团队开发了一种人工基质，称为智能土壤，它能够获取并三维重建附着在土壤颗粒上的化学传感器。这些智能土壤使用与水折射率相匹配的聚合物颗粒，通过荧光发射来报告孔隙空间的pH值。研究中使用了光片显微镜（light sheet microscope）获取颗粒的多光谱信号，并利用机器学习算法预测智能土壤颗粒表面的pH变化和空间分布。

研究结果显示，该技术能够在真实pH值的±0.5单位范围内实时并原位地预测pH值。研究人员能够在植物根周围的几立方厘米体积内，以10微米分辨率重建pH分布。通过使用不同组成的智能土壤，研究人员揭示了根分泌物和孔隙结构如何创造化学性质的变异性。

结论表明，智能土壤能够捕捉到围绕生长中植物根形成的pH梯度。未来技术的发展可能包括微调土壤的物理化学性质、添加化学传感器和改进数据处理。因此，这项技术可能在推进我们对复杂根际过程的理解方面发挥关键作用。

在这篇文章中，Planar Optode（平面光极）技术被用于监测和量化植物根际（rhizosphere）中的化学变化，尤其是pH的变化。它能够帮助研究者们更深入地理解了植物根际的化学动态，并且为开发新一代智能土壤技术提供了科学基础。

智感环境团队开发的封闭式平面光极设备(PO2100)和便携式平面光极设备(PO1100)，可实现沉积物/土壤/植物根际/水体中pH、DO和CO₂的实时高分辨率检测，为环境检测提供了更便捷的工具。