在土壤学研究中，根际过程一直是重要研究方向。植物根系与土壤之间的相互作用，不仅影响植物生长，还对整个生态系统的稳定有重要意义。但由于土壤环境复杂，不同位置的物理化学性质差异大，传统监测方法很难准确观测到植物根际过程的具体变化。平面光极技术的出现，为解决这一难题提供了有效手段。
一、技术原理
平面光极技术是一种基于光电和荧光分析的微尺度监测技术。它通过将能与目标物质发生反应的发光指示剂，制成超薄的传感膜。当传感膜接触土壤中的物质（如氧气、二氧化碳、离子等）时，指示剂会发生化学反应，导致发光信号改变。通过数字成像设备记录这些发光信号的变化，再经过算法计算，就能得出目标物质在土壤中的浓度和分布情况。
这项技术具有四大优势：一是分辨率高，可以精确到亚毫米级别，能捕捉到土壤中微小区域的变化；二是灵敏度高，即使物质浓度很低也能检测到；三是能够实时监测，动态记录物质浓度随时间的变化；四是可以原位检测，直接在土壤环境中进行测量，避免采样过程对土壤环境的干扰。
二、在根际的应用
根际是植物根系与土壤、微生物相互作用的区域，这一区域会发生氧气消耗、养分交换、酸碱变化等复杂过程。平面光极技术可以对这些过程进行有效监测。
在氧气监测方面，通过平面光极技术可以测量根际区域的溶解氧浓度。研究发现，玉米根表皮附近的氧浓度比周围土壤低 30%，距离根系 1 毫米处氧浓度又明显回升。这些数据能帮助我们了解根系和微生物的呼吸强度。
对于土壤酸碱度（pH 值）的监测，平面光极技术也有重要作用。例如在豆科植物固氮研究中发现，根际 pH 值会升高 0.5 - 1 个单位，这种酸碱度变化会影响根瘤菌活性和重金属的存在形态。
在二氧化碳监测方面，研究人员利用平面光极技术发现，夜间植物呼吸作用强，根际二氧化碳浓度比白天高出 50%，这为研究土壤碳循环提供了数据支持。
三、在土壤微观异质性研究中的应用
土壤在微观尺度上存在物理、化学和生物性质的差异，这些差异会影响植物生长。传统研究方法难以准确测量这些细微差异，而平面光极技术可以实现这一目标。
在土壤研究中，平面光极技术检测到，距离植物根系 0.5 毫米处的磷浓度是周围土壤的 2 倍，但水分含量却低 15%。通过持续监测这些数据，科学家可以更准确地分析植物根系对土壤资源的吸收规律，建立植物与土壤相互作用的模型，预测不同环境下植物的生长情况和生态系统的变化。
智感环境团队基于平面光极技术，成功研发封闭式平面光极设备和便携式平面光极设备，并将其应用于沉积物-水微界面、水生动植物及土壤植物根际环境研究。该设备具备以下特性：
1. 可快速实时获取区域DO/pH/CO₂分布信息；
2. 封闭式箱体设计满足暗室测定需求；
3. 软硬件配套，实现校准、图像采集与处理一体化；
4. 非侵入式测量，不破坏原生环境；
5. 高像素CMOS相机保障毫秒级时间分辨率与亚毫米级空间分辨率。
咨询电话