揭秘平面光極技術：如何實現亞毫米尺度上的根際過程監測

       在生態學和農業研究的領域中，對植物根系與土壤之間復雜相互作用的深入理解一直是科學家們努力的方向。然而，由于土壤環境的復雜性和根系活動的微觀性，傳統的監測方法往往難以在不影響原生環境的情況下，提供足夠精細的數據。幸運的是，隨著科技的不斷進步，平面光極技術以其非破壞性、高時空分辨率的特點，為這一難題提供了可能的解決方案。

工作原理

       平面光極技術是一種微尺度采樣和成像技術，其核心在于利用平面化的光極材料與目標化學物質之間的相互作用。這些光極材料通常是由透明的基底材料和敏感的光敏層組成，光敏層能夠對特定的化學物質產生反應，并通過光學信號的變化來檢測這些化學物質的存在和濃度。當目標化學物質與光敏層相互作用時，會引起光學性質的變化，如熒光強度的改變，這些變化隨后被高靈敏度的設備捕捉和分析，從而實現對化學物質的定量檢測。

設備特點

       平面光極設備在設計上充分考慮了實際應用的需求。它們具備實時、快速地獲取區域DO/pH/CO2分布的能力，這對于監測土壤和植物根際環境的動態變化至關重要。此外，設備自帶的封閉式箱體滿足了測定所需的暗室條件，確保了測量的準確性和穩定性。設備與軟件的配套使用，使得校準、圖像獲取和處理等過程一體化，大大簡化了操作流程。更重要的是，平面光極技術實現了非侵入性成像測量，即在不破壞原生環境的情況下進行實時監測，這一特性對于生態學和農業研究而言，無疑是一大福音。

在生態學和農業研究中的應用

       平面光極技術在生態學和農業研究中的應用前景廣闊。在生態學方面，它可以被用來監測土壤微生物的活性、土壤養分的動態變化以及生態系統的健康狀況等。通過對土壤和植物根際環境中DO、pH和CO2等關鍵參數的實時監測，科學家們能夠更準確地評估生態系統的穩定性和可持續性。在農業研究方面，平面光極技術同樣展現出了巨大的潛力。例如，在氮肥施用后，土壤中的氨（NH3）和pH值會發生變化，這些變化對硝化作用活性以及土壤微生物的活性都有重要影響。通過平面光極技術，研究人員可以實時監測這些變化，并評估其對作物生長和土壤質量的影響。此外，該技術還可以用于研究不同施肥策略對土壤環境和作物產量的影響，為農業生產提供科學指導。

前景展望

       隨著科學技術的不斷進步，平面光極技術有望在更多領域發揮重要作用。其高分辨率和非破壞性的特點使其成為未來環境監測和科學研究的有力工具。我們期待這一技術在未來能夠為我們揭示更多自然界的奧秘，為生態保護和可持續發展提供新的思路和方法。同時，我們也期待更多的科研工作者能夠加入到這一領域的研究中來，共同推動平面光極技術的發展和應用。

智感環境團隊基于平面光極技術開發了封閉式平面光極設備，并成功將其應用于沉積物-水微界面、水生動植物和土壤植物根際環境的研究。這些設備具備以下特點：

1. 實時、快速地獲取區域DO/pH/CO₂的分布。

2. 設備自帶封閉式箱體，滿足測定所需的暗室條件。

3. 設備與軟件配套使用，可集成校準、獲取圖像、處理圖像于一體。

4. 非侵入性成像測量，不破壞原生環境。

5. 配備高像素CMOS相機，實現時間分辨率毫秒級，空間分辨率亞毫米級。

此外，還有便攜式平面光極檢測儀PO1100，它小巧輕便、便于移動和攜帶，同樣能夠實時、快速地獲取區域O2/pH/CO2的分布。使用前，熒光傳感膜需要標定并繪制標準曲線，工作環境和存儲環境對溫度和濕度有一定要求。