平面光極案例：智能土壤能夠追蹤根際土壤中pH梯度的變化情況

本次分享一篇由 Daniel Patko在《Plant and Soil》上發表的一篇學術論文“Smart soils track the formation of pH gradients across the rhizosphere"。

這篇文章主要研究了智能土壤（smart soils）在跟蹤植物根際（rhizosphere）pH梯度形成方面的能力。研究團隊開發了一種人工基質，稱為智能土壤，它能夠獲取并三維重建附著在土壤顆粒上的化學傳感器。這些智能土壤使用與水折射率相匹配的聚合物顆粒，通過熒光發射來報告孔隙空間的pH值。研究中使用了光片顯微鏡（light sheet microscope）獲取顆粒的多光譜信號，并利用機器學習算法預測智能土壤顆粒表面的pH變化和空間分布。

研究結果顯示，該技術能夠在真實pH值的±0.5單位范圍內實時并原位地預測pH值。研究人員能夠在植物根周圍的幾立方厘米體積內，以10微米分辨率重建pH分布。通過使用不同組成的智能土壤，研究人員揭示了根分泌物和孔隙結構如何創造化學性質的變異性。

結論表明，智能土壤能夠捕捉到圍繞生長中植物根形成的pH梯度。未來技術的發展可能包括微調土壤的物理化學性質、添加化學傳感器和改進數據處理。因此，這項技術可能在推進我們對復雜根際過程的理解方面發揮關鍵作用。

在這篇文章中，Planar Optode（平面光極）技術被用于監測和量化植物根際（rhizosphere）中的化學變化，尤其是pH的變化。它能夠幫助研究者們更深入地理解了植物根際的化學動態，并且為開發新一代智能土壤技術提供了科學基礎。

智感環境團隊開發的封閉式平面光極設備(PO2100)和便攜式平面光極設備(PO1100)，可實現沉積物/土壤/植物根際/水體中pH、DO和CO₂的實時高分辨率檢測，為環境檢測提供了更便捷的工具。