在生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)研究的領(lǐng)域中，對植物根系與土壤之間復(fù)雜相互作用的深入理解一直是科學(xué)家們努力的方向。然而，由于土壤環(huán)境的復(fù)雜性和根系活動(dòng)的微觀性，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法往往難以在不影響原生環(huán)境的情況下，提供足夠精細(xì)的數(shù)據(jù)。幸運(yùn)的是，隨著科技的不斷進(jìn)步，平面光極技術(shù)以其非破壞性、高時(shí)空分辨率的特點(diǎn)，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(shù)是一種微尺度采樣和成像技術(shù)，其核心在于利用平面化的光極材料與目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)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?qū)μ囟ǖ幕瘜W(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，并通過光學(xué)信號的變化來檢測這些化學(xué)物質(zhì)的存在和濃度。當(dāng)目標(biāo)化學(xué)物質(zhì)與光敏層相互作用時(shí)，會(huì)引起光學(xué)性質(zhì)的變化，如熒光強(qiáng)度的改變，這些變化隨后被高靈敏度的設(shè)備捕捉和分析，從而實(shí)現(xiàn)對化學(xué)物質(zhì)的定量檢測。

設(shè)備特點(diǎn)

       平面光極設(shè)備在設(shè)計(jì)上充分考慮了實(shí)際應(yīng)用的需求。它們具備實(shí)時(shí)、快速地獲取區(qū)域DO/pH/CO2分布的能力，這對于監(jiān)測土壤和植物根際環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化至關(guān)重要。此外，設(shè)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(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。設(shè)備與軟件的配套使用，使得校準(zhǔn)、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(shù)實(shí)現(xiàn)了非侵入性成像測量，即在不破壞原生環(huán)境的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，這一特性對于生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)研究而言，無疑是一大福音。

在生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)研究中的應(yīng)用

       平面光極技術(shù)在生態(tài)學(xué)和農(nóng)業(yè)研究中的應(yīng)用前景廣闊。在生態(tài)學(xué)方面，它可以被用來監(jiān)測土壤微生物的活性、土壤養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)變化以及生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況等。通過對土壤和植物根際環(huán)境中DO、pH和CO2等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，科學(xué)家們能夠更準(zhǔn)確地評估生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。在農(nóng)業(yè)研究方面，平面光極技術(shù)同樣展現(xiàn)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(huì)發(fā)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(shù)，研究人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測這些變化，并評估其對作物生長和土壤質(zhì)量的影響。此外，該技術(shù)還可以用于研究不同施肥策略對土壤環(huán)境和作物產(chǎn)量的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。

前景展望

       隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，平面光極技術(shù)有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。其高分辨率和非破壞性的特點(diǎn)使其成為未來環(huán)境監(jiān)測和科學(xué)研究的有力工具。我們期待這一技術(shù)在未來能夠?yàn)槲覀兘沂靖嘧匀唤绲膴W秘，為生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供新的思路和方法。同時(shí)，我們也期待更多的科研工作者能夠加入到這一領(lǐng)域的研究中來，共同推動(dòng)平面光極技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

智感環(huán)境團(tuán)隊(duì)基于平面光極技術(shù)開發(fā)了封閉式平面光極設(shè)備，并成功將其應(yīng)用于沉積物-水微界面、水生動(dòng)植物和土壤植物根際環(huán)境的研究。這些設(shè)備具備以下特點(diǎn)：

1. 實(shí)時(shí)、快速地獲取區(qū)域DO/pH/CO₂的分布。

2. 設(shè)備自帶封閉式箱體，滿足測定所需的暗室條件。

3. 設(shè)備與軟件配套使用，可集成校準(zhǔn)、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(huán)境。

5. 配備高像素CMOS相機(jī)，實(shí)現(xiàn)時(shí)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(dòng)和攜帶，同樣能夠?qū)崟r(shí)、快速地獲取區(qū)域O2/pH/CO2的分布。使用前，熒光傳感膜需要標(biāo)定并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，工作環(huán)境和存儲環(huán)境對溫度和濕度有一定要求。