在土壤學研究中，根際過程一直是重要研究方向。植物根系與土壤之間的相互作用，不僅影響植物生長，還對整個生態系統的穩定有重要意義。但由于土壤環境復雜，不同位置的物理化學性質差異大，傳統監測方法很難準確觀測到植物根際過程的具體變化。平面光極技術的出現，為解決這一難題提供了有效手段。

一、技術原理

平面光極技術是一種基于光電和熒光分析的微尺度監測技術。它通過將能與目標物質發生反應的發光指示劑，制成超薄的傳感膜。當傳感膜接觸土壤中的物質（如氧氣、二氧化碳、離子等）時，指示劑會發生化學反應，導致發光信號改變。通過數字成像設備記錄這些發光信號的變化，再經過算法計算，就能得出目標物質在土壤中的濃度和分布情況。

這項技術具有四大優勢：一是分辨率高，可以精確到亞毫米級別，能捕捉到土壤中微小區域的變化；二是靈敏度高，即使物質濃度很低也能檢測到；三是能夠實時監測，動態記錄物質濃度隨時間的變化；四是可以原位檢測，直接在土壤環境中進行測量，避免采樣過程對土壤環境的干擾。

二、在根際的應用

根際是植物根系與土壤、微生物相互作用的區域，這一區域會發生氧氣消耗、養分交換、酸堿變化等復雜過程。平面光極技術可以對這些過程進行有效監測。

在氧氣監測方面，通過平面光極技術可以測量根際區域的溶解氧濃度。研究發現，玉米根表皮附近的氧濃度比周圍土壤低 30%，距離根系 1 毫米處氧濃度又明顯回升。這些數據能幫助我們了解根系和微生物的呼吸強度。

對于土壤酸堿度（pH 值）的監測，平面光極技術也有重要作用。例如在豆科植物固氮研究中發現，根際 pH 值會升高 0.5 - 1 個單位，這種酸堿度變化會影響根瘤菌活性和重金屬的存在形態。

在二氧化碳監測方面，研究人員利用平面光極技術發現，夜間植物呼吸作用強，根際二氧化碳濃度比白天高出 50%，這為研究土壤碳循環提供了數據支持。

三、在土壤微觀異質性研究中的應用

土壤在微觀尺度上存在物理、化學和生物性質的差異，這些差異會影響植物生長。傳統研究方法難以準確測量這些細微差異，而平面光極技術可以實現這一目標。

在土壤研究中，平面光極技術檢測到，距離植物根系 0.5 毫米處的磷濃度是周圍土壤的 2 倍，但水分含量卻低 15%。通過持續監測這些數據，科學家可以更準確地分析植物根系對土壤資源的吸收規律，建立植物與土壤相互作用的模型，預測不同環境下植物的生長情況和生態系統的變化。

智感環境團隊基于平面光極技術，成功研發封閉式平面光極設備和便攜式平面光極設備，并將其應用于沉積物-水微界面、水生動植物及土壤植物根際環境研究。該設備具備以下特性：

1. 可快速實時獲取區域DO/pH/CO?分布信息；

2. 封閉式箱體設計滿足暗室測定需求；

3. 軟硬件配套，實現校準、圖像采集與處理一體化；

4. 非侵入式測量，不破壞原生環境；

5. 高像素CMOS相機保障毫秒級時間分辨率與亞毫米級空間分辨率。