本次分享一篇由 Daniel Patko在《Plant and Soil》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)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(tuán)隊開發(fā)了一種人工基質(zhì)，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(xué)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(fā)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(xué)習(xí)算法預(yù)測智能土壤顆粒表面的pH變化和空間分布。

研究結(jié)果顯示，該技術(shù)能夠在真實pH值的±0.5單位范圍內(nèi)實時并原位地預(yù)測pH值。研究人員能夠在植物根周圍的幾立方厘米體積內(nèi)，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(jié)構(gòu)如何創(chuàng)造化學(xué)性質(zhì)的變異性。

結(jié)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(shù)的發(fā)展可能包括微調(diào)土壤的物理化學(xué)性質(zhì)、添加化學(xué)傳感器和改進(jìn)數(shù)據(jù)處理。因此，這項技術(shù)可能在推進(jìn)我們對復(fù)雜根際過程的理解方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在這篇文章中，Planar Optode（平面光極）技術(shù)被用于監(jiān)測和量化植物根際（rhizosphere）中的化學(xué)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(xué)動態(tài)，并且為開發(fā)新一代智能土壤技術(shù)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

智感環(huán)境團(tuán)隊開發(fā)的封閉式平面光極設(shè)備(PO2100)和便攜式平面光極設(shè)備(PO1100)，可實現(xiàn)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(huán)境檢測提供了更便捷的工具。