平(ping)面(mian)光極案例(li)：白羽扇(shan)豆(dou)根際(ji)CO2濃度(du)的(de)時(shi)空模式(shi)和土壤水(shui)分動(dong)態之(zhi)間(jian)的(de)關聯

本(ben)次(ci)分享(xiang)壹(yi)篇(pian)由德國(guo)波茨坦大學環(huan)境(jing)科(ke)學(xue)與地(di)理研(yan)究所團隊在《Rhizosphere》上(shang)發(fa)表的(de)壹(yi)篇(pian)學(xue)術(shu)論(lun)文--Spatio-temporal patterns of rhizosphere CO₂ concentration are linked to root type and soil moisture dynamics in white lupine。本文(wen)探(tan)討(tao)了白(bai)羽扇(shan)豆(dou)（Lupinus albus）根際(ji)CO₂濃度(du)的(de)時(shi)空模式(shi)，並(bing)分析了這(zhe)些模式(shi)與根類型和土壤水(shui)分動(dong)態之(zhi)間(jian)的(de)關聯。研(yan)究通(tong)過(guo)使(shi)用根際(ji)管(guan)（rhizotron）實驗系(xi)統(tong)，結合(he)平(ping)面(mian)光極成像(xiang)技(ji)術，對(dui)白色(se)羽(yu)扇(shan)豆(dou)的(de)根際(ji)區域進行了(le)詳細(xi)的(de)監(jian)測(ce)和分析。

在(zai)本文中，平(ping)面(mian)光極技(ji)術被應(ying)用於(yu)監(jian)測(ce)白(bai)色(se)羽(yu)扇(shan)豆(dou)（Lupinus albus）根際(ji)區域的(de)CO₂分壓（pCO₂）。通過(guo)這(zhe)種(zhong)技(ji)術，研(yan)究人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)詳細(xi)地(di)了解(jie)根際(ji)pCO₂的(de)時(shi)空動(dong)態，以及(ji)這些動(dong)態如何依(yi)賴(lai)於(yu)根的(de)類型和土壤水(shui)分條(tiao)件。以下是平(ping)面(mian)光極在本(ben)研(yan)究中(zhong)的(de)具體(ti)應(ying)用：

1. 監(jian)測(ce)根際(ji)pCO₂：研(yan)究人(ren)員(yuan)使(shi)用平(ping)面(mian)光極成像(xiang)技(ji)術每(mei)日在(zai)恒定(ding)土壤水(shui)分條(tiao)件下測(ce)量(liang)pCO₂，以及(ji)在連(lian)續(xu)的(de)幹旱(han)-再(zai)濕(shi)潤實(shi)驗中(zhong)每(mei)小(xiao)時(shi)測(ce)量(liang)pCO₂。這種(zhong)高(gao)頻率的(de)監(jian)測(ce)有(you)助(zhu)於(yu)捕捉根際(ji)CO₂濃度(du)的(de)快(kuai)速變(bian)化(hua)。

2. 分析根類型對pCO₂的(de)影響：研(yan)究發(fa)現，在(zai)植(zhi)物(wu)生長的(de)早期(qi)階段(duan)，圍(wei)繞(rao)叢(cong)根形成了高(gao)CO₂濃(nong)度(du)區域，而(er)在(zai)側根周圍(wei)的(de)pCO₂相對較(jiao)低(di)。這(zhe)表(biao)明(ming)不同類型根系(xi)的(de)代(dai)謝活(huo)動(dong)對(dui)根際(ji)CO₂的(de)產生(sheng)有(you)不同的(de)影響。

3. 評估(gu)土壤水(shui)分對pCO₂的(de)影響：通過(guo)幹旱(han)-再(zai)濕(shi)潤實(shi)驗，研(yan)究人(ren)員(yuan)觀(guan)察到土壤再(zai)濕(shi)潤後(hou)根表面(mian)pCO₂的(de)顯著(zhu)增加。這表明(ming)土壤水(shui)分條(tiao)件對根際(ji)CO₂的(de)傳輸(shu)和釋放(fang)有重(zhong)要(yao)影響。

4. 量(liang)化CO₂積(ji)累區域的(de)變(bian)化(hua)：研(yan)究還(hai)發(fa)現，圍(wei)繞(rao)叢(cong)根的(de)CO2積累(lei)區域在濕(shi)潤土壤中(zhong)顯(xian)著增大(da)，而(er)在(zai)側根周圍(wei)的(de)CO₂積累(lei)區域則相對較(jiao)小(xiao)且變(bian)化(hua)不大。這說(shuo)明(ming)土壤水(shui)分條(tiao)件對根際(ji)CO₂梯(ti)度(du)的(de)形成和分布(bu)有顯(xian)著影響。

通過(guo)這(zhe)些應用，平(ping)面(mian)光極技(ji)術為(wei)研(yan)究人(ren)員(yuan)提(ti)供了壹(yi)種(zhong)強(qiang)有力的(de)工具(ju)，以非(fei)侵入性、高(gao)分辨(bian)率的(de)方(fang)式監(jian)測(ce)根際(ji)區域的(de)CO₂動(dong)態。這不僅有助(zhu)於(yu)理(li)解(jie)植(zhi)物(wu)根系(xi)和土壤微(wei)生物(wu)如何相互(hu)作(zuo)用影響土壤CO₂的(de)產生(sheng)和釋放(fang)，還(hai)有助(zhu)於(yu)揭(jie)示土壤水(shui)分變(bian)化(hua)如何調節這些生物(wu)地(di)球(qiu)化(hua)學(xue)過(guo)程(cheng)。這對於(yu)預(yu)測(ce)和管(guan)理土壤碳(tan)循(xun)環(huan)具有(you)重(zhong)要(yao)意義(yi)，特別(bie)是在(zai)全球(qiu)變(bian)化(hua)背(bei)景下(xia)對土壤作(zuo)為(wei)碳(tan)匯或碳(tan)源功(gong)能(neng)的(de)理解(jie)。

平(ping)面(mian)光極技(ji)術是當(dang)今先進的(de)光電(dian)傳感技(ji)術之(zhi)壹(yi)，智(zhi)感環(huan)境(jing)團隊基(ji)於(yu)這(zhe)種(zhong)技(ji)術，相繼(ji)開(kai)發(fa)出了(le)壹(yi)種(zhong)封(feng)閉式平(ping)面(mian)光極設備(bei)(PO2100)和壹(yi)種(zhong)便攜(xie)式(shi)平(ping)面(mian)光極設備(bei)(PO1100)，可(ke)實(shi)現pH、DO和CO₂實時(shi)高分辨(bian)率檢測(ce)，這(zhe)在(zai)光電(dian)傳感技(ji)術領(ling)域是-項(xiang)重(zhong)大(da)的(de)突(tu)破。2020年(nian)智感環(huan)境(jing)的(de)PO1100設備(bei)成功(gong)走(zou)進法(fa)國(guo)波爾多(duo)大(da)學，為(wei)“中(zhong)國(guo)制(zhi)造(zao)"贏(ying)得了世界的(de)尊重(zhong)。