濕地植物的根際修復是一種環(huán)境友好型的沉積物磷（P）去除策略，依賴根系與微生物之間相互作用。本研究利用高分辨采樣和成像、宏基因組測序等方法，研究了濕地植物根際中磷的固定和動員機制。磷、鐵（Fe）和錳（Mn）的二維空間分布表明，鐵氧化物吸附而非錳氧化導致了根際活性磷的耗竭，鐵結合態(tài)磷組分增加支撐了這一論點。植物根系通過改變根際環(huán)境和磷循環(huán)微生物群落，從沉積物中獲取低有效性磷。通過局部酸化和增加的磷酸酶活性，分別增強了礦物磷的溶解和有機磷的礦化。根際中磷溶解和礦化基因（gcd和phnW）相對豐度增加，以及磷轉運基因（ugpA、ugpB和pit）基因減少，表明微生物活化磷的潛能增加、同化磷的潛能降。上述活化磷的過程導致培養(yǎng)期間濕地植物根際中10.04%無機磷和15.23%有機磷的再動員。然而，上述過程并不能補償根系吸收和礦物固定導致的根際磷耗竭。研究結果為根際磷循環(huán)過程與機制提供了新的見解，有助于指導未來的植物修復策略。

將DO和pH熒光膜（光化學傳感膜）置于沉積物/土壤/植物根際與容器器壁之間，在光源的激發(fā)下，DO和pH熒光膜把被測物含量轉換成光學信號，并用CCD相機捕獲這種熒光變化，通過不同的發(fā)射光強度進行定量，通過平面光極設備配套分析軟件計算出DO濃度和pH值，從而生成根際中DO和pH的二維空間分布圖像，這些圖像有助于揭示根際中磷的固定和活化機制。

Li et al.,Water Research.,2024

長期施用生物炭對土壤磷（P）在水稻（Oryza sativa L.）根-土界面的通量及其在根際的可用性的影響尚不清楚。本研究使用薄膜擴散梯度（DGT）、激光剝蝕感應耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）和平面膜極傳感器技術，對施用生物炭10年后水稻根際土壤中磷、鐵（Fe）、硫（S）和微量元素通量、溶解氧和pH的二維異質性和動態(tài)進行了原位表征。與對照（未施用生物炭）相比，以4.5、22.5和45.0 Mg ha?1 yr?1施用的生物炭分別使根際磷通量減少了11.6%、63.4%和79.0%。生物炭處理下磷通量的減少歸因于根際土壤中溶解氧降低導致的鐵和硫的氧化還原狀態(tài)改變，以及土壤pH升高引起的可溶性無機磷沉淀為不可為作物吸收的難溶形式，如與鈣結合的磷和殘余磷。較高施用量的生物炭導致水稻根際中砷（As）和鉛（Pb）通量降低，以及作物對它們的可用性降低。在施用生物炭10年后，對水稻根際的微米級原位觀測結果直接顯示了長期生物炭和根際異質性對磷轉化過程的復雜影響。

平面光極技術的應用使得研究者能夠在微觀尺度上觀察和量化根際中的生物地球化學過程，為理解植物根部如何調節(jié)根際環(huán)境以及植物與微生物之間的相互作用提供了有力的工具。在本研究中，PO技術用于生成根際中DO和pH的空間分布圖像，這些圖像有助于揭示根際中磷的轉化過程，并為長期施用生物炭對土壤磷循環(huán)的影響提供了直觀信息。

Yuan et al., Carbon Research., 2024

在施用生物炭十年后，通過平板膜電極傳感器和HR-ZCA DGT 2D成像測量的溶解氧（DO）、pH以及可溶性磷（labile P）、鐵（Fe）和硫（S）通量的特征

在具有高地球化學背景的水稻土中，特別是高空間分辨率下的鎘（Cd）活化尚未被充分理解。為了研究水稻根際中Cd活化的時空模式，使用來自中國西南部廣西的四種高地球化學背景的稻田土壤（Cd含量0.11-3.70 mg kg-1）進行了盆栽和根際實驗。盆栽實驗結果表明，土壤孔隙水中的Cd濃度在水稻整個生長期間先下降后上升，在晚期分蘗和早期灌漿階段達到低值。此外，相關性分析確定了有機質和根系錳（Mn）含量是影響水稻Cd吸收的主要因素，其中Mn對Cd吸收有負面影響，而有機質則有正面影響。亞毫米級二維化學成像揭示了根際中有效態(tài)Cd（通過DGT）的分布受到根系和土壤性質的影響（如pH（通過平面光極分析）和酸性磷酸酶活性（通過土壤酶譜分析）。土壤酸性磷酸酶活性在Cd脅迫下增加，水稻根際的整體pH降低。此外，土壤根際中有效態(tài)Mn和Cd的空間分布之間存在密切關系，較高的Mn與較低的Cd不穩(wěn)定相關。本研究強調了Mn作為調節(jié)水稻Cd吸收的關鍵元素，并為未來解決水稻土特別是高地球化學背景巖溶地區(qū)鎘污染的基于錳的策略提供了啟示。

將pH熒光膜（光化學傳感膜）置于沉積物/土壤/植物根際與容器器壁之間，在光源的激發(fā)下，pH熒光膜把被測物含量轉換成光學信號，并用CCD相機捕獲這種熒光變化，通過不同的發(fā)射光強度進行定量，通過平面光極設備配套分析軟件計算出pH值，從而生成根際中pH的二維空間分布圖像，這些圖像有助于理解植物根部如何通過改變根際環(huán)境來提高磷的有效性。

Li et al., Chemosphere., 2023

超積累植物的根能顯著改變土壤pH值，從而改變根際鉻（Cr）的有效性。目前對于鉻超積累植物李氏禾根際pH的動態(tài)變化尚不清楚。本研究采用平面光極技術(PO)研究了不同Cr暴露條件下李氏禾根際pH的空間動態(tài)變化，以及不同鉻濃度對土壤生物量、生理參數(shù)和土壤酶活性的影響。研究結果表明：李氏禾根際pH具有高度的異質性，且與根的形狀密切相關。每個實驗組的土壤酸化均顯著，對照組、Cr50和Cr100組的平均pH值分別降低了0.26、0.27和0.35 pH單位。在一定濃度(50 mg kg-1)下，Cr顯著提高了李氏禾的株高和生物量(p < 0.05)。葉片中葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素濃度隨Cr濃度的增加而升高。根際酸性磷酸酶、脲酶和*酶活性均高于周邊土壤。該研究結果為闡明Cr的超積累機制和提高植物修復效率提供了新的思路。

在本研究中，平面光極（PO）技術用于生成李氏禾根際中pH的空間分布圖像，這些圖像有助于揭示根際中鉻的活化模式，并為開發(fā)針對性策略提供有價值的見解。平面光極技術的應用使得研究者能夠在微觀尺度上觀察和量化根際中的生物地球化學過程，為理解植物根部如何調節(jié)根際環(huán)境以及植物與微生物之間的相互作用提供了有力的工具。

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