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LS-1020光合作用儀使用說明書
本說明書為通用版本,適用于光合作用測定儀、植物呼吸測定儀以及土壤呼吸測定儀??筛鶕?jù)自己選配的功能選擇性的閱讀此說明書。
本儀器具有三種測量功能:
1、植物葉片光合作用的測量
2、植物葉片呼吸作用的測量
3、土壤呼吸的測量
光合作用與呼吸作用的測量方法和原理一樣,兩者的不同之處是,植物光合作用的測量是在有光照的情況下根據(jù)葉片對儀器系統(tǒng)內(nèi)CO2的吸收(同化)量來計(jì)算,而植物呼吸作用的測量是在沒有光照的情況下,根據(jù)葉片在儀器系統(tǒng)內(nèi)CO2的釋放量來計(jì)算的。
與植物呼吸測量的原理相同,土壤呼吸的測量根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)土壤呼吸室內(nèi)CO2的增減量來計(jì)算的。
一、光合測定基本原理
地球上的植物均是以光合作用為基本物質(zhì)生產(chǎn)過程,特別是人類賴以生存的糧食生產(chǎn)過程,95%以上的物質(zhì)均是通過作物將空氣中CO2和根部吸收的水分,在太陽光所提供的能量和葉片的葉綠體中合成的有機(jī)物質(zhì),這種植物將CO2和水合成有機(jī)物質(zhì)放出氧氣的過程稱為光合作用。如何測定出光合作用的速率,對廣大農(nóng)業(yè)科技者和從事植物類研究人員是十分重要的。測定光合速率的方法很多,但應(yīng)用最多的是根據(jù)CO2的吸收測定光合速率。本機(jī)是利用快速準(zhǔn)確的紅外線CO2氣體分析儀法。
1、CO2測定
紅外線氣體分析根據(jù)由異原子組成的具有偶極矩的氣體分子如CO2,CO,H2O,SO2,CH3,NH4,NO等在2.5~25µm的紅外光區(qū)都有特異的吸收帶,CO2在中段紅外區(qū)的吸收帶有4處,其中4.26µm的吸收帶強(qiáng)而且不與H2O相互干擾。紅外線CO2分析就是通過檢測CO2對4.26µm光譜的吸收來測定光合作用過程中CO2的變化量。因?yàn)镃O2吸收的4.26µm紅外光能與其吸收系數(shù)(K)、氣體的濃度(C)和測定的氣室長度(L)有關(guān),并服從比爾一蘭伯特定律:E=Eoe-KCL
因?yàn)闇y定儀在設(shè)計(jì)過程中將確定了Eo(初級始發(fā)能量)和L(氣室長度),-K,e為常數(shù),而E(測定未端的能量)就有了與C(被測氣體濃度)的對應(yīng)關(guān)系,通過測定E就可測定出CO2濃度。
紅外線CO2分析的優(yōu)點(diǎn):①靈敏度高,可以測定到1.0、0.5甚至0.1µmol·mol-l(即ppm)的CO2濃度;②反應(yīng)快速,響應(yīng)時(shí)間短,可測定出光合速率瞬時(shí)變化;③易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,智能化的測定。
光合測定儀采用單片機(jī)的智能管理技術(shù),除了監(jiān)測光合作用過程中的CO2變化外,還測定相應(yīng)的光合有效輻射(PAR)、溫度,并根據(jù)這些測定參數(shù)自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的光合速率(Pn)蒸騰速率(Tr)氣孔導(dǎo)度(Gs)胞間CO2濃度(Ci)和水分利用率(WUE)
2、溫度測定原理
溫度傳感器采用德國賀氏高精度PT100傳感器,測溫電路采用三線制經(jīng)典恒流源測溫電路。
3、光合有效輻射測定
光合有效輻射(PAR)是指植物吸收并參與光化學(xué)反應(yīng)的太陽輻射光譜成份。一般光譜范圍多采用400~760nm,該技術(shù)原理為:PAR測定采用多層疊加濾光和光敏半導(dǎo)技術(shù),即采用硅光電二極管,利用光生伏應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能,在光照照射下能在P區(qū)和N區(qū)之間形成光生電動(dòng)勢,把PN連接起,電路中就有電流流過,電流大小與光照強(qiáng)度成相關(guān)性。其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好和重現(xiàn)性好,動(dòng)態(tài)范圍寬,溫濕度特性優(yōu)良和幾乎沒有疲勞特性。硅光電二極管的短路電流與光照強(qiáng)度有較好的線性關(guān)系,當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)臑V光片對光譜進(jìn)行選擇,則硅光電二極管輸出電流即和所選光譜的光強(qiáng)呈線性關(guān)系。具體電路為:
V0
D1 Q1
圖3 光合有效輻射測定電路示意圖
D1為硅光電二極管,Q1為電流電壓轉(zhuǎn)換電路,將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為0-2.5V輸出電壓,送到AD電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
二、光合儀工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1、工作原理
光合測定儀是利用*的單片機(jī)技術(shù)對相應(yīng)的CO2濃度、溫度和光合有效輻射(PAR)傳感器信號進(jìn)行采集,經(jīng)數(shù)據(jù)處理計(jì)算出光合速率(Pn)同時(shí)可顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的(見圖4)。
光合過程 傳感器信號感測 數(shù)據(jù)采集與處理
圖4 光合測定儀工作原理示意圖
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由二個(gè)部分構(gòu)成,①葉室;其功能將被測葉片夾住,形成固定被測空間和取樣,同時(shí)內(nèi)裝有溫度傳感器,在葉室柄上方有光合有效輻射傳感器(PAR)。在測定光合作用光合有效輻射的變化量(0-3000µmol·m-2·s-1)和溫度變化量(-20-80℃),各傳感器相對應(yīng)的均是標(biāo)準(zhǔn)電壓(0-5V)供處理中心,葉室通過葉室信號電纜和氣路管與主機(jī)相連,進(jìn)行相應(yīng)的開路或閉路測定;②主機(jī)機(jī)箱內(nèi)裝有二氧化碳分析系統(tǒng)和處理中心,前者主要測定光合作用過程中CO2的濃度變化,并將CO2濃度變化量(0-3000ppm)轉(zhuǎn)化為AD電路所需的標(biāo)準(zhǔn)電壓訊號(0-8.4V);處理中心將輸入的3種模擬量(CO2、PAR、T)進(jìn)行多路選擇、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集與濾波,計(jì)算并將測定結(jié)果顯示和存貯并與計(jì)算機(jī)通訊。
三、光合測定儀的性能及用途
光合測定儀主要用于農(nóng)作物、果蔬、牧草等植物的光合速率的測定,該儀器具有以下特點(diǎn):
特殊配置:選用*的單片機(jī)對測定過程中各路變化的信號進(jìn)行自動(dòng)采集和處理,配置全點(diǎn)陣液晶寬屏顯示器,可實(shí)現(xiàn)多信息的菜單式顯示和光標(biāo)引導(dǎo)下的簡便操作;可進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
使用方便:體積小,重量輕,可隨身攜帶,單人操作,任意移動(dòng),氣路和電路連接明確,操作方式及測定,葉室為自動(dòng)彈啟和鎖緊方式,測定時(shí)裝卸葉片十分方便。
性能優(yōu)良:測量的穩(wěn)定性、精度、重視性和時(shí)間響應(yīng)都非常好,同時(shí)測定光合速率(Pn)、二氧化碳濃度(CO2)、光合有效輻射(PAR)和溫度(T)等項(xiàng)指標(biāo)。
適用廣泛:配有不同類型的葉室、能廣泛用于大田作物、果樹、蔬菜、森木、牧草等多種植物不同形狀葉片的測定。配有標(biāo)準(zhǔn)免維護(hù)鋰電池。
技術(shù)參數(shù):
測定項(xiàng)目 | 類別 | 測定量程 | 精度 |
CO2 | 非擴(kuò)散紅外分析器 | 0-5000 ppm | 3 ppm |
TC(空氣溫度) | 熱敏電阻 | -20-80℃ | <0.2% |
TL(葉片溫度) | 熱敏電阻 | -20-60℃ | <0.2% |
RH(葉室濕度) | 濕敏電容 | 0-100% | <2% |
PAR | 帶有修正濾光片的硅光電池 | 3000µmol·m-2·s-1 | <1µmol·m-2·s-1 |
流量 | 微型流量計(jì) | 0-1.5L/min | ±3% |
Pn(光合速率) | 根據(jù)測量項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出 | ||
Tr(蒸騰速率) | 根據(jù)測量項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出 | ||
WUE(水分利用率) | 根據(jù)測量項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出 | ||
Gs(氣孔導(dǎo)度) | 根據(jù)測量項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出 | ||
Ci(胞間CO2) | 根據(jù)測量項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出 | ||
Rd(呼吸速率) | 根據(jù)測量項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出 | ||
土壤呼吸強(qiáng)度 | 根據(jù)測量項(xiàng)目得出的數(shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出 |