SY-1020便攜式光合儀使用說明
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物質(zhì),這種植物將CO2和水合成有機物質(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zui多是根據(jù)CO2的吸收測定光合速率。本機利用快速準確的紅外線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2.5~25um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4.26um的吸收帶zui強,而且不與H2O相互干擾。紅外線CO2分析就是通過檢測CO2對4.26um光譜的吸收來測定光合作用過程中CO2的變化量。因為CO2吸收的4.26um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
因為測定儀在設(shè)計過程中將確定了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:①靈敏度高,可以測定到1.0、0.5甚至0.1uml.mlo-l(即ppm)的CO2濃度;②反應(yīng)快速,響應(yīng)時間短,可測定出光合速率瞬時變化;③易實現(xiàn)自動化,智能化的測定。
光合測定儀采用單片機的智能管理技術(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)自動計算出相應(yīng)的光合速率(Pn),水分利用率(We),氣孔導(dǎo)度(Cleaf)。
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)之間形成光生電動勢,把PN結(jié)連接起,電路中就有電流流過,電流大小與光照強度成相關(guān)性。其優(yōu)點是穩(wěn)定性好和重現(xiàn)性好,動態(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光片對光譜進行選擇,則硅光電二極管輸出電流即和所選光譜的光強呈線性關(guān)系。具體電路為:
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)傳感器信號進行采集,經(jīng)數(shù)據(jù)處理計算出光合速率(Pn)同時可顯示、數(shù)據(jù)存儲的(見圖4)。
2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由二個部分構(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(0-2500uEem-2s-1)和溫度變化量(0-50℃),各傳感器相對應(yīng)的均是標準電壓(0-5V)供處理中心,葉室通過葉室信號電纜和氣路管與主機相連,進行相應(yīng)的開路或閉路測定;②主機機箱內(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(O-1500ppm)轉(zhuǎn)化為AD電路所需的標準電壓訊號(0-8.4V);處理中心將輸入的3種模擬量(CO2、PAR、T)進行多路選擇、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集與濾波,計算并將測定結(jié)果顯示和存貯。
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:
特殊配置:選用*的單片機對測定過程中各路變化的信號進行自動采集和處理,配置全點陣液晶寬屏顯示器,可實現(xiàn)多信息的菜單式顯示和光標引導(dǎo)下的簡便操作;可進行數(shù)據(jù)存儲。
使用方便:體積小,重量輕,可隨身攜帶,單人操作,任意移動,氣路和電路連接明確,操
作方式及測定,測定時裝卸葉片十分方便。
性能優(yōu)良:測量的穩(wěn)定性、精度、重視性和時間響應(yīng)都非常好,同時測定光合速率(PN)、二氧化碳濃度(CO2)、光合有效輻射(PAR)和溫度(T)等項指標。
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。配有標準化免維護鋰電池,可進行交、直流兩種方式供電。
技術(shù)參數(shù):
測定項目 | 測定量程 | 精度 |
CO2 | 0-1500PPm | ±3PPm |
TC(空氣溫度) | 0-50℃ | ±0.5% |
TL(葉片溫度) | 0-50℃ | ±0.5% |
RH(葉室濕度) | 0-100% | ±3% |
胞間CO2 | 0-1500PPm | ±3PPm |
PAR | 0-2500µmolm-2•s-1 | ±5% |
Pn(光合速率) |
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Tr(蒸騰速率) |
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We(水分利用率) |
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Cleaf(氣孔導(dǎo)度) |
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