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(cè)定儀、植物呼吸測(cè)定儀以及土壤呼吸測(cè)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(cè)量功能：

1、植物葉片光合作用的測(cè)量

2、植物葉片呼吸作用的測(cè)量

3、土壤呼吸的測(cè)量

光合作用與呼吸作用的測(cè)量方法和原理一樣，兩者的不同之處是，植物光合作用的測(cè)量是在有光照的情況下根據(jù)葉片對(duì)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(cè)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(cè)量的原理相同，土壤呼吸的測(cè)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(cè)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(yáng)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(cè)定出光合作用的速率，對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)CO2對(duì)4.26µm光譜的吸收來測(cè)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(cè)定的氣室長(zhǎng)度（L）有關(guān)，并服從比爾一蘭伯特定律：E＝Eoe-KCL

因?yàn)闇y(cè)定儀在設(shè)計(jì)過程中將確定了Eo（初級(jí)始發(fā)能量）和L（氣室長(zhǎng)度），-K，e為常數(shù)，而E（測(cè)定未端的能量）就有了與C（被測(cè)氣體濃度）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過測(cè)定E就可測(cè)定出CO2濃度。

紅外線CO2分析的優(yōu)點(diǎn)：①靈敏度高，可以測(cè)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(cè)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(cè)定。

光合測(cè)定儀采用單片機(jī)的智能管理技術(shù)，除了監(jiān)測(cè)光合作用過程中的CO2變化外，還測(cè)定相應(yīng)的光合有效輻射（PAR）、溫度，并根據(jù)這些測(cè)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(cè)定原理

溫度傳感器采用德國(guó)賀氏高精度PT100傳感器，測(cè)溫電路采用三線制經(jīng)典恒流源測(cè)溫電路。

3、光合有效輻射測(cè)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(yáng)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(cè)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(shì)，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(duì)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(cè)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(cè)定儀是利用*的單片機(jī)技術(shù)對(duì)相應(yīng)的CO2濃度、溫度和光合有效輻射（PAR）傳感器信號(hào)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(hào)感測(cè)            數(shù)據(jù)采集與處理

圖4  光合測(cè)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(cè)葉片夾住，形成固定被測(cè)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(cè)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(duì)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(hào)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(cè)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(cè)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(hào)（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(cè)定結(jié)果顯示和存貯并與計(jì)算機(jī)通訊。

三、光合測(cè)定儀的性能及用途

光合測(cè)定儀主要用于農(nóng)作物、果蔬、牧草等植物的光合速率的測(cè)定，該儀器具有以下特點(diǎn)：

特殊配置：選用*的單片機(jī)對(duì)測(cè)定過程中各路變化的信號(hào)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(jiǎn)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(cè)定，葉室為自動(dòng)彈啟和鎖緊方式，測(cè)定時(shí)裝卸葉片十分方便。

性能優(yōu)良：測(cè)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(cè)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(cè)定。配有標(biāo)準(zhǔn)免維護(hù)鋰電池。

技術(shù)參數(shù)：