LS-1020光合作用儀使用說明書

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。可根據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葉片對儀器系統內CO2的吸收（同化）量來計算，而植物呼吸作用的測量是在沒有光照的情況下，根據葉片在儀器系統內CO2的釋放量來計算的。

與植物呼吸測量的原理相同，土壤呼吸的測量根據單位時間內土壤呼吸室內CO2的增減量來計算的。

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生產過程，特別是人類賴以生存的糧食生產過程，95%以上的物質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，這種植物將CO2和水合成有機物質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，對廣大農業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，但應用最多的是根據CO2的吸收測定光合速率。本機是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的紅外光區都有特異的吸收帶，CO2在中段紅外區的吸收帶有4處，其中4.26µm的吸收帶強而且不與H2O相互干擾。紅外線CO2分析就是通過檢測CO2對4.26µm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4.26µm紅外光能與其吸收系數（K）、氣體的濃度（C）和測定的氣室長度（L）有關，并服從比爾一蘭伯特定律：E＝Eoe-KCL

因為測定儀在設計過程中將確定了Eo（初級始發能量）和L（氣室長度），-K，e為常數，而E（測定未端的能量）就有了與C（被測氣體濃度）的對應關系，通過測定E就可測定出CO2濃度。

紅外線CO2分析的優點：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反應快速，響應時間短，可測定出光合速率瞬時變化；③易實現自動化，智能化的測定。

光合測定儀采用單片機的智能管理技術，除了監測光合作用過程中的CO2變化外，還測定相應的光合有效輻射（PAR）、溫度，并根據這些測定參數自動計算出相應的光合速率（Pn）蒸騰速率（Tr）氣孔導度（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反應的太陽輻射光譜成份。一般光譜范圍多采用400～760nm,該技術原理為：PAR測定采用多層疊加濾光和光敏半導技術，即采用硅光電二極管，利用光生伏應將光能轉化為電能，在光照照射下能在Ｐ區和Ｎ區之間形成光生電動勢，把PN連接起，電路中就有電流流過，電流大小與光照強度成相關性。其優點是穩定性好和重現性好，動態范圍寬，溫濕度特性優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系，當選擇適當的濾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為電流電壓轉換電路，將光強轉換為0-2.5V輸出電壓，送到AD電路進行模數轉換。

二、光合儀工作原理及系統結構

1、工作原理

光合測定儀是利用*的單片機技術對相應的CO2濃度、溫度和光合有效輻射（PAR）傳感器信號進行采集，經數據處理計算出光合速率（Pn）同時可顯示、數據存儲的（見圖4）。

光合過程     傳感器信號感測            數據采集與處理

圖4  光合測定儀工作原理示意圖

2、系統結構

系統主要由二個部分構成，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，進行相應的開路或閉路測定；②主機機箱內裝有二氧化碳分析系統和處理中心，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（A/D）轉換、數據采集與濾波，計算并將測定結果顯示和存貯并與計算機通訊。

三、光合測定儀的性能及用途

光合測定儀主要用于農作物、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，可實現多信息的菜單式顯示和光標引導下的簡便操作；可進行數據存儲。

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，葉室為自動彈啟和鎖緊方式，測定時裝卸葉片十分方便。

性能優良：測量的穩定性、精度、重視性和時間響應都非常好，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。配有標準免維護鋰電池。

技術參數：