光合作用測定儀基本原理

    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，但應用多是根據(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反應快速，響應時間短，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)自動計算出相應的光合速率（Pn），水分利用率（We），氣孔導度（Cleaf）。

2、溫度測定原理

溫度傳感器采用德國賀氏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(shù)原理為：ＰＡＲ測定采用多層疊加濾光和光敏半導技術(shù)，即采用硅光電二極管，利用光生伏應將光能轉(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，當選擇適當?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：

                                                                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，將光強轉(zhuǎn)換為0-2.5V輸出電壓，送到AD電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。