植物光合作物測定儀操作說明書      

  目      錄

 

一、光合測定基本原理 PAGEREF _Toc5464 2

１、CO2測定 PAGEREF _Toc1065 2

2、溫度測定原理 PAGEREF _Toc5452 2

3、光合有效輻射測定 PAGEREF _Toc13839 3

二、光合儀工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc20592 3

1、工作原理 PAGEREF _Toc24510 3

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc22835 4

三、光合測定儀的性能及用途 PAGEREF _Toc28332 4

四、儀器構(gòu)造示意圖 PAGEREF _Toc232 5

五、功能操作 PAGEREF _Toc2478 6

1、主菜單 PAGEREF _Toc19101 6

2、參數(shù)設(shè)置 PAGEREF _Toc26878 6

3、輸入用戶名 PAGEREF _Toc20858 7

4、數(shù)據(jù)測量 PAGEREF _Toc22423 7

5、在此界面可以修改葉面積和系統(tǒng)容積。 PAGEREF _Toc10048 7

6、結(jié)果保存 PAGEREF _Toc28729 8

7、文件瀏覽 PAGEREF _Toc5027 8

8、 輸出數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc31704 8

9、 SD卡 PAGEREF _Toc9106 9

六、儀器操作流程 PAGEREF _Toc17478 9

1、儀器的連接 PAGEREF _Toc12209 9

2、儀器的預(yù)熱 PAGEREF _Toc1360 9

3、測量過程 PAGEREF _Toc31617 10

七、整機(jī)聯(lián)機(jī)與測量 PAGEREF _Toc14253 11

八、注意事項 PAGEREF _Toc23324 12

九、附件1      植物光合作用測定儀操作規(guī)程 PAGEREF _Toc3177 13

十、裝箱清單 PAGEREF _Toc31589 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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)用多是根據(jù)CO2的吸收測定光合速率。本機(jī)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2.5~25um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(qiáng)，而且不與H2O相互干擾。紅外線CO2分析就是通過檢測CO2對４.26um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(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(qiáng)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(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)處理計算出光合速率（Pn）同時可顯示、數(shù)據(jù)存儲的（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（0-3000uEem-2s-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（O-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，計算并將測定結(jié)果顯示和存貯并與計算機(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：

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(biāo)引導(dǎo)下的簡便操作；可進(jìn)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，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(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(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)化免維護(hù)鋰電池，可進(jìn)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	0-3000PPm	<0.1PPm
TC(空氣溫度)	-20-80℃	<0.2%
TL(葉片溫度)	-20-60℃	<0.2%
RH(葉室濕度)	0-	<2%
胞間CO2	0-2000PPm	<0.1PPm
PAR	0-3000μmolm-2?s-1	<1μmolm-2?s-1
Pn(光和速率)
Tr(蒸騰速率)
We(水分利用率)
Cleaf(氣孔導(dǎo)度)

 

四、儀器構(gòu)造示意圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      光合儀前面面板

 

 

 

 

 

                         后面板示意圖

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   (手柄示意圖)

五、功能操作

1、主菜單

打開后面板的電源開關(guān)開機(jī)，打開電源開關(guān)后液晶屏自動進(jìn)入到主菜單。通過光標(biāo)鍵可以改變手型光標(biāo)的位置， 按確認(rèn)鍵可以進(jìn)入到光標(biāo)所在的菜單選項。   

 

 

 

 

 

 

 

 

2、參數(shù)設(shè)置

首先通過光標(biāo)鍵選擇設(shè)置選項并按確認(rèn)鍵進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置，全部設(shè)置完成后，按取消鍵退

出設(shè)置模式，返回主菜單。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3、輸入用戶名

 在此界面輸入用戶名

 

 

 

 

 

 

 

 

4、數(shù)據(jù)測量

在此界面按確認(rèn)鍵即可進(jìn)入測量狀態(tài)，進(jìn)入測量狀態(tài)以后“當(dāng)前狀態(tài)”右側(cè)的時間自動進(jìn)入倒計時，當(dāng)?shù)褂嫊r歸零后顯示屏自動轉(zhuǎn)換到下個界面。

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 5、在此界面可以修改葉面積和系統(tǒng)容積。

 修改葉面積和系統(tǒng)容積的數(shù)值同樣是通過光標(biāo)鍵和ENT鍵的組合來完成。

 修改完葉面積和系統(tǒng)容積以后必須按確認(rèn)鍵才能進(jìn)行結(jié)果保存，否則如果按取消鍵將會取

 消這次測量結(jié)果的保存并返回到數(shù)據(jù)測量界面，重新進(jìn)行下一組數(shù)據(jù)的測量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6、結(jié)果保存

 在此界面可以觀看實驗結(jié)果，并按確認(rèn)鍵保存，如不需要保存則按取消鍵退出

 保存并返回到數(shù)據(jù)測量界面，重新進(jìn)行下一組數(shù)據(jù)的測量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7、文件瀏覽

       在此界面可以通過光標(biāo)鍵選擇對應(yīng)的文本文檔，并按確認(rèn)進(jìn)入下一界面。

 

 

 

 

 

 

 

 

8、輸出數(shù)據(jù)

在輸出數(shù)據(jù)界面可以通過光標(biāo)鍵進(jìn)行翻頁，也可以按確認(rèn)鍵進(jìn)入頁碼設(shè)置。當(dāng)按確認(rèn)鍵時，在顯示屏的左上角會自動出現(xiàn)手型光標(biāo)與頁碼數(shù)，這時可以通過光標(biāo)鍵改變頁碼數(shù)，輸入完頁碼后，按確認(rèn)鍵即可直接轉(zhuǎn)到對應(yīng)的頁碼數(shù)。數(shù)據(jù)瀏覽完成后，按取消鍵退出返回到主菜單。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

按向下的光標(biāo)查看計算結(jié)果

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9、SD卡

如儀器沒有插入SD卡，則只能進(jìn)入設(shè)置模式，進(jìn)入其它三種模式時將會顯示如下界面。

 

 

 

 

 

六、儀器操作流程

1、儀器的連接

用數(shù)據(jù)線和氣管（2根）把主機(jī)和手柄連接起來，氣管不分進(jìn)氣管和出氣管，隨意連接。

插入SD卡，儀器連接完畢。然后可以打開儀器后面板的電源開關(guān)開機(jī)。

2、儀器的預(yù)熱

開機(jī)后儀器需要預(yù)熱5-10分鐘，如果環(huán)境溫度低于25℃，需適當(dāng)延長預(yù)熱時間至15分鐘左右。儀器預(yù)熱時可進(jìn)入進(jìn)入測量界面觀察二氧化碳的變化，當(dāng)二氧化碳數(shù)值穩(wěn)定后，預(yù)熱完成。

一般室內(nèi)二氧化碳的濃度在400-500ppm左右。由于二氧化碳受溫度、室內(nèi)人員多少及通風(fēng)狀態(tài)的影響而變化，所以根據(jù)具體情況看儀器是否預(yù)熱完成。另外如果在室外預(yù)熱儀器的話，室外的二氧化碳濃度會低于室內(nèi)二氧化碳濃度

 

 

 

 

3、測量過程

 儀器預(yù)熱完成后，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。

  步：測量前需要進(jìn)如參數(shù)設(shè)置界面設(shè)置測量間隔。根據(jù)不同植物、不同光合速率在“設(shè)置模式”內(nèi)選擇不同的測量間隔。有些植物光合速率慢，需要將測量間隔加大，有些植物光合速率快，需要將測量間隔減小。測量間隔可根據(jù)不同的植物，反復(fù)試驗取佳的時間間隔。

  如下圖：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  第二步：在設(shè)置模式界面設(shè)定好測量間隔后，按取消鍵返回主菜單，進(jìn)入輸入用戶名界面，在此界面設(shè)定用戶名。用戶名必須設(shè)置，否則試驗無法進(jìn)行，數(shù)據(jù)無法保存。在輸入用戶名時，請不要按“取消”鍵退出設(shè)置用戶名界面，在輸入完用戶名后按“確認(rèn)”鍵會自動退出輸入用戶名界面

  如下圖：

 

 

 

 

 

 

 

 

  第三步：設(shè)定好測量間隔及用戶名后才可以進(jìn)入數(shù)據(jù)測量界面進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。進(jìn)入測量界面后先按氣泵鍵打開氣泵，按下手柄上的壓柄，使手柄葉室內(nèi)的空氣與主機(jī)之間進(jìn)行交換。按下手柄壓柄的同時觀察液晶屏上二氧化碳的變化，當(dāng)二氧化碳變化趨于平穩(wěn)時，夾住需要進(jìn)行測量的葉片（葉片要完全遮住葉室的窗口，此時的葉面積為 11cm2，如不能全部遮住葉室窗口，在測量結(jié)束后需要手動輸入實測葉片的葉面積）。

 夾住葉片后，觀察二氧化碳變化，當(dāng)二氧化碳變化開始下降時（說明葉片正在進(jìn)行光合作用，吸收二氧化碳，將葉室內(nèi)的二氧化碳濃度降低），按“確認(rèn)”鍵開始測量（注意：植物必須在有光照的情況下才能進(jìn)行光合作用，所以夾住葉片后應(yīng)盡量讓葉片朝向光線好的方向）。

  按下確認(rèn)鍵后，此時液晶屏右上角會出現(xiàn)倒計時。如果測量間隔設(shè)定的是5秒鐘，倒計時從25開始，直到倒計時歸零。

 第四步：倒計時歸零后試驗結(jié)束，結(jié)束后儀器自動進(jìn)入如下界面。

 

 

 

 

 

測量結(jié)束后會自動轉(zhuǎn)到葉面積修改界面，根據(jù)遮住窗口的實際葉面積值輸入即可，然后按“確認(rèn)”鍵轉(zhuǎn)到實驗結(jié)果界面，再按“確認(rèn)”鍵保存實驗結(jié)果，準(zhǔn)備測量下組實驗。系統(tǒng)默認(rèn)的葉面積為11平方厘米，容積為0.06升。容積不用改，葉面積可根據(jù)實際情況做適當(dāng)修改。

第五步：修改后葉面積后按確認(rèn)鍵進(jìn)入測量結(jié)果界面。如下圖：

 

 

 

 

 

第六步：在測結(jié)果界面按確認(rèn)鍵，數(shù)據(jù)保存，并自動返回到當(dāng)前數(shù)據(jù)界面，準(zhǔn)備下組試驗。

第七步：數(shù)據(jù)瀏覽，在主菜單界面進(jìn)入文件瀏覽界面，可查看已存數(shù)據(jù)

七、整機(jī)聯(lián)機(jī)與測量

1、用數(shù)據(jù)線和氣管將主機(jī)和測量手柄連接起來，一支數(shù)據(jù)連接線和兩支氣路連接氣管。

2、打開電源開關(guān)，預(yù)熱5-10分鐘即可開始測量。

 3、進(jìn)行光合測量時請注意，在用手柄夾住待測葉片以后，等到屏幕CO2濃度下降時，再按確認(rèn)鍵開始進(jìn)行測量，測量完成后請按下手柄壓柄讓葉室內(nèi)的CO2濃度恢復(fù)到葉室外的CO2濃度（可以輕輕搖晃手柄，以便空氣快的進(jìn)入主機(jī)），然后再進(jìn)行下次測量。

八、注意事項

 1、SD卡不可帶電插拔，以免損壞。

 2、開機(jī)后請輸入用戶名，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)測量，打開氣泵使測量手柄內(nèi)的氣體與主機(jī)內(nèi)傳感

   器進(jìn)行循環(huán)，開始對儀器進(jìn)行預(yù)熱。

 3、測量結(jié)果保存時請輸入相應(yīng)的葉面積值（即實際在透明窗口內(nèi)的葉面積值）

 4、儀器使用完畢后請給鋰電池組充電保存，長期放置不用時請每隔60天充電一次。

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

九、附件1      植物光合作用測定儀操作規(guī)程

1、 將主機(jī)和手柄用數(shù)據(jù)線連接起來，數(shù)據(jù)線包括一條數(shù)據(jù)連接線和兩條氣管，將后面板轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到測量一側(cè)。

2、 打開電源開關(guān)，預(yù)熱5-10分鐘，如果環(huán)境溫度低于25℃，需適當(dāng)延長預(yù)熱時間至15分鐘左右。

3、 根據(jù)不同植物、不同光合速率在“設(shè)置模式”內(nèi)選擇不同的測量間隔。有些植物光合速率慢，需要將測量間隔加大，有些植物光合速率快，需要將測量間隔減小。

4、 輸入用戶名，在輸入用戶名時，請不要按“取消”鍵退出設(shè)置用戶名界面，在輸入完用戶名后按“確認(rèn)”鍵會自動退出輸入用戶名界面。

5、 設(shè)置完用戶名后進(jìn)入數(shù)據(jù)測量界面，按“氣泵”鍵打開氣泵，使手柄葉室內(nèi)的空氣與主機(jī)之間進(jìn)行交換。

6、 按下壓柄，夾住需要進(jìn)行測量的葉片（葉片要完全遮住葉室的窗口，此時的葉面積為 11cm2，如不能全部遮住葉室窗口，在測量結(jié)束后需要手動輸入實測葉片的葉面積）。

7、 夾住葉片后，觀察二氧化碳變化，當(dāng)二氧化碳變化開始勻速下降時（說明葉片正在進(jìn)行光合作用，吸收二氧化碳，將葉室內(nèi)的二氧化碳濃度降低），按“確認(rèn)”鍵開始測量（注意：植物必須在有光照的情況下才能進(jìn)行光合作用，所以夾住葉片后應(yīng)盡量讓葉片朝向光線好的方向）。

8、 測量結(jié)束后會自動轉(zhuǎn)到葉面積修改界面，根據(jù)遮住窗口的實際葉面積值輸入即可，然后按“確認(rèn)”鍵轉(zhuǎn)到實驗結(jié)果界面，再按“確認(rèn)”鍵保存實驗結(jié)果，準(zhǔn)備測量下組實驗。

9、 實驗結(jié)束后，關(guān)掉后面板電源開關(guān)，將主機(jī)和手柄之間的數(shù)據(jù)線卸下，清潔儀器以便下次使用。彈出SD卡，用讀卡器將數(shù)據(jù)導(dǎo)出保存在計算機(jī)上以便分析實驗結(jié)果（請不要帶電插拔SD卡）。

 

 

 

 

 

 

 

十、裝箱清單

 

光合作用測定儀配件清單

序號	配件名稱	單位	數(shù) 量
1	主機(jī)	臺	1
2	手柄、葉室（一體）	個	1
3	充電器	個	1
4	SD卡	個	1
5	讀卡器	個	1
6	鋁箱	個	1
7	背包	個	1
8	數(shù)據(jù)線	根	1
9	說明書	份	1
10	合格證	份	1
11	裝箱單	份	1