植物光合作物测定仪操作说明书      

  目      录

 

一、光合测定基本原理 PAGEREF _Toc5464 2

１、CO2测定 PAGEREF _Toc1065 2

2、温度测定原理 PAGEREF _Toc5452 2

3、光合有效辐射测定 PAGEREF _Toc13839 3

二、光合仪工作原理及系统结构 PAGEREF _Toc20592 3

1、工作原理 PAGEREF _Toc24510 3

2、系统结构 PAGEREF _Toc22835 4

三、光合测定仪的性能及用途 PAGEREF _Toc28332 4

四、仪器构造示意图 PAGEREF _Toc232 5

五、功能操作 PAGEREF _Toc2478 6

1、主菜单 PAGEREF _Toc19101 6

2、参数设置 PAGEREF _Toc26878 6

3、输入用户名 PAGEREF _Toc20858 7

4、数据测量 PAGEREF _Toc22423 7

5、在此界面可以修改叶面积和系统容积。 PAGEREF _Toc10048 7

6、结果保存 PAGEREF _Toc28729 8

7、文件浏览 PAGEREF _Toc5027 8

8、 输出数据 PAGEREF _Toc31704 8

9、 SD卡 PAGEREF _Toc9106 9

六、仪器操作流程 PAGEREF _Toc17478 9

1、仪器的连接 PAGEREF _Toc12209 9

2、仪器的预热 PAGEREF _Toc1360 9

3、测量过程 PAGEREF _Toc31617 10

七、整机联机与测量 PAGEREF _Toc14253 11

八、注意事项 PAGEREF _Toc23324 12

九、附件1      植物光合作用测定仪操作规程 PAGEREF _Toc3177 13

十、装箱清单 PAGEREF _Toc31589 14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、光合测定基本原理

    地球上的植物均是以光合作用为基本物质生产过程，特别是人类赖以生存的粮食生产过程95%以上的物质均是通过作物将空气中CO2和根部吸收的水分，在太阳光所提供的能量和叶片的叶绿体中合成的有机物质，这种植物将CO2和水合成有机物质放出氧气的过程称为光合作用。如何测定出光合作用的速率，对广大农业科技者和从事植物类研究人员是十分重要的。

测定光合速率的方法很多，但应用多是根据CO2的吸收测定光合速率。本机利用快速准确的红外线CO2气体分析仪法。

１、CO2测定

    红外线气体分析根据由异原子组成的具有偶极矩的气体分子如CO2，CO，H2O，SO2，CH3，NH4，NO等在2.5~25um的红外光区都有特异的吸收带，CO2在中段红外区的吸收带有４处，其中４.26um的吸收带强，而且不与H2O相互干扰。红外线CO2分析就是通过检测CO2对４.26um光谱的吸收来测定光合作用过程中CO2的变化量。因为CO2吸收的４.26um红外光能与其吸收系数（Ｋ）、气体的浓度（Ｃ）和测定的气室长度（Ｌ）有关，并服从比尔一兰伯特定律：Ｅ＝Eoe-KCL

因为测定仪在设计过程中将确定了Eo（初级始发能量）和Ｌ（气室长度），-Ｋ，e为常数，而Ｅ（测定未端的能量）就有了与C（被测气体浓度）的对应关系，通过测定E就可测定出CO2浓度。

红外线CO2分析的优点：①灵敏度高，可以测定到1.0、0.5甚至0.1uml.mlo-l（即ppm）的CO2浓度；②反应快速，响应时间短，可测定出光合速率瞬时变化；③易实现自动化，智能化的测定。

光合测定仪采用单片机的智能管理技术，除了监测光合作用过程中的CO2变化外，还测定相应的光合有效辐射（PAR）、温度，并根据这些测定参数自动计算出相应的光合速率（Pn），水分利用率（We），气孔导度（Cleaf）。

2、温度测定原理

温度传感器采用德国贺氏PT100传感器，测温电路采用三线制经典恒流源测温电路。

 

3、光合有效辐射测定

 光合有效辐射（ＰＡＲ）是指植物吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成份。一般光谱范围多采用400～760ｎｍ,该技术原理为：ＰＡＲ测定采用多层叠加滤光和光敏半导技术，即采用硅光电二极管，利用光生伏应将光能转化为电能，在光照照射下能在Ｐ区和Ｎ区之间形成光生电动势，把ＰＮ结连接起，电路中就有电流流过，电流大小与光照强度成相关性。其优点是稳定性好和重现性好，动态范围宽，温湿度特性优良和几乎没有疲劳特性。硅光电二极管的短路电流与光照强度有较好的线性关系，当选择适当的滤光片对光谱进行选择，则硅光电二极管输出电流即和所选光谱的光强呈线性关系。具体电路为：

 

 

                                                                V0

                           

                      D1           Q1

                  

    

图３ 光合有效辐射测定电路示意图

Ｄ１为硅光电二极管，Ｑ１为电流电压转换电路，将光强转换为0-2.5V输出电压，送到AD电路进行模数转换。

二、光合仪工作原理及系统结构

1、工作原理

 光合测定仪是利用的单片机技术对相应的CO2浓度、温度和光合有效辐射（PAR）传感器信号进行采集，经数据处理计算出光合速率（Pn）同时可显示、数据存储的（见图4）。

 

 

 

光合过程      传感器信号感测                数据采集与处理

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图4  光合测定仪工作原理示意图

2、系统结构

系统主要由二个部分构成，①叶室；其功能将被测叶片夹住，形成固定被测空间和取样，同时内装有温度传感器，在叶室柄上方有光合有效辐射传感器（PAR）。在测定光合作用光合

有效辐射的变化量（0-3000uEem-2s-1）和温度变化量（-20-80℃），各传感器相对应的均是标准电压（0-5V）供处理中心，叶室通过叶室信号电缆和气路管与主机相连，进行相应的开路或闭路测定；②主机机箱内装有二氧化碳分析系统和处理中心，前者主要测定光合作用过程中CO2的浓度变化，并将CO2浓度变化量（O-3000ppm）转化为AD电路所需的标准电压讯号（0-8.4V）；处理中心将输入的３种模拟量（CO2、PAR、T）进行多路选择、模数（A/D）转换、数据采集与滤波，计算并将测定结果显示和存贮并与计算机通讯。

三、光合测定仪的性能及用途

光合测定仪主要用于农作物、果蔬、牧草等植物的光合速率的测定，该仪器具有以下特点：

特殊配置：选用的单片机对测定过程中各路变化的信号进行自动采集和处理，配置全点阵液晶宽屏显示器，可实现多信息的菜单式显示和光标引导下的简便操作；可进行数据存储。

使用方便：体积小，重量轻，可随身携带，单人操作，任意移动，气路和电路连接明确，操

作方式及测定，叶室为自动弹启和锁紧方式，测定时装卸叶片十分方便。

性能优良：测量的稳定性、精度、重视性和时间响应都非常好，同时测定光合速率（PN）、二氧化碳浓度（CO2）、光合有效辐射（PAR）和温度（T）等项指标。

适用广泛：配有不同类型的叶室、能广泛用于大田作物、果树、蔬菜、森木、牧草等多种植

物不同形状叶片的测定。配有标准化免维护锂电池，可进行交、直流两种方式供电。

技术参数：

测定项目	测定量程	精度
CO2	0-3000PPm	<0.1PPm
TC(空气温度)	-20-80℃	<0.2%
TL(叶片温度)	-20-60℃	<0.2%
RH(叶室湿度)	0-	<2%
胞间CO2	0-2000PPm	<0.1PPm
PAR	0-3000µmolm-2•s-1	<1µmolm-2•s-1
Pn(光和速率)
Tr(蒸腾速率)
We(水分利用率)
Cleaf(气孔导度)

 

四、仪器构造示意图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                      光合仪前面面板

 

 

 

 

 

                         后面板示意图

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   (手柄示意图)

五、功能操作

1、主菜单

打开后面板的电源开关开机，打开电源开关后液晶屏自动进入到主菜单。通过光标键可以改变手型光标的位置， 按确认键可以进入到光标所在的菜单选项。   

 

 

 

 

 

 

 

 

2、参数设置

首先通过光标键选择设置选项并按确认键进入参数设置，全部设置完成后，按取消键退

出设置模式，返回主菜单。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3、输入用户名

 在此界面输入用户名

 

 

 

 

 

 

 

 

4、数据测量

在此界面按确认键即可进入测量状态，进入测量状态以后“当前状态”右侧的时间自动进入倒计时，当倒计时归零后显示屏自动转换到下个界面。

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 5、在此界面可以修改叶面积和系统容积。

 修改叶面积和系统容积的数值同样是通过光标键和ENT键的组合来完成。

 修改完叶面积和系统容积以后必须按确认键才能进行结果保存，否则如果按取消键将会取

 消这次测量结果的保存并返回到数据测量界面，重新进行下一组数据的测量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6、结果保存

 在此界面可以观看实验结果，并按确认键保存，如不需要保存则按取消键退出

 保存并返回到数据测量界面，重新进行下一组数据的测量。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7、文件浏览

       在此界面可以通过光标键选择对应的文本文档，并按确认进入下一界面。

 

 

 

 

 

 

 

 

8、输出数据

在输出数据界面可以通过光标键进行翻页，也可以按确认键进入页码设置。当按确认键时，在显示屏的左上角会自动出现手型光标与页码数，这时可以通过光标键改变页码数，输入完页码后，按确认键即可直接转到对应的页码数。数据浏览完成后，按取消键退出返回到主菜单。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

按向下的光标查看计算结果

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9、SD卡

如仪器没有插入SD卡，则只能进入设置模式，进入其它三种模式时将会显示如下界面。

 

 

 

 

 

六、仪器操作流程

1、仪器的连接

用数据线和气管（2根）把主机和手柄连接起来，气管不分进气管和出气管，随意连接。

插入SD卡，仪器连接完毕。然后可以打开仪器后面板的电源开关开机。

2、仪器的预热

开机后仪器需要预热5-10分钟，如果环境温度低于25℃，需适当延长预热时间至15分钟左右。仪器预热时可进入进入测量界面观察二氧化碳的变化，当二氧化碳数值稳定后，预热完成。

一般室内二氧化碳的浓度在400-500ppm左右。由于二氧化碳受温度、室内人员多少及通风状态的影响而变化，所以根据具体情况看仪器是否预热完成。另外如果在室外预热仪器的话，室外的二氧化碳浓度会低于室内二氧化碳浓度

 

 

 

 

3、测量过程

 仪器预热完成后，才能进行数据测量。

  步：测量前需要进如参数设置界面设置测量间隔。根据不同植物、不同光合速率在“设置模式”内选择不同的测量间隔。有些植物光合速率慢，需要将测量间隔加大，有些植物光合速率快，需要将测量间隔减小。测量间隔可根据不同的植物，反复试验取佳的时间间隔。

  如下图：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  第二步：在设置模式界面设定好测量间隔后，按取消键返回主菜单，进入输入用户名界面，在此界面设定用户名。用户名必须设置，否则试验无法进行，数据无法保存。在输入用户名时，请不要按“取消”键退出设置用户名界面，在输入完用户名后按“确认”键会自动退出输入用户名界面

  如下图：

 

 

 

 

 

 

 

 

  第三步：设定好测量间隔及用户名后才可以进入数据测量界面进行数据测量。进入测量界面后先按气泵键打开气泵，按下手柄上的压柄，使手柄叶室内的空气与主机之间进行交换。按下手柄压柄的同时观察液晶屏上二氧化碳的变化，当二氧化碳变化趋于平稳时，夹住需要进行测量的叶片（叶片要完全遮住叶室的窗口，此时的叶面积为 11cm²，如不能全部遮住叶室窗口，在测量结束后需要手动输入实测叶片的叶面积）。

 夹住叶片后，观察二氧化碳变化，当二氧化碳变化开始下降时（说明叶片正在进行光合作用，吸收二氧化碳，将叶室内的二氧化碳浓度降低），按“确认”键开始测量（注意：植物必须在有光照的情况下才能进行光合作用，所以夹住叶片后应尽量让叶片朝向光线好的方向）。

  按下确认键后，此时液晶屏右上角会出现倒计时。如果测量间隔设定的是5秒钟，倒计时从25开始，直到倒计时归零。

 第四步：倒计时归零后试验结束，结束后仪器自动进入如下界面。

 

 

 

 

 

测量结束后会自动转到叶面积修改界面，根据遮住窗口的实际叶面积值输入即可，然后按“确认”键转到实验结果界面，再按“确认”键保存实验结果，准备测量下组实验。系统默认的叶面积为11平方厘米，容积为0.06升。容积不用改，叶面积可根据实际情况做适当修改。

第五步：修改后叶面积后按确认键进入测量结果界面。如下图：

 

 

 

 

 

第六步：在测结果界面按确认键，数据保存，并自动返回到当前数据界面，准备下组试验。

第七步：数据浏览，在主菜单界面进入文件浏览界面，可查看已存数据

七、整机联机与测量

1、用数据线和气管将主机和测量手柄连接起来，一支数据连接线和两支气路连接气管。

2、打开电源开关，预热5-10分钟即可开始测量。

 3、进行光合测量时请注意，在用手柄夹住待测叶片以后，等到屏幕CO2浓度下降时，再按确认键开始进行测量，测量完成后请按下手柄压柄让叶室内的CO2浓度恢复到叶室外的CO2浓度（可以轻轻摇晃手柄，以便空气快的进入主机），然后再进行下次测量。

八、注意事项

 1、SD卡不可带电插拔，以免损坏。

 2、开机后请输入用户名，然后进入数据测量，打开气泵使测量手柄内的气体与主机内传感

   器进行循环，开始对仪器进行预热。

 3、测量结果保存时请输入相应的叶面积值（即实际在透明窗口内的叶面积值）

 4、仪器使用完毕后请给锂电池组充电保存，长期放置不用时请每隔60天充电一次。

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

九、附件1      植物光合作用测定仪操作规程

1、 将主机和手柄用数据线连接起来，数据线包括一条数据连接线和两条气管，将后面板转换开关拨到测量一侧。

2、 打开电源开关，预热5-10分钟，如果环境温度低于25℃，需适当延长预热时间至15分钟左右。

3、 根据不同植物、不同光合速率在“设置模式”内选择不同的测量间隔。有些植物光合速率慢，需要将测量间隔加大，有些植物光合速率快，需要将测量间隔减小。

4、 输入用户名，在输入用户名时，请不要按“取消”键退出设置用户名界面，在输入完用户名后按“确认”键会自动退出输入用户名界面。

5、 设置完用户名后进入数据测量界面，按“气泵”键打开气泵，使手柄叶室内的空气与主机之间进行交换。

6、 按下压柄，夹住需要进行测量的叶片（叶片要完全遮住叶室的窗口，此时的叶面积为 11cm²，如不能全部遮住叶室窗口，在测量结束后需要手动输入实测叶片的叶面积）。

7、 夹住叶片后，观察二氧化碳变化，当二氧化碳变化开始匀速下降时（说明叶片正在进行光合作用，吸收二氧化碳，将叶室内的二氧化碳浓度降低），按“确认”键开始测量（注意：植物必须在有光照的情况下才能进行光合作用，所以夹住叶片后应尽量让叶片朝向光线好的方向）。

8、 测量结束后会自动转到叶面积修改界面，根据遮住窗口的实际叶面积值输入即可，然后按“确认”键转到实验结果界面，再按“确认”键保存实验结果，准备测量下组实验。

9、 实验结束后，关掉后面板电源开关，将主机和手柄之间的数据线卸下，清洁仪器以便下次使用。弹出SD卡，用读卡器将数据导出保存在计算机上以便分析实验结果（请不要带电插拔SD卡）。

 

 

 

 

 

 

 

十、装箱清单

 

光合作用测定仪配件清单

序号	配件名称	单位	数 量
1	主机	台	1
2	手柄、叶室（一体）	个	1
3	充电器	个	1
4	SD卡	个	1
5	读卡器	个	1
6	铝箱	个	1
7	背包	个	1
8	数据线	根	1
9	说明书	份	1
10	合格证	份	1
11	装箱单	份	1