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LS-1020光合作用仪使用说明书

本说明书为通用版本，适用于光合作用测定仪、植物呼吸测定仪以及土壤呼吸测定仪。可根据自己选配的功能选择性的阅读此说明书。

本仪器具有三种测量功能：

1、植物叶片光合作用的测量

2、植物叶片呼吸作用的测量

3、土壤呼吸的测量

光合作用与呼吸作用的测量方法和原理一样，两者的不同之处是，植物光合作用的测量是在有光照的情况下根据叶片对仪器系统内CO2的吸收（同化）量来计算，而植物呼吸作用的测量是在没有光照的情况下，根据叶片在仪器系统内CO2的释放量来计算的。

与植物呼吸测量的原理相同，土壤呼吸的测量根据单位时间内土壤呼吸室内CO2的增减量来计算的。

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，但应用最多的是根据CO2的吸收测定光合速率。本机是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2.5～25µm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4.26µm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4.26µm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4.26µm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0.1µmol·mol-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）蒸腾速率（Tr）气孔导度（Gs）胞间CO2浓度（Ci）和水分利用率（WUE）

2、温度测定原理

温度传感器采用德国贺氏高精度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（0-3000µmol·m-2·s-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（0-3000ppm）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。配有标准免维护锂电池。

技术参数：