一种单株植物净光合速率的测量装置及其测量方法与流程

本发明属于植物光合测量领域，具体涉及一种单株植物净光合速率的测量装置及其测量方法。

背景技术：

植物净光合速率的表示方式主要有O₂的生成速率、CO₂的消耗速率和有机物的累积量。对于单株植物而言，可以通过测量植物二氧化碳的消耗速率亦即有机物的积累速率，来间接反映植物的净光合速率。

散射光薄膜在日光温室中的应用，使得温室内光照分布发生改变，尤其是影响作物冠层的光照分布。有研究表明，散射光下作物冠层的光照分布更加均匀，冠层底部能够接受到更多的光照，从而可以提高作物整株的光合速率，提高作物产量。

在日光温室中进行散射光下植物冠层的净光合速率测试时，由于温室的密闭性并不高，存在着与室外气体的交换，从而无法准确地测得某一时间段内植物群体CO₂的消耗速率，仅仅只能利用光合速率仪等(如LI-COR公司的LI-6400等)进行即时植株上单个叶片的测量。因此，寻求一种利用人工光源、能够对单株植物进行净光合速率测量的装置和方法是必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种单株植物净光合速率的测量装置及其测量方法。具体技术方案如下：

一种单株植物净光合速率的测量装置，由箱盖1和箱体2形成密闭空间；

所述箱盖1内面上安装LED灯管3；

所述箱体2内安装有二氧化碳传感器和温度传感器6；所述二氧化碳传感器和温度传感器6分别与箱体2外的数据采集器相连接；

所述箱体2上安装有二氧化碳通气口12，通过通气管道与箱体2外的二氧化碳气瓶相连接；

所述箱体2内设有风扇7；

所述LED灯管3下固定有散射膜4；

所述箱盖1和箱体2均由厚度为8～12mm的透明有机玻璃板制作而成；所述箱盖1和箱体2间、以及箱体2各接缝处装有密封胶垫，以达到测量装置密封良好。

所述风扇7个数为2～3个，设在箱体2底部。

所述二氧化碳传感器包括二氧化碳传感器①9-1、二氧化碳传感器②9-2、二氧化碳传感器③9-3。

所述LED灯管3的功率为16～25W，各多根灯管间并联，每根灯管都有独立开关。

所述散射膜4的雾度一般为30％、55％或75％。

所述测量装置还包括万向轮8、箱门把手10和箱门11。

一种单株植物净光合速率的测量装置的测量方法，具体包括如下步骤：

1)在所述测量装置的箱体内通入二氧化碳，使箱内浓度达到一定值。利用二氧化碳传感器测量箱内二氧化碳浓度随时间的变化，每5～10min记录一次数据，计算所述装置的换气次数s。s值越小，装置气密性越好；一般地，s可达到0.001～0.0015。

2)打开全部LED光源，在由非散射膜形成的直射光条件下，分别测量从箱底到箱顶部的光量子流密度，每隔10cm记录一组数据；同样地，在由不同雾度散射膜形成的散射光条件下，分别测量从箱底到箱顶的光量子流密度，每隔10cm记录一组数据；找到不同光照条件下光量子流密度相同时的高度，以此作为测定单株净光合速率时放置植株高度的参照。

3)将待测植物整株放入测量装置中，打开风扇7，增加箱内气体的循环扰动。打开LED灯管8，向箱体内通入二氧化碳，待达到预定浓度后将箱门密封。开始测定后，每隔1～2min记录1次箱内植物不同位层二氧化碳浓度的变化。一般地，1～1.5h后停止测量。根据测定数据，计算单位时间内二氧化碳浓度的变化量，从而得到整株植物以及不同位层叶片的净光合速率。

步骤1)和步骤3)中通入二氧化碳，直至箱内浓度达到1000～1500ppm时停止。

本发明所述测量装置，可以用于进行以下测量：散射光下单株植物的净光合速率、不同散射光下单株植物净光合速率的变化、不同光强下单株植物净光合速率的变化以及同一植物不同生育时期净光合速率的变化。

本发明的有益效果为：目前对于植物净光合速率的测量，主要是采用光合速率仪进行单个叶片的即时测量。而利用本发明的装置，可以准确地测量某一段时间内单个植株整体以及植物不同位层的CO₂消耗速率；并且可以避免植物间的相互影响，降低测量误差。本装置可用于测量散射光下单株植物净光合速率、不同散射光下单株植物净光合速率的变化、不同光强下单株植物净光合速率的变化以及同一植物不同生育时期净光合速率的变化。

附图说明

图1为本发明测量装置的正视图；

图2为本发明测量装置的左视图；

图3为本发明测量装置的右视图；

其中1-箱盖、2-箱体、3-LED灯管、4-散射膜、5-待测植物、6-温度传感器、7-风扇、8-万向轮、9-1-二氧化碳传感器①、9-2-二氧化碳传感器②、9-3-二氧化碳传感器③、10-箱门把手、11-箱门、12二氧化碳通气孔。

具体实施方式

本发明提出了一种单株植物净光合速率的测量装置及其测量方法，下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：测量单株番茄净光合速率

如图1、图2和图3所示：一种单株番茄净光合速率的测量装置由箱盖1和箱体2形成密闭空间，箱盖1和箱体2均由厚度为10mm的透明有机玻璃板制作而成，装置长1.2m、宽1.3m、高1m，箱盖1与箱体2、以及箱体2的各个接缝处均用玻璃胶密封，箱体2与箱门11处用宽胶带密封，保证测量装置的气密性良好；箱盖1上安装有12根T5型功率为16w的LED灯管3，各个灯管之间采取并联方式，每根灯管都具有独立的开关，可通过打开灯管数量的多少来调整箱内的光量子流密度；箱体2内安装有二氧化碳传感器①9-1、二氧化碳传感器②9-2、二氧化碳传感器③9-3和温度传感器6，分别与箱体2外的数据采集器相连接；箱体2上安装有二氧化碳通气口12，通过通气管道与箱体2外的二氧化碳气瓶相连接；箱体2底部设有2个风扇7，以搅动箱内气体，保证箱内二氧化碳浓度分布的均匀性；LED灯管3下固定有散射膜4，可以根据测试散射光的不同进行更换不同雾度的散射膜，以安装非散射膜时作为对照；为了方便操作，测量装置还包括万向轮8和箱门把手10。

单株番茄净光合速率的测量步骤，具体包括如下：

1)利用外部二氧化碳气瓶向所述测量装置的箱体2内通入二氧化碳，在箱内浓度达到1500ppm后，利用二氧化碳传感器9-1、9-2、9-3测量箱内二氧化碳浓度随时间的变化，每10min记录一次数据，计算所述装置的换气次数s；

2)打开光源，在安装非散射膜形成的直射光条件下，分别测量从箱底到箱顶部的光量子流密度，每隔10cm高度记录一组数据；同样地，在安装散射膜形成的散射光条件下，分别测量从箱底到箱顶的光量子流密度，每隔10cm高度记录一组数据；找到两种条件下光量子流密度相同时的高度，以此作为后续放置番茄高度的参照；

3)待测植物5为番茄植株，将其放入测量装置中。打开风扇7，增加箱内气体的循环扰动。打开LED灯管3，向所述箱体2内通入二氧化碳，使箱内浓度维持在1000ppm，待浓度稳定后将箱门11密封。通过温度传感器6对箱内温度的变化进行监测，通过二氧化碳传感器9-1、9-2、9-3监测箱内番茄植株不同位层二氧化碳浓度的变化，1.5h停止测量，计算单位时间内二氧化碳浓度的变化量，即可得到此株番茄的净光合速率以及番茄不同位层叶片的净光合速率。