[實用新型]一種冠層光合蒸騰測量儀

有效

• 申請號: 201320891829.6
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN204008587U
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 宋青峰;蕭菡;朱新廣
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海生命科學研究院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳靜

技術領域

本實用新型屬于植物學領域；更具體地，本實用新型涉及一種冠層光合蒸騰測量儀及其應用。

背景技術

隨著全球人口的不斷增加、化石能源的日益枯竭，對糧食和生物質能源的需求越來越高，而耕地面積則因城市化的發展逐漸減少，因此，增加單位土地面積的糧食和生物量產量成為解決糧食和能源問題的必然途徑。長期以來，人們一直在為提高作物產量不懈努力，并取得了積極成效。然而，近十年來，圍繞提高作物產量的科學研究難以取得突破性進展，糧食單產徘徊不前。如何提高植物產量已成為植物學家們面臨的重要挑戰。

目前的研究表明，可以大幅提高產量的方法是提高植物的光能轉化效率，理論上C3植物最大光能轉化效率約是4.6%，C4植物可達6%。而田間植物的光能轉化效率全生育期平均卻僅有0.5%，遠低于理論上的最高值。因此，提高作物的光能轉化效率是提高產量的一條切實可行的途徑。目前，國際上已經啟動了多個與光合作用和糧食產量相關的研究項目，這些項目大多涉及植物生理學、生態學、細胞和分子生物學、遺傳學等多個學科，但這些研究對光合作用的測量水平大多停留在單個葉片水平，測量手段也都基于單個葉片的測量，比如氣體交換、熒光、氣孔導度等。然而，近來多數研究表明，植物產量與冠層光合作用速率密切相關，與單個葉片的光合作用速率相關性不明顯(Zelitch,1982)。但是，到目前為止，冠層光合作用的測量缺乏有效統一的設備系統，這極大地阻礙了冠層水平光合作用效率與作物產量關系研究的進展。

傳統的測量冠層光合作用和蒸騰速率的方法是利用簡易的冠層同化箱，需要人工操作，精度、重復性和通量都需要進一步改進。隨著基因組學和高通量測序技術的發展，基因型的測定實現了高通量，而表型的自動化、高通量和全生育期測量成為了研究瓶頸，目前亟待開發一套大田自動化、全生育期冠層光合和蒸騰速率測量系統以滿足越來越多的大規模冠層光合作用研究的需求。

在田間試驗小區內，小范圍測量冠層光合和蒸騰速率的方法主要是同化箱法，可分為開路式和閉路式兩種。開路式的特點是對于測量同化箱進氣與出氣的二氧化碳濃度和流速，計算冠層光合速率，該方法可以控制內部環境，測量穩定狀態下的參數，但是該技術結構復雜，需要大量的氣體流動。閉路式的特點是通過打開和關閉同化箱，測量內部二氧化碳濃度的瞬時變化率，得到冠層光合速率，雖然不是穩定狀態下的參數，但是在二氧化碳下降范圍很小(<20ppm)就可以得到變化率，其內部的環境相對變化都比較小，該技術結構簡單，便于操作。

國外許多學者開發了一些用于測量冠層光合速率的儀器。Reicosky和Peters(1977)提出了利用同化箱對田間小區冠層蒸騰速率進行快速測量。Reicosky等(1990)總結了利用可在田間使用的同化箱測量和計算冠層二氧化碳氣體交換速率的方法。Bugbee(1992)設計了閉路式冠層同化箱。Steduto等(2002)開發的自動冠層同化箱可以監控全天的冠層光合和蒸騰。Muller等(2009)研發了用于測量小麥冠層光合作用的開路式同化箱。Pérez-Priego(2010)設計制作了用于測量整株樹的閉路式冠層同化箱。

國內也有許多學者關注植物群體冠層光合作用和產量的關系，并且各自研制同化箱進行冠層光合速率測量。新疆的周抑強等(1997)年利用冠層同化箱對棉花群體光合特性進行研究；新疆石河子大學的馬富裕(1998)介紹了利用閉路式同化箱以棉花為主測量群體冠層光合作用速率的方法；山東農科院玉米研究所的王慶成等(2001)利用閉路式同化箱通過測量玉米冠層光合作用研究不同品種，不同株型對冠層光合的影響；中國農大的李明和施生錦(2006)研發了開路式作物群體光合與蒸散連續測定系統；臺州學院和中科院寒區旱區研究所的高松等(2011)采用Licor公司的LI-8100土壤碳通量測量儀結合北京力高泰公司定做的同化箱對荒漠植物梭梭的群體光合進行了研究。

國內外學者設計開發的不同應用的冠層同化箱，原理基本一致而各自的功能和性能存在差異，很難將冠層光合速率和蒸騰速率進行標準化的測量。這些儀器雖然都可以測量冠層光合速率，但是各自都存在不足之處，有的箱體較小不能滿足水稻、小麥等田間實驗需求；基本都不能拆裝箱體，運輸和存儲不方便；很少有自動化測量的；Steduto P.等(2002)設計的自動化測量在田間有風環境下不夠穩定；氣體測量部件基本都在箱體外部，將氣體導出后再測量的響應時間較長；大多數系統集成度不高，測量得到的參數不夠全面，沒有整合光量子通量、氣壓、葉片溫度等參數的測量，不能夠實時顯示測量數據；沒有配套的數據存儲、分析功能，沒有結合光合作用計算模型對測量參數進行有效分析。