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测量群体光合 一、植物群体光合速率测定装置与方法 王修兰 徐师华 李佑祥 (中国农科院农业气象研究所) 植物光合作用是指绿色植物在阳光照射下吸收CO2和水，合成碳水化合物并释放O2的过程。依据这一原理，测量光合作用一般有三种途径：即测定叶片干物质积累速率、叶片释放O2的速率和叶片吸收CO2的速率。近20多年来，随着红外线CO2气体分析仪的问世和普及，为测定CO2交换速率提供了一种良好的手段。 无论国内还是国外，都以采用同化室法测定单叶的光合速率居多，即把叶片置于一透明的同化室(叶室)中，根据叶室进、出口处CO2浓度差和通风量求算光合速率，这种方法称开放式测定，也可以在封闭的叶室中，根据室内CO2浓度的减少量来求算光合速率，称为封闭式测定。然而植物单叶和群体的光合速率，因其受光及其他环境(温、湿度等)条件的不同，而有着明显的差异。小型的同化室无法用于群体测量。国内外也有利用塑料薄膜在田间把植物围成一个简易的同化箱体，下部用土压实、测定自然环境下群体的光合速率的研究。 为了探讨CO2浓度倍增对农作物的影响，利用上述简易同化箱由于相互制约的因子较多，难以达到预期目的。其理由是：①采用封闭式系统在田间测量群体光合速率，系统容积大，极难密闭，不宜作高浓度CO2的处理。②若采用开放式同化箱，要保待设定的CO2浓度，使之达到动态平衡需连续供应高浓度CO2不仅成本高，而且又形成了一个CO2排放源。为此，我们设计了一种半封闭式的测量装置，测定群体光合速率。 装置 整个系统主要包括以下几部分：CO2发生源、同化箱、气泵及红外CO2气体分析仪(如图1)。同化箱中的气体经干燥剂去湿，过滤器除尘后，由气泵打入红外仪检测气体CO2浓度变化，再返回同化箱构成一封闭回路。 1-1 CO2源 CO2源由一个保持一定浓度的CO2气瓶和一个流量计组成供气线路(图1)。在同化箱中不放任何植物，先打开CO2气瓶阀门，保持恒定流量(1L/min)，同化箱中CO2浓度随放气时间增加而升高，由红外仪测得CO2浓度一放气时间变化关系，绘制成表格，只要控制放气时间即可为同化箱补给设定的浓度范围。 1-2同化箱 同化箱为玻璃材料(图2)，经铝合金框架固定，为了提高采光率，顶面玻璃向上倾斜以扩大受光面积，玻璃箱体下面为铝合金底座架，架顶(即玻璃箱体的下底面)是活动的铝合金波纹板，其上放置盆栽作物，铝合金底座架一侧有三个小孔；送气孔(补充CO2气)出气孔(抽取气样)和安置各种测量仪器引线备用孔。由CO2源供给的高浓度CO2气体经透明塑料软管，从送气孔进入同化箱，考虑到c02比重大于空气，下沉于地表，必须迫使箱内气流上下交换混合均匀，在箱内北部离地面20cm处安装一蛇形塑胶管，直径16cm，高120cm，管口上方有一排风扇.最小风量3m3/min。不断抽取贴近地面的CO2气体并向上方辐散，同化箱容积为8.6 m3，约3min即可混合均匀。出气管置于作物活动面高度，抽取冠层附近的气样，测定群体光合。 在封闭式和半封闭式气路测量中，同化箱的密封性能非常重要。尽管我们仔细地用橡皮垫圈等材料密封，尽量减少箱内气体泄漏，然而漏气毕竟难免。因此应事先分别测定各箱体(未放植物)的漏气速率。 漏气速率的大小，取决于箱体密封性能的好坏，同时还与箱内的CO2浓度及箱外的风速有关，箱内浓度愈高，漏气愈快，外界风速愈大，漏气也愈快。根据各箱所设定的CO2浓度范围，分别测定由上限浓度降至下限浓度所需要的时间，每隔1min测定一次CO2浓度，绘制成浓度一时间曲线。图3为A箱(设定浓度700±50ppm)在平均风速4.8m/s和9.6m/s条件下的漏气曲线。根据各箱在不同风速条件下的漏气曲线，求得不同风速条件下该箱的漏气速率，进行漏气订正后，才能准确计算植物光合速率。 1-3红外CO2分析仪 红外CO2分析仪是目前测量光合速率较好的一种仪器，因其可靠、快速、简便而广为应用。本实验选用北京分析仪器厂QGD-07红外仪。它是一个红外光源发射一束红外光，借助斩波器(二组干涉滤光片)转换成4.26μm(能被CO2吸收)和3.9μm(CO2不吸收)交替变化的红外光，通过气室至锑化锢检测器，根据所接受的红外光的强弱，便得知CO2浓度。 QGD-07红外仪输出电流信号μA)，仪器于1992年4月由厂方定标，绘制出拼A-ppm定标曲线，测定范围为0~1000ppm，灵敏度2ppm。 2测量 测量步骤如下：①预热：红外仪预热1~2h；②调零：依图4接通气路1，管中气样经干燥管(内装CaCl2)吸收水汽，过滤器除尘，CO2吸收管(内装碱石灰)吸收全部CO2气体后，由气泵(流量1L/min)抽入红外仪，此时将红外仪指针调至0点(0μA即0ppm)；③定标：根据测量范围，选定合适的CO2标准气(本实验采用由国家标准物质研究中心