一種能同時測定植被群體輻射溫度和光合作用的冠層葉室制造技術

一種能同時測定植被群體輻射溫度和光合作用的冠層葉室，它由底面開放、５面封閉的正方體的通量箱（１）和土壤基座（１０）２部分組成。通量箱是冠層葉室的主體，用于覆蓋測定植被，基座起葉室和下部土壤之間的密封作用。箱體和基座用透明的有機玻璃和不銹鋼薄板制作，通量箱可以與Ｌｉ－Ｃｏｒ?６４００的９８６４－１７４適配器連接，連接適配器的箱壁上安有一熱電偶（８），另兩個側面安裝搬動把手（５），箱體頂面，通過３個圓孔和螺紋桿安裝兩個小型風扇（４）和一個紅外輻射溫度探頭（２）。這種裝置密封性好，接駁容易，造價低廉，結合Ｌｉ－Ｃｏｒ６４００可以對植被群體的輻射溫度和碳通量進行同步測定，為研究植被輻射溫度對光合作用的影響機理及其模型提供科學依據。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種用于同時測定植被群體紅外輻射溫度和光合作用的冠層葉 室。冠層葉室與光合作用測定儀連接，根據冠層葉室內C02、H2O的濃度變化來測定植被群 體的碳水通量，葉室內安裝有連接筆記本電腦的紅外測溫儀的微型傳感頭，在測定群體碳 水通量時，同步測定并自動記錄植被冠層群體的紅外輻射溫度，為植被群體冠層的輻射溫 度對植被群體的光合作用的影響機理及其模型研究提供科學依據，屬于生物學研究儀器領 域。技術背景遙感能在瞬時獲取地表“面狀”分布的技術手段漸漸受到生態學家的日益關注，以 遙感為主要數據源的碳循環遙感估算模式已經被國際社會所接受，基于遙感的碳循環研究 已經成為目前碳循環研究的重要方法。利用遙感來估算凈第一生產力一般采用M0nteith(1972，1977)提出的光能利用 模式即植被吸收的光合有效輻射“IPAR” (Intercepted Photosynthetically Active Radiation)乘以某種植被的光能利用率ε，即:NPP = IPARX ε這里1 41 是地表光合有效輻射“？々1 ”( 110忉8711讓6衍03117Active Radiation) 和植被冠層吸收的光合有效輻射的比率“FPAR”(Frection of Photosynthetically Active Radiation absorbed by thecanopy)的乘積，即I PAR = PAR X FPAR。ε 是生態系統的最 大光能利用率ε ^與溫度、水分和大氣中CO2濃度等光合作用限制因子的乘積，即ε = ε 0 X f (T) X f (W) X f (CO2)式中ε ^是最佳環境下的最大光能利用率，f (T)、f (W)和f (CO2)分別是光合作用 中的溫度、水分和大氣CO2濃度的限制函數。目前，遙感的NPP模型中，溫度對光合作用限制的計算模型中的T是氣溫，是基于 氣象站點監測的氣溫值，并通過內插將“點狀”測量數據擴展到不同尺度的區域。那么，利 用這樣一個氣溫觀測值以及相應函數進行溫度限制，會由于以下問題而給NPP的估算帶來 誤差第一，直接影響植被光合作用的溫度不是氣溫，而是植被體本身的溫度。第二，在估算 NPP時所使用的氣溫不能準確反映植被光合作用體和其表面的溫度。第三，即使是氣溫，不 同的時間尺度模型的選擇上存在很大的差異。第四，氣溫的區域代表性問題，縣級氣象站點 一般都坐落在縣城，百葉箱中獲得氣溫值相對于野外陸地生態系統來說代表性可能也比較 差。而且相對區域尺度來說，氣象站點的分布非常有限，尤其是森林和草原生態系統區域， 站點很少。只利用有限站點的觀測數據通過不同插值方法獲得，這種內插或外延技術可能 會給氣溫帶來的誤差會傳遞并累計在NPP估算結果中。而衛星遙感探測的溫度是地表輻射 溫度，對植被冠層來說正好是植被表層輻射溫度。和氣溫相比這個溫度更能反映光合作用 的植被本體溫度。而且，衛星遙感能瞬時獲取大區域和連續分布的植被溫度，彌補了利用氣 溫值計算NPP的不足。植被的輻射溫度與光合作用的關系以及對光合作用的影響過程，需要開展野外測 量實驗來探討。其中溫度的非接觸測量，實際上就是利用輻射計的測量與溫度的反演過程， 其基本的反演原理與衛星遙感溫度類似，但目標更均一，大氣的影響相對簡單。在輻射溫度 觀測的同時，開展光合作用的測量，對研究輻射溫度變化與光合作用變化的關系至關重要。對于光合作用的測量，LI-6400便攜式光合作用測量系統代表了當今國際上植物 葉片光合作用測量儀器的最高水平，是世界著名生理塵態儀器制造商LI-COR公司的尖端 產品。由于單一葉片的植物光合作用代表性有限，可以通過LI-6400連接自定義葉室開展 群體光合作用的測量。而植株群體冠層的輻射溫度測量可以利用輻射計來監測。問題是利 用現有的自定義葉室測定群體光合和利用輻射計測定植被群體冠層的輻射溫度不可能完 全同步，勢必會對實驗結果帶來較大的誤差，因此如何利用自定義葉室測定光合作用的同 時同步測定植被冠層的輻射溫度成為問題的焦點。
技術實現思路
要解決的技術問題為了克服現有的自定義冠層葉室不能對植株群體的輻射溫度和光合作用同步測 量的不足，本技術提供一種冠層葉室，在測定光合作用的同時，能夠方便、準確地對植 被群體冠層的紅外輻射溫度進行同步地自動測定和記錄。這種葉室造價低廉，密封性好，制 作簡單，接駁容易，簡單實用，操作方便等特點。本專利技術專利解決其技術問題所采用的技術方案是本技術提出的能同時測定植被群體輻射溫度和光合作用的冠層葉室，由正方 體的通量箱和土壤基座兩部分組成。上部為通量箱，是測量主體，下部為土壤基座，埋于土 體，用于上部葉室和被測定植被之間結合部(土壤)的密封作用。正方體通量箱規格為 50CmX50CmX50Cm(根據所測定植物的高度規格可以適當加大或縮小)，用無色透明的有 機玻璃作為材料，厚度3-5mm。葉室的5個面封閉(四側面及頂面)，一面(下部)開放， 用于覆蓋實驗材料。通量箱兩相對的側壁上設有把手，方便箱體搬動。另一側壁上留有9 個直徑大小不同的圓孔(用于與Li-Cor 6400的適配器相連)，圓孔的大小、孔間距離與 Li-Cor 6400的9864-174適配器的氣孔和螺絲孔相同。適配器與箱體之間加密封墊圈。在 安裝適配器的側壁上，通過一圓形孔裝有一 E型熱電偶，用于測定通量箱內部氣溫，測定數 據由光合作用測定儀自動記錄。在通量箱的頂壁通過圓形孔和螺紋桿在通量箱內安裝兩個 小型風扇和一個紅外測溫儀的微型傳感頭。風扇(為計算機機箱散熱用的普通風扇)對角 形安裝，根據植被高度通過螺紋桿調節風扇高度，風扇大小可視植被灌層高低而定，目的是 使冠層葉室內的氣體迅速混合均勻。紅外溫度探頭安裝在通量箱連接適配器的側壁內，根 據植被生長狀況通過萬能調節器調節其方位、高度和角度，以便更精確地測定植被群體冠 層的紅外輻射溫度。紅外測溫儀與筆記本電腦連接，通過設定記錄間隔時間，可以和光合作 用儀測定數據同步對植被群體的表面輻射溫度進行記錄。土壤基座由鋁合金或不銹鋼薄材 制成，土壤基座有一扁平基座，基座寬5mm，框架的高為8cm，長、寬均為50cm，土壤底座的上 口與通量箱的底部開口完全吻合。通量箱的基部和土壤基座上都貼有單面密封膠條，強化 冠層葉室的密封性。使用時基座埋于地下，與測定植物所在的土壤表面持平。所有需電設 施均由外部的12V電源供電。上述通量箱內，所述紅外測溫儀的光學分辨率為2 1，包括兩部分微型傳感頭 和分離電盒，具有三種可選的數字接口(USB，RS232或RS485)。通過按鍵和帶有IXD顯示 的智能操作面板，可以方便的設置和調節基本參數。該裝置可以用來測定草坪、草地、花卉、地被植物、蔬菜、糧食作物、小灌木等各種 植物冠層的紅外輻射溫度、群體光合、呼吸和蒸騰作用，解決了在測定碳通量的同時，不能 同步測定紅外輻射溫度的問題。為利用遙感技術研究輻射溫度與植被群體的碳水通量間的 關系模型提供科學依據。本技術的有用效果是，可以在測定植株群體光合速率的同時，同步測定植株 冠層紅外輻射溫度，測定數據通過電腦自動記錄，方便快捷。以下結合附圖和實施方式進一步說明本技術。附圖說明圖1是本實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種能同時測定植被群體輻射溫度和光合作用的冠層葉室，其特征是，它由正方體的通量箱和土壤基座兩部分組成，通量箱的四周側壁和頂壁用無色透明的有機玻璃制成，下部開放；通量箱兩相對的側壁上設有把手，一側壁上有直徑大小不等的圓形孔，與光合作用儀的適配器相連；在安裝適配器的側壁上，通過一圓形孔裝有一熱電偶；在通量箱的頂壁通過圓形孔和螺紋桿在通量箱內安裝兩個小型風扇和一個紅外測溫儀的微型傳感頭；土壤基座由鋁合金或不銹鋼薄材制成，通量箱的基部和土壤底座的基座上各有一層單面密封膠條。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳良富，嚴俊霞，李洪建，
申請(專利權)人：中國科學院遙感應用研究所，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]