[发明专利]一种测定作物群体不同高度处光合速率、呼吸速率和温室气体排放的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测定作物群体不同高度处光合速率、呼吸速率和温室气体排放的装置及方法，该装置包括测试箱、第一支杆、第二支杆、第三支杆、3N个检测组件和信号采集器，测试箱包括顶盖、箱体和底座，箱体顶部上设有第一凹槽，箱体内壁上安装有风扇，箱体内壁上对称安装有一对支撑架，第一支杆、第二支杆、第三支杆的两端分别通过可拆卸地方式固定在两支撑架上，第一支杆、第二支杆、第三支杆在竖直方向上等间距分布，第一支杆、第二支杆和第三支杆上分别安装N个检测组件，底座顶部设有的第二凹槽，各电元器件分别与信号采集器电连接。该方法依托于该装置，能测定作物群体不同高度处的光强、温湿度、光合速率、呼吸速率以及温室气体的排放。

技术领域

本发明涉及农业生态作物经济效益和生态效益综合评估技术领域，具体涉及一种测定作物群体不同高度处光合速率、呼吸速率和温室气体排放的装置及方法。

背景技术

近年来，耕地面积不断减少，但粮食需求逐年增加，而作物产量80％以上最终来源于光合作用将光能转化为化学能。但C3植物最大光能转化效率约为4.6％，C4植物为6％，而目前田间植物的光能转化效率全生育期平均仅有0.5％，远低于理论上的最高值。因此，提高光能转化效率是提高作物生物量和产量的切实可行的途径之一。

目前，在农业生产中碳氮的投入和输出严重不平衡，导致了作物根区环境恶化，土壤养分过剩，增加温室气体排放，作物生殖生长和营养生长不协调等一系列生态和农业生产问题；另外，农业生产也是温室气体的重要排放源，农业CO₂排放量占人类总排放量14％，N₂O和CH₄分别占84％和47％。因此，动态监测农田温室气体排放和作物光合作用间的关系，关注经济效益的同时衡量生态效益，进一步协调经济效益和生态效益关系，协助低碳农业或绿色农业的发展有重要意义。

自上世纪80年代-90年代，农业资源高效高产的农业生产理念开始从作物单株水品转向作物群体水平，研宄对光合作用的测量已经从单个叶片水平到评估整个冠层或群体水平，测量手段也都不仅关注单个叶片的测量，更关注作物冠层或群体的光合速率、呼吸速率和蒸腾速率等。到目前为止，一些学者设计研发了一些作物冠层或者群体光合速率、呼吸速率和蒸腾速率的测量同化箱。而在大田环境下，由于作物的种植方式不同，整个作物群体上、中和下层的光照、温度、湿度、O₂浓度、CO₂浓度、CH₄浓度和N₂O浓度明显不同，很难详细或系统评估某种种植模式的经济效益和生态效益，并且目前也缺乏一种可以检测或充分衡量农田经济效益和生态效益的综合评估装置，这极大地阻碍了低碳农业或绿色农业发展研宄的进展。

中国农大的李明和施生锦(2006)研发了开路式作物群体光合与蒸散连续测定系统；台州学院和中科院寒区旱区研宄所的高松等(2011)采用Licor公司的L1-8100土壤碳通量测量仪结合北京力高泰公司定做的同化箱对荒漠植物梭梭的群体光合进行了研宄。宋青峰与朱新广(2015)研发了一种气体通量测量系统，可以利用感应探头测定自制同化箱内气体浓度信号。

但是，国内外学者设计开发的群体同化箱设计仅考虑到作物整个群体的光合速率和呼吸速率，没有考虑作物群体上、中和下层的光合速率、呼吸速率、光照、温度、湿度、O₂浓度以及温室气体(CO₂浓度、CH₄浓度和N₂O浓度)的变化，同时也没有考虑到光合速率、呼吸速率以及温室气体排放间的关系。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种测定作物群体不同高度处光合速率、呼吸速率和温室气体排放的装置及方法，该装置结构简单，使用方便，制造成本低。

该方法依托于该装置，操作方便，能测定作物群体不同高度处的光合速率和呼吸速率(一方面检测O₂的变化，另一方面检测CO₂的变化)，测定结果准确可靠。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：