全 文 ：第 11卷 第 4期
2 0 0 3年 1 0月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VoI_1l No．4
0ct．． 2003
便携式光合作用测定系统仪器误差探析
黄彬 香 施生锦 张 理
(中国农 业 大学 资源 与 环境 学 院 北 京 100094)
摘 要 使用各种便携式光合仪测定植物单 叶平均光合速 率的总误差是 由仪器误 差、观测误差和 叶片本身产生的
某些光合反应综合而成。简析了因 CO2、流量 、温度 、-X压 等参数测量所用传感器 的精度引起的仪器误差 ，且该误
差因测量方式(开路或闭路)及叶片光合速率水平而异，光合强度越强其误差越小，误差变幅为 8％～20％(开路)或
2．5％ ～15％(闭路 )。 并分析 了各测 量 参数误 差 对 光合速 率 综 合误 差 的贡 献 ，指 出仪 器 误 差 主 要是 由 COz分 析器
和 流量计 误 差所 致 。
关键词 便 携 式 光合作 用测 定 系统 光合 作用 仪 器误 差
Study on the instrumental error of the portable photosynthesis system．HUANG Bin—Xiang，SHI Sheng-Jin，ZHANG Li
(College of Resources and Environmental Sciences，China Agdcu1tural University，Beijing 100094)，CJEA，2003，11(4)：7-9
Abstract Combined measurement error of average photosynthesis rate is comprised of the instrumental error．the mea—
surement error and the characteristics of leaf photosynthesis．The instrumental error come8 from COz analyzer，flowme—
ter．temperature thermometer and barometer．The error is different with different measuring methods or leaf photosyn —
thesis rates．The photosynthesis rate is stronger，the error is smaler．The error in open system is about 8％ ～ 20％ ，and
is about 2．5％ ～ 15％ in closed system．The main eror is owing tO CO2 analyzer and flowmeter．
Key words Portable photosyn thesis system，Photosyn thesis，Instrumental eror
早在 20世纪 30年代已普遍应用 c02气流法测定植物光合作用 ，桂宝华⋯ ，Bloom A．等于80年代初曾
对老式光合仪器的设计 、材料进行改进研究。LI—COR公司和 ADC公司研制的便携式光合作用测定系统问
世后 Coombs J．和 Hal D．D．等对仪器设计原理及其不足进行了研究分析 。90年代初伴随新技术的应用
带来一系列新问题如分析器转为便携式后其精度及稳定性的变化、电子流量计的应用等。本研究系统量化
分析了当前技术水平下便携式光合作用测定系统的仪器误差 ，为合理使用该仪器提供参考依据。
1 研 究方 法
便携式光合作用测定系统(含开路和闭路)依据流经叶片表面空气 中 co 的变化计算 ，其开放系统净光
合速率计算式为 ：
P = 一 × × P × ×百10000× (c C
m ) (1)
式中，P 为净光合速率(~tmol／m ·S)，F为体积流速(L／min)，Ta为空气温度(K)，P为大气压力(Pa)，A 为
光合面积 (em )，c。开为 开 放 系 统 叶室 出 气 口 C02浓 度 (mg／kg)，C研 为 开放 系 统 叶室 进 气 口 C02浓 度
(mg／kg)。闭路系统净光合速率计算式为 ：
P =一 × ×丽 P × ×
百
10000
×(Co闭 闭) (2)
式 中 ，、／r为 容积(L)，At为 间隔 时 间 (s)，Co闭为终 止时 闭路 系统 C02浓 度 (mg／kg)，C。闭为 初 始 时闭路 系统
c02浓度(mg／kg)。根据泰勒公式 和光合计算式可得开路系统净光合速率的绝对误差为 ：
e ( )=( ) (F*-F)+(差) ( —To)+( ) (p-p)+( ) (A-A)+ (3)
( )(ac ac)
收稿 日期 ．2002—12—12 改 回 日期 ：2003—0l-10
『
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8 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
闭路 系统净光合速 率的绝对误差 为 ：
-(P )=( ) ( - )+(差) ( )+( ) (P P)+( ) (A A)+ (4)
【 )(Ac Ac)
式(3)和式(4)中标 *项为各参数测量值 ，未标 *项为各参数实际值。目前使用的光合作用测定系统主
要有 LCA一4、CI一301PS、CI一310和 LI一6400。本试验采用的传感器绝对误差 CO2分析器为 ±lmg／kg，流量计
为 ±0．03L／rain，光合 面积测 量误差为 ±0．01cm (叶室完 全被叶片 覆盖 )，容积测 量误差 为 ±0．001cm (规则
部分 )，温度测 量误差为 ±0．5℃ ，气压测量误 差为 ±100Pa。
2 结果与分析
2．1 开路系统仪器的误差
仪器综合误差。表 1和表 2为 F=0．5L／rain，A=6．5cm ，T =25"C，P=101．325kPa时不同光合强度
表 1 开 路 系统不 同光合 强度 下各 误 差源 的 测量 误差 与仪 器 综合 误差
Tab．1 The instrumental error of open system in different photosynthesis
表 2 开 路 系统 不 同光 合强 度 下仪器 误 差 的贡献
Tab．2 Error percent of open system in different photosynthesis
下各 误 差 源 产 生 的误
差及其对综合误差 的
贡献 ，表 l和表 2表明
低光合强度时仪器误
差 为 20％左 右 ，主 要
误差 源 为 C()2分 析 器
误 差 ，误 差 贡 献 约 为
70％；中等光合强度下
仪 器 误 差 为 l0％ 左
右 ，主要误差源为流量计误差，误差贡献约为 65％；高光合强度下仪器误差为 8％左右，主要误差源仍为流量
计误 差 ，误差 贡献 约 为 75％；而 温 表3 开路系统不同光合强度与 c()2分析器精度仪器误差变化
度和气压造成 的仪 器误 差较小 。 Tab．3 The variation of the instrumental eror of open system in
红外 CO2分 析器 精 度 导 致 的
仪器 误 差 。C02分 别 器 误 差 因产
品质量和使 用保 养条件等不 同而
差异较 大 。表 3表 明 C02分 析 器
导致 的仪 器 误 差 随误 差增 大 而 迅
速增 大 ，随光 合作 用增 加 而迅 速减
小。目前技术水平下提 高 CO，分
析器的精度较 困难，最好在高光合
强度时使用以减小误差。
different photosynthesis and CO2 analyzer error
流量计误差和流量、光合面积测量导致的仪器误差。实际观测中根据叶片光合强弱选择的流量范围为
0．2～0．8L／rain。由图 1可知，仪器误差随流量计测量误差增大和测量流量的减小而迅速增加(尤其在光合
较弱 时)。目前技 术水 平下 电子 流量计 测 量误差 平均 为 ±0
． 03L／min，流量 由0．8L／minNg0．2L／min时仪
I
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第 4期 黄彬香等 ：便携式光合作用测定系统仪器误差探析 9
器误差由 3．8％增至 15％，其
测量在允许 范 围内应 选择较大
流量 。测量光合 面积方法不 同
产生 的误差 亦 不 同，由 图 2可
知仪器 误差随光合 面积测量误
差 的增 大而增 大。当光合 面积
测量误 差一定时光合 面积越大
对光合 测定造成 的影 响越小 。
2．2 闭路系统仪器的误差
表 4为 V =0．25L，A =
34．32cm ，To ： 25℃ ．P =
101．325kPa，At=lOs时 不 同
光合强 度下仪器综合 误差和各
误 差 源 的贡 献 ，表4表 明 闭 路
30
25
2o
jlIlj
媸 15
稚
晕 lO
5
0
0 0 02 0 04 0 06
流量计测量误差 ／L·rain。。
图 1 开路 系统 不 同流量 (F)与流 量 计
误 差 下仪 器误 差 的变化
Fig．1 The variation of instrumental error
of open system in different air flow and
flowmeter error
25
20
15
嗤
矍10
5
0
0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0
光合面积测量误差／cm
图 2 开 路 系统不 同光合 面积 (A)及 其
测量 误差 下仪 器 误差 的 变化
Fig．2 The variation of instrumental eror
of open system in different leaf are8 and
the measurement error
cO2分析器 、温度和气压的测量误差与开路时相同，由光合面积测量和容积测量产生的误差均较小可忽略不
计。仪器误差低光合强度下约为 15％，中等光合强度下约为 4．5％，高光合强度下约为 2．5％，误差源均以
cO2测量误差为主，其误差贡献达 90％左右。图 3表明仪器误差随容积测量误差的增大而增大 ，当容积测
量误差一定时仪器误差随容积的增大而减小，但容积过大则所需测量时间越长。
25
20
15
冀-0
5
0
0 02 0 04
容积测量误差／L
圈3 闭路系统不同容积和容积测量误差水平下仪器误差的变化
Fig．3 The variation of the iJ1scnJm∞lal elror of dosed system in
diferent dimension and measurement erlur 0f dimension
表 4 闭路系统不同光合强度下仪器综合误差及各误差源的贡献
Tab．4 The instrumental eror and error percent of closed
system in different photosynthesis
3 小 结 与讨 论
开路系统测量低 光合 强度下 仪器误 差为 20％左右，主要误差源为 cO2分 析器误差，误差贡献约为
70％；中等光合强度下仪器误差为 10％左右 ，误差源为流量计误差，误差贡献约为 65％；高光合强度下仪器
误差为 8％左右，误差源为流量计误差，误差贡献 约为 75％。闭路系统测量低光合强度下仪器误差约为
15％，中等光合强度下约为 4．5％，高光合强度下约为 2．5％。误差源均 以 cO2测量误差为主，误差贡献约
为 90％。开路系统较适合高光合强度下作用 ，此时仪器误差较小，较真实反映了光合作用，但对流量和 c
分析器精度要求较高；而闭路系统较适合低光合强度下使用 ，在允许范围内应选择较大的流量和光合面积
。
仪器误差仅是误差因素之一 ，观测中需考虑由于时间变化而改变环境 因子所造成的影响。生物源误差也是
造成综 合误差 的重 要且复杂 因子 之一 ，这有待于进一步研究 。
参 考 文 献
1 桂宝华等．用红外线分析仪测定作物光合强度．农业气象，1983，1：59～60
2 邱国雄等译 生物生产力和光合作用测定技术 ．北京 ：科学出版社，1986
3 易大义等 数值方法 杭州 ：浙江科学技术出版社，1984
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