摘要

       植物生理學(xué)家使用氣孔計(jì)來研究葉片氣孔開度，并以水蒸氣擴(kuò)散導(dǎo)度或阻力的單位對(duì)其進(jìn)行量化。在此比較中，兩種氣孔計(jì)的傳感器頭均可直接夾在葉片表面。AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)的設(shè)計(jì)更大、更復(fù)雜，SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)更小巧便攜，性價(jià)比高，但在田間葉片氣孔測(cè)量的快速性和便利性方面都很有優(yōu)勢(shì)。

       Delta-T AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)自1992年以來一直在生產(chǎn)，未進(jìn)行過重大設(shè)計(jì)變更。METER Group的SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)葉片氣孔計(jì)于2005年推出，并在2014年進(jìn)行了大幅改進(jìn)，以解決一致性和準(zhǔn)確性問題。新設(shè)計(jì)包括一個(gè)校準(zhǔn)板和一個(gè)內(nèi)置于葉片夾中的干燥劑容器。METER Group建議將早期型號(hào)升級(jí)到新標(biāo)準(zhǔn)，并僅在自動(dòng)模式下用于葉片導(dǎo)度測(cè)量。以下是與該配置下的SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)的比較。

AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)

1.工作原理

一個(gè)聚丙烯制的小室（杯）被夾在葉片表面，通過氣孔釋放的水蒸氣會(huì)使小室內(nèi)的相對(duì)濕度（RH）升高。AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)將RH升高的速率與直接從電導(dǎo)參考板獲得的相似速率進(jìn)行比較，然后計(jì)算并顯示葉片的擴(kuò)散電導(dǎo)。

2.總體設(shè)計(jì)

AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì) 綁在使用者的腰間，所有控制裝置都方便地設(shè)置在手中，支持左手或右手操作，使另一只手能夠自由地將葉片放置在傳感器頭內(nèi)。用戶通過屏幕菜單引導(dǎo)完成校準(zhǔn)、讀取、數(shù)據(jù)審查和下載任務(wù)。

3.傳感器頭

輕便的傳感器頭提供圓形和開槽的杯狀結(jié)構(gòu)，并內(nèi)置了一個(gè)用于記錄光照水平的標(biāo)準(zhǔn)桿數(shù)傳感器。一個(gè)單獨(dú)的RH傳感器和熱敏電阻用于監(jiān)測(cè)杯狀結(jié)構(gòu)的溫度。葉片溫度則通過另一個(gè)緊貼葉片背面的熱敏電阻進(jìn)行測(cè)量，而AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

4.操作

將傳感器頭定位在葉片上后，讀取單個(gè)葉片的讀數(shù)。通過向頂部腔室泵入干燥空氣，并記錄相對(duì)濕度（RH）在預(yù)設(shè)環(huán)境RH水平附近的上升時(shí)間，自動(dòng)重復(fù)此過程直至穩(wěn)定（通常為20至30秒）?？赏ㄟ^透明窗口查看葉片上的杯狀物位置。AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)在每次測(cè)量前都需要重新校準(zhǔn)。使用6點(diǎn)校準(zhǔn)板時(shí)，此過程需要5-10分鐘，該板專為現(xiàn)場(chǎng)使用設(shè)計(jì)，每天只需準(zhǔn)備一次。可隨時(shí)快速進(jìn)行校準(zhǔn)抽查。

SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)

1.工作原理

一個(gè)鋁制室被夾在葉片表面，水蒸氣通過氣孔釋放，在室中形成一條通往干燥劑膠囊的相對(duì)濕度（RH）梯度。SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)從均勻的初始條件開始監(jiān)測(cè)梯度的變化，外推至平衡穩(wěn)態(tài)條件，然后30秒內(nèi)計(jì)算并顯示葉片擴(kuò)散電導(dǎo)率。

2.總體設(shè)計(jì)

SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)讀出單元設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、輕便，配有小顯示屏和鍵盤。使用箭頭鍵可以進(jìn)行基本的閱讀標(biāo)注。在使用過程中需要持續(xù)按住控制盒，但在將葉片插入葉夾時(shí)，這可能會(huì)造成不便。

3.傳感器頭

頭部小巧而堅(jiān)固，內(nèi)含干燥劑室。喉部深度為20毫米，這限制了其在較大葉片上的放置。沒有為草葉設(shè)計(jì)的狹窄槽口，也沒有光合有效輻射（PAR）傳感器。葉片后部的密封由泡沫墊提供，但前表面沒有貼合的密封，因此在紋理葉片上的讀數(shù)可能不可靠。葉片室是一個(gè)堅(jiān)固的鋁塊，在測(cè)量過程中會(huì)使葉片達(dá)到鋁塊的溫度。葉片室內(nèi)包含兩對(duì)相對(duì)濕度（RH）和溫度傳感器，這些傳感器必須緊密匹配，以確保準(zhǔn)確性和響應(yīng)時(shí)間。規(guī)定每年進(jìn)行一次工廠重新校準(zhǔn)。

4.操作

在將頭部放置于葉子上之前，必須先搖晃頭部約1分鐘，以確保起始條件均勻干燥。隨后，需迅速將夾子定位在葉子上，并保持垂直靜止?fàn)顟B(tài)，持續(xù)30秒的測(cè)量時(shí)間。驗(yàn)證葉片上腔室孔的確切位置并不容易。SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)套件中包含一塊校準(zhǔn)板及其使用材料。單點(diǎn)校準(zhǔn)所需時(shí)間約為5-10分鐘?，F(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)以及環(huán)境溫度發(fā)生顯著變化時(shí)，都需要使用校準(zhǔn)板。建議每天更換葉夾中的干燥劑。

功能對(duì)比

事實(shí)性信息來源于制造商的數(shù)據(jù)表和用戶文檔。性能計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)是在環(huán)境溫度為20-25°C、相對(duì)濕度為50%的條件下，針對(duì)電導(dǎo)率為~50-700 mmol.m-2.s-1的典型測(cè)量結(jié)果，并附有典型結(jié)果注釋。在其他溫度、相對(duì)濕度和電導(dǎo)率條件下，時(shí)間可能會(huì)顯著長于表中的值。測(cè)試的儀器固件版本為：AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì) v.2.51；SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì) v. LP 1.38。

結(jié)論

       葉片氣孔導(dǎo)度是植物生理學(xué)家要求進(jìn)行的一項(xiàng)較為苛刻的測(cè)量。當(dāng)葉片進(jìn)行光合作用且蒸騰作用顯著時(shí)，葉片間氣孔反應(yīng)的巨大差異要求盡快進(jìn)行大量測(cè)量，以全面了解整個(gè)植物和冠層的反應(yīng)情況。

      測(cè)量的速度和便捷性一直是AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的一大特色。雙手可以自由操作，將葉片放入傳感器頭中。杯形窗口允許在葉片上進(jìn)行視覺定位，必要時(shí)可定位在葉脈之間，且距離葉片邊緣最遠(yuǎn)可達(dá)70毫米。讀數(shù)可以快速用通俗語言進(jìn)行注釋，并且可以根據(jù)需要，將葉片的光合有效輻射（PAR）水平納入數(shù)據(jù)集中。相對(duì)濕度（RH）設(shè)定在環(huán)境濕度的5%以內(nèi)，輕便的塑料杯組件能夠快速適應(yīng)葉片溫度。對(duì)于中等至高葉片電導(dǎo)率（100-700 mmol·m?2·s?1）的測(cè)量，AP4植物動(dòng)態(tài)氣孔計(jì)的讀取速度通?？蛇_(dá)其他設(shè)備的兩倍。SC-1穩(wěn)態(tài)氣孔計(jì)，對(duì)于密集使用，它不需要額外的筆記本電腦，也不需要助手幫忙。