CN219871238U - 作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及植物检测技术领域，提供一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置及系统。上述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，包括：箱体和检测组件，箱体具有敞口，箱体的壁面可透光；检测组件设置于箱体内，检测组件用于检测透过箱体到达作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体内的温度、气压以及气体浓度。上述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，通过将箱体的一端设置为敞口，可将目标作物罩设于箱体内，在箱体内进行光合作用，通过采集作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体内的温度、气压以及气体浓度，计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率，实现了对大批量试验材料冠层光合速率和蒸腾速率的测量，提高了测量效率。

Description

作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置及系统

技术领域

本实用新型涉及植物检测技术领域，尤其涉及一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置及系统。

背景技术

作物的产量潜力通常可用单位面积土地接收的光合有效辐射、冠层光能截获率、光能利用效率和经济系数的乘积表示。已有的理论和试验研究表明，粮食作物的冠层光能截获率和经济系数已分别高达80％～90％和50％～60％，可提升空间较小，然而作物冠层的光能利用效率目前仍存在较大的提升空间。作物光能高效利用育种成为提升作物产量的切实可行的重要途径。

作物的光能利用效率是指作物某一生长时段内干物质积累量与该时段冠层吸收的光合有效辐射量的比值，单位为g/MJ，用来表征作物的光合有效辐射向干物质的转化效率，其大小很大程度上取决于作物株型和冠层光合作用。不同种类作物的光能利用效率存在较大差异，例如水稻和小麦的光能利用效率的最大值分别为1.39g/MJ和1.46g/MJ，而高粱和玉米的光能利用效率的最大值分别为1.4g/MJ和1.7g/MJ。此外，同一作物的光能利用效率还受到遗传因素、环境因素和管理因素及其交互作用的强烈影响。然而，现阶段高光效的鉴定研究大都停留在单个叶片水平，测量手段也都是采用气体交换对单叶光合速率进行测定，无法满足作物冠层高光效的鉴定需求。目前为止，缺乏对冠层光合作用进行高通量测量的技术装备，这极大地阻碍了高光效品种的选育进程。

实用新型内容

本实用新型提供一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置及系统，用以解决现有技术中测量手段仅能够对单叶光合速率进行测定，而无法满足作物冠层光合速率测定的缺陷。

本实用新型提供一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，包括：箱体，所述箱体的底部具有敞口，以使所述箱体能够将目标作物罩于其内，所述箱体的壁面可透光；检测组件，设置于所述箱体内，所述检测组件用于检测透过所述箱体到达作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体内的温度、气压以及气体浓度。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，所述检测组件包括辐射计；所述箱体包括顶板，所述顶板与所述敞口相对，所述顶板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面位于所述箱体内，所述第二表面位于所述箱体外，所述辐射计邻近所述第一表面设置。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，所述检测组件还包括：温度计、气压计和气体采样管，所述温度计、所述气压计和所述气体采样管均设置于所述箱体内。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，还包括风机，所述风机设置于所述箱体内，并位于所述气体采样管的下方，所述风机用于使所述箱体内的气体均匀分布。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，还包括数据采集与分析仪，所述数据采集与分析仪与所述检测组件电性连接，所述数据采集与分析仪用于根据所述气体浓度的变化率计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，还包括多个补光灯，多个所述补光灯设置于所述箱体内。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，所述箱体包括：框架；多个透光板，设于所述框架内，所述透光板与所述框架密封连接。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，还包括固定件，所述固定件为中空结构，所述固定件的第一端与所述箱体的敞口端连接，所述固定件的第二端具有刃口，以使所述固定件的第二端能够插入土壤中。

根据本实用新型提供的一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，还包括起吊件，所述起吊件设置于所述顶板的第二表面。

本实用新型还提供一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的系统，包括移动装置和如上所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，所述移动装置与所述装置可拆卸连接，所述移动装置用于将所述装置搬运至目标地并罩设于目标作物的外部。

本实用新型提供的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，通过将箱体的一端设置为敞口，并在箱体内设置检测组件，可将目标作物罩设于箱体内，在箱体内进行光合作用，通过采集作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体内的温度、气压以及气体浓度，计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率，实现了对大批量试验材料冠层光合速率和蒸腾速率的测量，提高了测量效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的系统的结构示意图之一；

图3是本实用新型提供的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的系统的结构示意图之二；

附图标记：

10：辐射计；11：温度计；12：气体采样管；13：气压计；20：风机；30：数据采集与分析仪；40：补光灯；50：固定件；60：起吊件；100：箱体；101：框架；102：透光板；200：行走机器人；201：机械臂；202：油缸；300：轨道式表型平台；301：轨道；302：升降机构；1021：顶板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1-图3描述本实用新型的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置及系统。

如图1所示，在本实用新型的实施例中，作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置包括：箱体100和检查组件。箱体100具有敞口，以使箱体100能够将目标作物罩于其内，箱体100的壁面可透光。检测组件设置于箱体100内，检测组件用于检测透过箱体100到达作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体100内的温度、气压以及气体浓度。

具体来说，在本实施例中，箱体100为矩形结构，箱体100的底面为敞口。在对目标作物冠层进行光合速率和蒸腾速率测量时，可将箱体100直接罩设于目标作物的外部，箱体100的壁面均为透光壁面，光照可透过箱体100的壁面射入作物冠层，以使作物冠层能够进行光合作用。检测组件设置于箱体100内，以采集作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体100内的温度、气压以及二氧化碳和水蒸气的浓度，根据箱体100内二氧化碳浓度的变化率和水蒸气浓度的变化率即可计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率。

本实用新型实施例提供的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，通过将箱体的一端设置为敞口，并在箱体内设置检测组件，可将目标作物罩设于箱体内，在箱体内进行光合作用，通过采集作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体内的温度、气压以及气体浓度，计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率，实现了对大批量试验材料冠层光合速率和蒸腾速率的测量，提高了测量效率。

如图1所示，在本实用新型的实施例中，检测组件包括辐射计10，箱体100包括顶板1021，顶板1021与敞口相对，顶板1021具有相对的第一表面和第二表面，第一表面位于箱体100内，第二表面位于箱体100外，辐射计10邻近第一表面设置。

具体来说，辐射计10设置于箱体100内靠近顶板1021的第一表面的位置，以采集箱体100内植物冠层上方的光合有效辐射强度。

进一步地，检测组件还包括：温度计11、气体采样管12和气压计13。温度计11、气体采样管12和气压计13均设置于箱体100内，其中，温度计11位于气体采样管12的上方，气体采样管12用于检测箱体100内二氧化碳的浓度和水蒸气的浓度，气压计13位于气体采样管12的下方。

进一步地，在本实用新型的实施例中，作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置还包括风机20，风机20设置于箱体100内，并位于气体采样管12的下方。

具体来说，风机20用于使箱体100内的气体均匀分布。风机20的数量可以为多个，进一步地，气体采样管12位于风机20的上方，保证了气体浓度检测数据的准确性和可靠性。

如图1所示，在本实用新型的实施例中，作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置还包括数据采集与分析仪30，数据采集与分析仪30与检测组件电性连接，数据采集与分析仪30用于根据气体浓度的变化率计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率。

具体来说，数据采集与分析仪30与辐射计10、温度计11、气体采样管12和气压计13电性连接，辐射计10将采集到的作物冠层的有效辐射强度发送至数据采集与分析仪30，温度计11将检测到的箱体100内的实时温度、气体采样管12将采集到的箱体100内二氧化碳的实时浓度和水蒸气的实时浓度、气压计13将采集到的箱体100内的气压值均发送至数据采集与分析仪30，数据采集与分析仪30将上述数据记录、存储，并根据二氧化碳浓度的变化率和水蒸气浓度的变化率计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率。

如图1所示，在本实用新型的实施例中，作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置还包括多个补光灯40，多个补光灯40设置于箱体100内。

具体来说，在箱体100相邻两个侧板的连接处设置支架，每个支架上等间距设置多个补光灯40，在阴天或黑暗条件下，可通过调节箱体100内补光灯40的光线强弱实现补光效果，从而模拟不同光照环境。可选地，在本实施例中，补光灯40为LED灯。

如图1所示，在本实用新型的实施例中，箱体100包括：框架101和多个透光板102，透光板102安装于框架101内，透光板102与框架101密封连接。

具体来说，在本实施例中，框架101为带有安装槽的铝合金型材，透光板102安装于框架101内，从而形成箱体100。安装槽内设有密封条，以使框架101与透光板102密封连接。在本实施例中，透光板102为透明或半透明的塑料膜或有机玻璃。

如图1所示，在本实用新型的实施例中，作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置还包括固定件50，固定件50为中空结构，固定件50的第一端与箱体100的敞口端连接，固定件50的第二端具有刃口，以使固定件50能够插入土壤中。

具体来说，在本实施例中，箱体100为矩形结构，相应地，固定件50也为中空的矩形结构，且固定件50的尺寸与箱体100的尺寸相匹配，以使固定件50的第一端能够与箱体100的敞口端连接。进一步地，固定件50的第二端具有刃口，在对目标作物进行光合速率和蒸腾速率测量时，将箱体100套设于目标作物外，固定件50的第二端因有刃口，可插入土壤中，从而使箱体100成为一个封闭结构，然后根据检测组件采集到的各数据，计算出箱体100内目标作物冠层的光合速率和蒸腾速率。

如图1所示，在本实用新型的实施例中，作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置还包括起吊件60，起吊件60设置于顶板1021的第二表面。具体来说，起吊件60设置于箱体100的顶板1021上，并位于箱体100的外部，外部器械通过起吊件60可将箱体100搬运至任何测量点，提高了测量的便利性。

可选地，起吊件60的数量可以为一个，也可以为一对。当起吊件60的数量为一个时，起吊件60可设置于顶板1021的中心，以便于稳定起吊；当起吊件60的数量为一对时，一对起吊件60相对设置于顶板1021的中心点的两侧。

如图2和图3所示，本实用新型实施例还提供了一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的系统，包括移动装置和作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，移动装置与作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置可拆卸连接，移动装置用于将作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置搬运至目标地并罩设于目标作物的外部。

具体来说，移动装置可沿田间自由行走，移动装置通过起吊作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置的起吊件60，可将箱体100搬运至目标作物的上方并将箱体100放置在地面上，以将目标作物罩设于箱体100之内。

可选地，如图2所示，移动装置为行走机器人200，行走机器人200可沿田间自由行走，行走机器人200设有机械臂201和油缸202，机械臂201与油缸202的液压杆连接，液压杆伸缩时可带动机械臂201向上运动或向下运动。在测量时，机械臂201与起吊件60连接，行走机器人200移动，将箱体100搬运至目标作物的一侧，工作人员控制行走机器人200的油缸202的液压杆收缩，从而使箱体100下降，并覆盖于目标作物外，继续控制液压杆收缩，机械臂201对箱体100的顶板1021施力，以使固定件50插入土壤中，从而使箱体100内形成一个封闭空间，然后，辐射计10、温度计11、气体采样管12和气压计13将采集到的数据发送至数据采集与分析仪30，数据采集与分析仪30根据气体浓度的变化率计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率。

可选地，如图3所示，移动装置为轨道式表型平台300，轨道式表型平台300包括轨道301和升降机构302，升降机构302可沿轨道301的长度方向滑动，升降机构302可沿纵向升降。在对目标作物进行测量时，升降机构302通过起吊件60将箱体100搬运至目标作物的上方，升降机构302带动箱体100下降，将箱体100罩设于目标作物的外部，升降机构302继续下将，对箱体100的顶板1021施力，以使固定件50的第二端插入土壤中，从而使箱体100内形成封闭空间，以对目标作物冠层进行光合速率和蒸腾速率的测量。

进一步地，在图2所示的实施例中，行走机器人可将箱体100搬运至田间的任何地方，进而可对每片目标作物进行检测，实现了对大批量作物冠层进行光合速率和蒸腾速率的测量；在图3所示的实施例中，在升降机构302沿轨道301滑动时，可将箱体100搬运至任一片目标作物上方，也实现了对大批量作物冠层进行光合速率和蒸腾速率的测量。

本实用新型实施例提供的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的系统，通过设置移动装置，可将作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置搬运至任一目标作物处，实现了对大批量作物冠层进行光合速率和蒸腾速率的测量，提高了测量效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体的底部具有敞口，以使所述箱体能够将目标作物罩于其内，所述箱体的壁面可透光；

检测组件，设置于所述箱体内，所述检测组件用于检测透过所述箱体到达作物冠层顶部的光合有效辐射强度、箱体内的温度、气压以及气体浓度。

2.根据权利要求1所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，所述检测组件包括辐射计；

所述箱体包括顶板，所述顶板与所述敞口相对，所述顶板具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面位于所述箱体内，所述第二表面位于所述箱体外，所述辐射计邻近所述第一表面设置。

3.根据权利要求2所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，所述检测组件还包括：温度计、气压计和气体采样管，所述温度计、所述气压计和所述气体采样管均设置于所述箱体内。

4.根据权利要求3所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，还包括风机，所述风机设置于所述箱体内，并位于所述气体采样管的下方，所述风机用于使所述箱体内的气体均匀分布。

5.根据权利要求1所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，还包括数据采集与分析仪，所述数据采集与分析仪与所述检测组件电性连接，所述数据采集与分析仪用于根据所述气体浓度的变化率计算出作物冠层的光合速率和蒸腾速率。

6.根据权利要求1所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，还包括多个补光灯，多个所述补光灯设置于所述箱体内。

7.根据权利要求1所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，所述箱体包括：

框架；

多个透光板，设于所述框架内，所述透光板与所述框架密封连接。

8.根据权利要求1所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，还包括固定件，所述固定件为中空结构，所述固定件的第一端与所述箱体的敞口端连接，所述固定件的第二端具有刃口，以使所述固定件的第二端能够插入土壤中。

9.根据权利要求2所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，其特征在于，还包括起吊件，所述起吊件设置于所述顶板的第二表面。

10.一种作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的系统，其特征在于，包括移动装置和权利要求1-8中任一项所述的作物冠层光合速率和蒸腾速率测量的装置，所述移动装置与所述装置可拆卸连接，所述移动装置用于将所述装置搬运至目标地并罩设于目标作物的外部。