厚度自校正的SPAD叶绿素测量方法

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1、2015年5月农机化研究第5期厚度自校正的SPAD叶绿素测量方法程阳，胡佳成，郭冲冲，方波，李东升(中国计量学院计量测试工程学院，杭州310018)摘要:为了降低厚度对叶绿素仪在测量土壤和作物分析仪器开发(SPAD)值的影响，提出了一种厚度自校正的SPAD测量方法。首先，介绍了厚度自校正的测量原理;其次，设计了一套可同时测量SPAD值和叶片厚度的测量系统;最后，通过水稻进行实验验证。结果表明:自校正后的SPAD与各叶绿素含量的相关系数均比自校正前有明显提高，平均达到了0．819，该测量方法提高了SPAD估计叶绿素的能力和精确度。关键词:厚度自校正;SPAD;叶绿素测

2、量;相关系数中图分类号:S24文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)05－0036－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.05.008具有选择吸收特性，根据朗伯－比尔吸收定律(Lam-0引言［5］bert－BeerLaw)，有氮素是植物生长最重要营养元素之一，其重要性－αclI=I0e(1)仅次于水，是蛋白质、核酸及植物体内许多酶的重要其中，I为出射光强，I0为入射光强，α为比例常［1－2］组成成分。研究发现，叶绿体内的叶绿素含量可数，c为吸收物浓度，l为光程长度。若以T=I/I0表［3］以反映植物的氮素营养状况。SPAD是

3、土壤和作物示透过率，A=－lg(T)表示吸光度，可以得到分析仪器开发(soilandplantanalyzerdevelopment)的A=αcl(2)英文缩写，它表征了叶绿素的光吸收度，反映了叶绿根据叶绿素吸收光谱，叶绿素在可见光波段的红素的相对含量。目前，国内外多以SPAD－502叶绿素光区有最大吸收峰，而在红外区则几乎没有。由于仪为辅助工具开展数字化研究，用于诊断作物氮营养650、940nm分别是叶绿素强吸收和强发射的敏感波［3］与叶绿素的相对含量，然而许多研究发现，当利用［6］段，结合朗伯－比尔吸收定律，SPAD的计算公式为SPAD型叶绿素仪测定作物叶绿素时

4、，叶片厚度的差'I940·I650异会对测量结果产生影响。PengS发现由于品种和SPAD=KA650－KA940=Klg(')(3)I650·I940生育期的不同，叶片厚度会存在差异，由于叶片厚度其中，A650、A940分别是650nm与940nm的吸光很难测定，在实际研究中通常利用叶片比叶重来代替＇［4］度值;I650、I650分别是650nm光线穿透叶片之前与穿叶片厚度补偿SPAD值。李金文分析比叶重与叶片'透之后的光强;I940、I940分别是940nm光线穿透叶片厚度的关系，认为比叶重可代替叶片厚度，相比于比之前与穿透之后的光强;K为常数，取1000。叶重

5、，叶片厚度校正后的SPAD值与叶绿素相关系数由于外界光环境影响，环境暗噪声的存在会引起更加显著相关，说明利用叶片厚度校正SPAD值可消测量误差，本文在测量光强信号时减去相应的暗噪声除厚度差异带来的影响。针对以上问题，本文提出了信号，有一种基于叶片厚度自校正的SPAD叶绿素测量方法。''(I940－I暗)·(I650－I暗)SPAD=Klg［］(4)1叶绿素自校正测量原理(I'－I')·(I－I)650暗940暗'叶绿素的测量原理是基于叶绿素对不同波长的光其中，I暗、I暗分别为叶片放置前后的环境暗噪声信号。收稿日期:2014－05－27已有研究结果表明，叶片厚度的差异

6、会影响基金项目:国家自然科学基金项目(6067152)SPAD的读数，为减小该影响，本文提出了一种自校正作者简介:程阳(1990－)，男，江西抚州人，硕士研究生，(E－mail)后SPAD'的数学模型为yangcheng2007@163．com。通讯作者:胡佳成(1984－)，男，浙江海宁人，讲师，博士研究生，(E－'SPADSPAD=(5)mail)hujiacheng@cjlu．edu．cn。thickness·36·2015年5月农机化研究第5期3．2方法2测量系统3．2．1厚度及SPAD测定2．1光学系统选取不同生育时期长势相同的水稻各20株，进行叶绿素光学

7、系统利用高强度激发光源对样本叶片SPAD、叶片厚度和叶绿素含量测定，测量3次求平均叶绿素进行照射，在叶绿素经过有选择的吸收后，利值。时间为8:00－9:00，得到SPAD与厚度值，并求用光敏元件接收透射光信号，完成光信号至模拟信号平均值。测量位置选取顶端第一片完全展开叶的中的转变。间区域，并用标记笔画圆形区域，标记顺序，选取圆心光路系统如图1所示。其主要由940、650nm光为测量点，测量时先将叶片清洗干净，擦干水分，同时源，光套筒，透镜组，光电传感器和滤光片组成。两个避开叶脉。光源轮流发光后经过透镜组后汇聚在一个极小区域，该区域靠近光敏接收孔的位置，能最大接收