ACCUPAR中文手册农业部作物生理生态与生产管理重点实验室.docx

1、ACCUPAR中文手册农业部作物生理生态与生产管理重点实验室AccuPAR PAR/LAI ceptometer植物冠层分析仪model LP-80型号基因公司农业环境科学部AccuPAR植物冠层分析仪是通过菜单操作的线性光合有效辐射测量仪，用于测量植物冠层中光线的拦截，并计算叶面积指数。它包括数据采集器和探杆。探杆上包括80个独立的传感器，间隔1cm ，其测量400-700nm波段内的光合有效辐射强度，其单位是mol m-2s-1。 性能指标操作环境： 0 to 50 C (32-122 F) 100%相对湿度探杆长度：86.5 cm传感器数量：80总长度：102 cm (40.25 in)

2、探杆尺寸：19cm x 9.5cm (.75 x .375 in)数据采集器尺寸：15.8 x 9.5 x 3.3cm (6.2x 3.75 x 1.3 in.)PAR测量范围：0 to 2,500mol m-2s-1分辨率：1mol m-2s-1最小空间分辨率：1cm数据存储容量：1MB RAM.自动采集间隔：可选1-60分钟仪器重量：1.21kg (2.7 pounds)数据传输：RS-232键盘：6键驱动时钟：24-hour 1 minute per month.电源：4个AA A碱性电池LP-80简介共有四个可选择的菜单：PAR/LAI取样菜单、自动记录菜单、文件菜单和设置菜单。 您可

3、以按MENU菜单来在菜单之间切换并且可以使用上下箭头、Enter、ESC来选择每个菜单内的项目。集成的水平泡固定在主机的右上角，可以使得您保持测量时水平的位置。AccuPAR操作环境是0-50C，其相对湿度范围是0-100%。RS-232接口可以使您把数据下载到计算机中，外置的光合有效辐射传感器提供给您同步进行上下冠层测量的能力。LP-80系统组成AccuPAR和它的附件放置在泡沫填充的手提箱内，当您打开箱子时，您将发现以下部件： AccuPAR model LP-80 RS-232数据线使用手册 外置PAR传感器 #1 Phillips screwdriver螺丝起子键盘操作ON/OFF键：

4、打开或关闭仪器。10分钟无接触将导致仪器自动关机。MENU键：按动将在四个菜单之间切换。UP and DOWN ARROW 键：在PAR sampling菜单中，将开始进行上（向上的箭头）下（向上的箭头）冠层PAR测量，在其他菜单状态下，他们用于才菜单中不同项目之间切换并在子菜单中改变数值。ESC：在PAR取样菜单中下半部放弃当前的PAR读数、回到文件菜单并存储设置菜单操作。ENTER：存储当前的PAR读数、选择项目等功能。开机开机时将首先出现PAR sampling菜单。这里您将在屏幕中心看到实时的PAR数据 ，如果连接了外置的PAR传感器，您也可以看到其数据显示（将显示冠层上部数据图标）。

5、任何情况下，您可以按MENU菜单在四个菜单之间切换。在屏幕上边有标签显示，选中的标签将显示为黑色背景。菜单的右侧是当前的电池状态和时间。1. 定义AccuPAR采用了几个变量来计算叶面积指数并且显示这些参数的值。PARPAR (photosynthetically active radiation) 被定义为400-700nm内的光合有效辐射。在冠层下，辐射变动很大，可以从全光照变动到无光线。因此，准确的测量需要冠层下不同位置的多次测量。AccuPAR既可以手动测量也可以自动测量。被拦截的PAR数据可以用于决定冠层结构和叶面积指数的重要参数的确定。外置的点状传感器可以用于收集冠层下数据测量时同

6、步的冠层上部数据。您也可以把传感器分节以反映植物冠层的空间变化。这在评价续的和不规则的冠层以及限制有效传感器的大小时是重要的。Tau ()Tau是叶面积指数方程中另一变量。定义为冠层下部PAR与冠层上部PAR的比值。通过仪器自动测量得到。在PAR菜单中右下角显示当前的Tau值并更新。LAI (L)LAI (Leaf Area Index)定义为单位土地面积上叶片的面积。其测量对于评价冠层密度和生物量是非常重要的。AccuPAR基于冠层上下部的PAR测量和与冠层结构和太阳位置等其他参数共同计算叶面积指数。这些参数包括天顶角、a fractional beam measurement value和

7、具体冠层的叶面积分布参数(x) 。AccuPAR自动计算天顶角度和fractional beam reading，同时需要您在setup菜单中输入x值。外置传感器外置传感器提供您同步测量上下冠层数据的可能性。如果您想在光线变化的情况下测量多个冠层下PAR数据而又不想来回进出冠层以更新上部数据时非常有用。 天顶角(z)Zenith angle定义为太阳偏离顶点的角度，范围从0到90。太阳的天顶角对于计算冠层结构参数如叶面积指数来说是必要的。基于一天中的时间和您处于的位置来计算的天顶角显示在屏幕右下角，为了确保这个值是准确的，请务必在设置菜单中正确设置经度、纬度、日期和时间。Fraction of

8、 Beam Radiation (Fb)Fractional beam radiation是 is the ratio of 直接来自太阳的辐射和来自所有环境（如大气或其他表面的反射）的辐射的比例。Fractional beam radiation值对于使用PAR值来计算LAI是必要的。AccuPAR靠比较植物冠层上部PAR和你所处的位置和天顶角来获得此值。当前的Fb值被显示和更新在PAR菜单中屏幕底部。Leaf Distribution Parameter (x)叶片分布参数(Chi或x)值冠层内叶片角度的分布。这个参数是叶片水平长度与垂直长度的比例，也可以表示为叶片投影面积与垂直投影面积的

9、比例。X的默认值是1.0，这假定冠层角度分布是球形的。洋葱的x是大约0.7。另一个极端，如草莓是极端水平的，大约是3。表1给出了一些植物的典型值。幸运的是，LAI的值与X的值不十分相关。表1 典型X值作物X作物X黑麦草0.67-2.47甘蓝1.46-1.88玉米0.76-2.52油菜1.92-2.13黑麦0.8-1.27黄瓜2.17小麦0.96烟草1.29-2.22大麦1.20西红柿1.70-2.47猫尾草1.13高粱1.43向日葵1.81-2.31紫花苜蓿1.54白三叶草2.47-3.26草莓3.03洋姜,鬼子姜2.162. PAR/LAI菜单用于测量，屏幕显示如下：屏幕表明当前即时的PAR

10、是10 mol/m2/s (例子是在室内取的)，没有进行冠层上下部测量。如果连接了外置的传感器，即时的冠层上部PAR值将显示在屏幕上。测量进行植物冠层上部PAR测量时，按菜单中向上的箭头。结果将显示在屏幕的右上部分。测量冠层下部数据，按向下的箭头。当进行了上部和下部数据时，其他相关数据将显示在屏幕底部。举例如下：当前计算的Tau (T), LAI value (L) beam fraction (Fb), leaf distribution parameter (x) and zenith angle (z)显示在屏幕底部。 如果连接了外部传感器，上部和下部数据的计算每次按下箭头按下的时候更新

11、。按ENTER将把这些数值保存在内存中。按ESC忽略这些测量值。两个操作都将清屏并显示新数据。每次上下部冠层测量，一个数字将出现在PAR值的左边，表明测量的次数。显示的PAR值反映了测量的平均值。因此，在上部屏幕，8个冠层上部的平均值是1037 mol，而下部的平均值是330 mol。3.记录菜单当您翻到LOG菜单的时候，以下显示将回出现：本菜单允许您把仪器设置成自动记录模式。此种模式下，AccuPAR将以您定义好的时间间隔自动测量和储存PAR数据。您可以通过按上下箭头的按纽来选择测量间隔，间隔选择范围从1-60分钟。上图中，间隔设置为15分钟。激活或失活自动记录模式可以通过按Enter按纽来

12、实现。当处于激活状态时，显示将变为：此模式测量的数据存储在激活时打开的文件内。注意：自动记录模式激活时您可以翻到其他菜单中。但是仪器将不记录测量，除非处于记录菜单中。而且当记录模式被激活时，它将持续记录而不论机器显示是否处于打开状态。4.文件菜单文件菜单允许您配置和交换您已经存储的数据。当您切换到这个菜单时，以下屏幕将显示出来：从此菜单中您可以看到文件和相关的数据、把数据发送到您的计算机中进行分析、删除具体文件或所有文件。需要选择某种操作的时候，请翻到需要的项目并按回车键。View当您选择了“View”之后，您将看到以上的显示。列表显示当前文件的状态：Closed, Open, or Empt

13、y。标记为“Open”是您当前正存储的文件。“Closed”文件是包含以前储存数据的文件。 “Empty” 表明有多少文件空间剩余。每个文件被建立的时期和日期也显示出来。上图的例子中，“Open”的文件被建立在2002年1月7日。每天00:00，AccuPAR将建立一个新文件。将被用做当天测量数据默认的存储文件。如果您想建立一个新文件，请从文件菜单中选择NEW操作。切换工作依靠按上下箭头来实现。要看数据，请选中文件后按回车键来实现。显示如下：SendSend操作允许您下载数据经由RS-232数据线到您的计算机中。您可以采用Hyperterminal 或任何terminal软件来实现这一功能。共

14、有三个操作：“Download Summary”, “Download Raw”或“Download All”。这些操作在Setup菜单的 “Download Options.”中来设置。“Download Summary” 显示每次测量冠层上和冠层下PAR数据的平均值，包括相应的Tau, LAI, Fb值等等。“Download Raw” 显示每次测量的PAR值。“Download All” 显示所有原始数据。以下是下载步骤的介绍：1. 打开Windows Hyperterminal：从启动菜单中选择程序附件通讯 Hyperterminal。点击Hypertrm.exe图标。2. 在弹出的窗

15、口中输入文件名作为新连接和图标。3.在 “Connect To” 窗口中选择一个有效的Com端口，在屏幕底部的“Connect Using”中。4. 在通讯属性窗口中选择设置：19200 Bits per second (或者任何与AccuPARs Setup菜单中相同的设置), 8 Data bits, no Parity, 1 Stop bit, and no Flow Control。5. 一旦terminal window打开，点击文件菜单并选择属性。点击“Settings” tab并点击 “ASCII Setup” 按钮。选择 “Append line feeds to incomi

16、ng line ends” 并点击OK。6. 设置程序以获取程序，点击“传送”菜单并选择“接收文件” ，选择您需要放置数据文件的地方并点击“Start”。7. 从AccuPAR的文件菜单中选择 “Send”。当前文件列表将出现在 “View” 菜单中。使用 up和down arrows来选择您希望下载的文件，然后按ENTER来把数据发送到计算机中。数据将出现在显示屏上。8. 完成获取数据之后，请按“Capture Text Stop.” ，在关闭软件之前，保存本设置文件以利于您以后直接打开使用。9. 利用记事本或EXCEL来打开数据进行处理。以下是显示在“Download Summary” 模

17、式的数据格式。顶部的数字是AccuPAR的文件名字。接下来的单词是“DOWNLOAD”。此例子中，“DOWNLOAD” 后面有“SUM” 表明下载的是摘要，而不是原始数据。文本行显示文件建立的时间和日期。接下来的行显示数据。列是按以下顺序：downloadmode (in this case, SUM for summary)、minutes into the current day, average above canopy PAR value, average below canopy PAR value, Tau, LAI, Chi, Fb和zenith angle。DOWNLOAD S

18、UMJun-05-03 13:14SUM, 799, 2102.39, 412.70, 0.19, 3.09, 1.00, 0.90, 25SUM, 799, 2102.60, 411.70, 0.19, 3.00, 1.00, 0.90, 25SUM, 799, 2097.80, 334.39, 0.15, 3.36, 1.00, 0.90, 25以下的例子显示了 “Download Raw”模式。当您下载原始数据时，每次测量将被显示。换句话说，每个数值被显示而不是平均值。顺序如下：minutes into the day, PAR value for segment 1, segment

19、2, etc. through segment 8, 并且最后是external PAR sensor value (如果连接了外置传感器)。DOWNLOAD RAWJun-05-03 13:14BLW,799, 727.20, 723.29, 733.20, 748.29, 733.59, 751.40, 776.20, 782.20,20BLW,799, 540.09, 535.00, 545.70, 558.70, 542.40, 561.59, 588.90, 592.00,2BLW,799, 249.00, 248.69, 264.20, 272.70, 275.29, 281.60

20、, 290.89, 290.20,2BLW,799, 332.89, 334.10, 351.70, 366.10, 357.39, 375.50, 403.50, 405.60,2BLW,799, 404.39, 403.70, 418.89, 432.60, 419.89, 439.79, 469.60, 472.29,2BLW,799, 283.10, 283.00, 298.79, 309.29, 305.00, 318.00, 339.50, 342.00,20New要建立一个储存数据的新文件，按文件菜单中的New option。如果你想建立一个新文件，一个窗口将弹出来。按ENTER

21、键来建立文件或按ESC来放弃。默认情况下，AccuPAR将在每天的午夜建立一个新文件。因此，当天的数据将放在这个文件中，除非您另外定义。Delete删除具体文件，从文件菜单中选择Delete。按ENTER继续。切换到您希望删除的文件并按ENTER，这个文件将被删除，您将回到文件菜单。您不能删除当前打开的文件。Delete All要删除所有文件。请按此选项并回车，您继续按回车并看到 “Please Wait.”。一旦所有文件被删除，新的文件将自动创建。5. Setup Menu设置菜单用于配置影响功能的参数。当您切换到此菜单，将看到如下显示： 使用up和down来翻页。Set Time/Date

22、:仪器使用这个时间和日期来计算zenith angle和Fb值，因此确定他是准确的非常重要。使用up和down来改变。设置好后按ESC来退出菜单并存储设置。Set Location您将需要设置正确的经纬度以保证计算准确。这是由于天顶角的计算不仅取决于时间和日期，同时也依赖于经纬度。当您选择了这个菜单时，您将见到大的滚动菜单，包含许多国家和地区。翻到您的国家并选择最接近您的位置的城市并按回车键。设置好的时间、日期和经纬度将显示出来。按ENTER来进入个人设置并使用上下箭头来改变。一旦设置好，按ESC 来退出。Set x这个菜单用于设置测量植物冠层的x (叶片分布)参数。见下一章中关于此参数的解释

23、。设置好后按ESC退出。Set Active Segments一些测量目的情况下，您或许不想使用全部传感器。对于这样的应用，您可以关闭一部分传感器，从基部开始一直到传感器末端。以下显示：屏幕显示所有8个组分全部激活，这是默认设置。要减少数量，按up-arrow直到您达到需要达到的组分数。屏幕右侧的图标将说明您减少或增加的激活组分。选好后按ESC 来退出。如果您选择了小于8的组分，组分图表想出现在PAR/LAI 取样菜单来提醒您处于分组模式中。Set Download OptionsSet Baud Rate这个菜单也用于设置Send菜单。这允许您选择传送速度。您的机器和计算机的速度必须匹配。C

24、alibrate ProbeAccuPAR配备了一个校准过的外置PAR传感器。这用于做同步的冠层上下测量。也用于校准您的AccuPAR的传感器，确保PAR在外置传感器和探杆之间是相同的。当您选择这个操作，以下将显示：典型情况下外置传感器和探杆都应放置水平。然而，您也能在一个平板上校准AccuPAR 。第3行表明PAR是在600mol m-1 s-1以上。低于此值将不会更新校准，因此在继续进行校准之前请检查PAR的数值。当您准备校准的时候，请注意使您的身体反射的影响最小化并且按ENTER按钮来执行校准任务(不要造成遮荫或反射对光线的影响)。探杆的响应将以图形显示。如果您没有外置传感器，校准图形不

25、会出现，显示将回到setup状态。外置传感器Const常数这个菜单 用于调整外置传感器的校准。因此，您应该仅当使用新的传感器或外置传感器重新校准之后进行调整。检查系在传感器线上的标签以确保数值正确。这个值应该与显示值相对应。如果需要调整此值，按up或者down箭头以修改数值，然后按ESC键。AboutAbout菜单显示给您系统信息。5.PAR和LAI理论AccuPAR主要可应用于PAR的平均与截取测量。从这些测量中，您可以计算LAI和其他冠层结构参数。PAR (光合有效辐射)冠层下PAR变动非常大，因此需要冠层之下多点的测量。PAR的平均与截取Monteith (1977)观察到植物冠层的干物

26、质生产与冠层截取的光合有效辐射直接相关。 干物质的生产模型公式如下：P = efS这里P生产的干物质量，S是辐射通量密度，f是冠层截取比例，e是转换效率。转换效率由冠层生理和管理来决定。太阳辐射是唯一的环境因子，如果在生长期间监测f和S ，其中P在收获季节测量，就可以计算出e了。实验处理和基因型的影响可以通过他们对e和f的影响来解释。冠层上的辐射可以被冠层吸收、透射并被土壤表面吸收或反射。理论上，只有冠层吸收的 PAR 在生产干物质中是有用的，因此f应该是吸收的部分。如果t是冠层透射比例，r是反射给冠层之上的辐射的比例。rs是土壤表面的反射。吸收光线可以计算为f=1- t - r trs，最后

27、两个值经常被忽视为f=1-t。在PAR波段测量的这几个值由于绝大多数PAR被吸收而使得这种估计导致的误差通常很小。当测量总的太阳辐射时将由于红外辐射在叶片上的散射系数大而导致误差加大。r=(1-t)rc+trs这里的rc是植被的反射。f=(1-t)(1-rc)公式3的误差几乎等于rc，一般在PAR波段中小于0.05。因为AccuPAR的传感器仅对PAR反映。公式3通常是精确的。光线截取的测量此项功能在PAR取样菜单中执行计算。如果S是植物冠层以上的PAR，R是冠层之上的反射的PAR (依靠在冠层之上反转AccuPAR来测量得到)，T是植物冠层之下的PAR读数，U 是来自土壤表面的反射PAR，那

28、么r和rs可以如下方式计算：t=T/S 公式6r=R/S 公式7rs=U/T 公式8假定只有t 需要知道。在冠层之上测量S，在冠层之上把AccuPAR放置水平并按 up-arrow键，屏幕右上部分显示的数值就是S。把AccuPAR 放在植物冠层以下，要注意把其放在所有叶片之下并保持水平后按down-arrow键来做冠层下部测量。屏幕上在上部数据下边将显示此值。由于冠层下部数据变动很大，因此不同位置的冲区取样非常重要。必要的取样重复次数可以通过计算变动系数（以10次为例）来决定：CV =S/公式9这里的S是10次阅读的标准差。这里n是取样次数。一旦您进行了第一次冠层下部PAR的阅读。您将见到当前

29、值，显示在屏幕的左下角。 每进行一次新的冠层下部取值，此值将被更新。在您进行了充足的测量次数之后，左下角显示(见公式6)。接下来由计算程序执行。为了查看r，请把AccuPAR放在冠层之上并按up-arrow键。然后在冠层之上1-2米翻转AccuPAR。水平的要求不是很严格，因为到达传感器的辐射没有方向性,在PAR菜单按down-arrow 键。一般情况下不用做多次阅读，因为R的变动性很小。公式7中的r显示在AccuPAR屏幕底部的T位置处。为了查看rs，请把AccuPAR在植物冠层以下土壤以上翻转并几个位置进行测量。平均并储存这些测量。这个阅读是U值。依靠公式8，使用U和T来计算rs。一般范围

30、在0.1到0.2之间，但是也可能由于冠层下部光线太弱而使得U无法准确计算。如果数值在期望的范围之外，您可以假定其数值为0.15，这导致的误差非常微小。显然，整个冠层的测量是可以进行的。随着高度梯度的变化可以用于决定光合更多地发生在冠层内的什么位置。使用PAR来决定Leaf Area Index植物冠层内PAR的测量是冠层透射和叶片散射的结合。其公式由Norman and Jarvis (1975)提出，但是非常复杂并不适合推算。Norman-Jarvis 模型用于测试和拟合两个简单的模型。公式10是由 Goudriaan (1988)提出的一个简单的光散射模型。透射PAR, (冠层下部PAR与

31、冠层上部PAR之比), LAI, L, 公式10。这里fb是 is the fraction of incident PAR which is beam, a是叶片在PAR波段的吸收率(AccuPAR 假定为0.9)，K是冠层的消光系数，消光系数可以用不同的模型计算，假定椭圆角度分布函数(Campbell 1986)，那么，其中是太阳的天顶角，X是叶片角度分布参数。当X=1，角度分布是球形的。K可以简化为John Norman提出不同的预测散射和透射PAR的公式，两个公式都可用于计算PAR，其中公式10更准确，但公式13更易于计算。两个公式的精度差异小于整个测量方法中的其他不确定性，因此公式将用于计算LAI，公式13可以演化为：应用举例本章节描述了为测量大麦和豌豆冠层中叶面积指数而人工收集PAR数据的方法。本例子显示了如何AccuPAR 如何在野外自动计算叶面积指数。在一个阴天，测量植物冠层上部PAR为391 mol (mol m-2s-2)。冠层下部平均是62 mol。透射率因此是62/391 = 0.159。因为阴天的缘故，fb = 0。