小麦叶绿素、氮素、水分一体化测定仪的开发与测试
小麦叶片叶绿素含量测定及其与SPAD值的关系
小麦叶片叶绿素含量测定及其与SPAD值的关系薛香;吴玉娥【摘要】用分光光度计法和SPAD-502叶绿素仪法分别测定小麦叶片的叶绿素含量.结果表明,使用分光光度计法浸泡叶片比研磨叶片测得的叶绿素含量略高,且误差较小,两种处理提取叶绿素的含量呈显著正相关;SPAD值与分光光度计法测定的小麦叶绿素含量呈显著正相关,经数学模型检验,在抽穗期SPAD值与叶绿素a、叶绿素b及总叶绿紊含量的最佳数学模型为乘幂模型,而在开花期SPAD值与叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量的最佳数学模型分别为乘幂模型、指数模型和对数模型.【期刊名称】《湖北农业科学》【年(卷),期】2010(049)011【总页数】3页(P2701-2702,2751)【关键词】小麦;叶绿素含量;测定方法;SPAD值【作者】薛香;吴玉娥【作者单位】河南科技学院农学系,河南,新乡,453003;河南科技学院农学系,河南,新乡,453003【正文语种】中文【中图分类】S512.1%S311叶绿素是绿色植物进行光合作用的基础物质，是植物叶片的主要光合色素，是研究小麦生长特性、生理变化和氮素营养状况的重要指标［1，2］。
目前一般采用分光光度计法测定植物叶绿素绝对含量和用SPAD叶绿素仪测定相对含量［3］。
分光光度计法测定结果操作繁琐，耗时太长；SPAD叶绿素仪是由日本开发的测定作物叶色的便携式仪器，SPAD值（SPAD readings）通常被称作叶色值（Leaf color values），具有快速、便捷和无损监测对象的特点，常用于测定活体叶片中叶绿素的相对含量。
大量研究表明，叶片叶绿素含量与叶绿素仪所测定的SPAD值有良好的一致性［4－6］，但是测定的小麦叶绿素 a、叶绿素b与SPAD值的相关性尚未见报道。
本试验在前人研究的基础上，以小麦叶片为材料，对叶片叶绿素含量的不同离体测定方法进行比较，用最大相关系数研究了叶绿素a、叶绿素b 及SPAD值的最佳数学模型关系，旨在为SPAD－502叶绿素仪活体测定法估计叶绿素含量提供参考。
叶绿素测定仪的技术参数
F 托普云农一一致力于中国农业信息化的发展！叶绿素测定仪的技术参数产品型号:TYS产品简介：叶绿素测定仪又叫做叶绿素检测仪，叶绿素测定仪可用于植物叶绿素和氮素含量的检测，通过叶片在两种波长范围内的透光系数来确定叶片当前叶绿素的相对数量，也就是在叶绿素选择吸收特定波长光的两个波长区域，根据叶片透射光的量来计算测量值。
叶绿素测定仪应用领域：仪器携带方便，适合在野外环境测量植物叶绿素，仪器主要是用于研究光合作用机理、各种环境因子（光、温、营养等）对植物生理状态的影响、植物抗逆性（干旱、冷、热、涝、UV、病毒、污染、重金属等）、植物的长期生态学变化等。
在植物生理学、植物生态学、植物病理学、农学、林学、园艺学、水生生物学、环境科学、毒理学、微藻生物技术、极地植物光合作用研究等领域有着广泛应用。
叶绿素测定仪功能特点：1、主机、探头一体化设计，更方便操作。
2、采用微电脑技术，LCD液晶显示。
3、高性能内置充电锂电池，无需外部供电，低电压显示，更适用于野外测量。
4、一次性可测量较大叶片面积（2000mm X 213mm）。
5、可存储5000组数据（叶面积、叶长、叶宽）。
6、可测量叶片的多种参数：叶面积、平均叶面积、叶长、叶宽、长宽比。
叶绿素测定仪技术参数：测量参数：叶面积、平均叶面积、叶长、叶宽、长宽比测量单位：毫米，平方毫米测量精度：±2%分辨率：0.1mm最大测量长度：2000mm最大测量宽度：213mm最大测量厚度：3mm主机数据存储：5000组托普云农一一致力于中国农业信息化的发展!设置fllAQI 充电指示灯 菜单S!。
叶绿素测定仪的工作原理介绍
叶绿素测定仪的工作原理介绍利用叶绿素测定仪进行测试先要了解仪器使用方法以及叶绿素到底是什么，而叶绿素是一类与光合作用有关的ZUi紧要的色素。
叶绿素实际上存在于全部能营造光合作用的生物体，叶绿素从光中汲取能量，然后能量被用来将二氧化碳变化为碳水化合物。
而仪器则利用叶绿素的工作原理来进行相应的检测，从而可以了解植物真实的硝基需求量并且帮忙您了解土壤硝基的缺乏程度或是否过多地施加了氮肥。
叶绿素测定仪的工作原理
1.两个LED光源发射两种光，一种是红光（峰波长65Onn1）,一种是红外线（94Onm）,两种光穿透叶片，打到接收器上，光信号转换成模拟信号，模拟信号被放大器放大，由模拟/数字转换器转换成数字信号，数字信号被微处理器处理，计算出SPAD值并显示在显示屏上。
2.叶绿素测定仪测量值的校准与计算
在校准过程中，压头不夹样品，两个LED依次发光，被接收的光转换成电信号，光强度的比率被用来计算。
在压头夹住样品后，两个LED再次发光，通过叶片传输的光打到接收器上，被转换成电信号，传输光的强度比率被计算。
步骤1和2的值用于计算SPAD测量值，即表示夹住的样品叶片当前
叶绿素相对含量。
叶绿素测定仪可以即时测量植物的叶绿素相对含量（单位SPAD）或绿色程度、叶面温度，从而解植物真实的硝基需求量并且了解土壤硝基的缺乏程度或是否过多地施加了氮肥。
可以通过此款仪器来加添氮肥的利用率，并可保护环境。
可广泛应用于农林相关科研单位和高校对植物生理指标的讨论和农业生产的引导。
标签：叶绿素测定仪。
叶绿素仪与植株硝酸盐浓度测试对冬小麦氮营养诊断准确性的比较研究
２ 河 北省 农 林 科 学 院 农 业 资 源 环 境研 究 所 ， 北 石 家 庄 ． 河 ００ ５ ） ５０１
摘 要 ： 过研 究不 同 土壤 氮 素 供 应 对 冬 小 麦 拔 节 期 叶绿 素 仪 Ｓ Ａ 通 Ｐ Ｄ读 数 和 植 株 硝 酸 盐 浓 度 的影 响 ， 以及 两 种 方 法 在冬 小 麦 拔 节 期 与 土 壤 Ｎ Ｉ 植 株 全 氮 和 吸氮 量 的关 系 ， 较 了 ＳＡ 、 ｎ 比 Ｐ Ｄ叶绿 素 仪 和 植 株 硝 酸 盐 测 试 两 种 氮 素 营 养 诊 断 方法 的准 确 性 。认 为 两 种 方 法 都 可 以 比较 好 的反 映冬 小 麦 的 氮 素 营 养 状 况 ， 株 硝 酸 盐 浓 度 与 Ｓ Ａ 植 Ｐ Ｄ读 数 相 比 能 更 好 的反 映 作 物 的氮 索 营 养 状 况 。 关 键 词 ：Ｐ Ｄ叶 绿 素 仪 ； 基 部 硝 酸 盐 浓 度 ； 素 营养 状 况 ； 小 麦 ＳＡ 茎 氮 冬
中 图分 类 号 ： １３ １ ￥４ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０— ０ １ ２ ０ ）６—０ ５ —０ １０ ７ ９ （ ０ ７ ｏ １７ ４
Ｔｈ ｍ ｐａ ｉｉ ｎ ｏ ｐ ｄ Ｃｈｌ ｒ ｐ ｙ ｌＭ ｅ ｅ ｎ ａ ｔ ａ ｅ Ｔｅ ｔ ｅ Ｃｏ ｒｓｏ ｆＳ ａ ｏｏ ｈ ｌ ｔ ｒ ａ ｄ Ｓ ｐ Ｎｉｒ ｔ ｓ ａ Ｄｉ ｇ ｏ ｉ ｅ ｈ ｄ ｏ ｉ ｔ ｒ Ｗ ｈ ａ ｓ Ｎ ａ ｎ ｓｓ Ｍ ｔ ｏ ｓ ｆ ｒ Ｗ ｎ ｅ ｅｔ
ＪＡ ｉｎ －ｉｎ Ｃ Ｉ Ｌ ａ ｇ ｌ ｇ ’ ＨＥＮ ｎ ｐｎ Ｚ ａ ， Ｘｉ — ｉ ｇ ， ＨＡＮＧ ｕ Ｓｌ Ｆ －Ｉ Ｏ （ ． ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｌｎ ｕｒ ｉ ＭＯＡ， ｅ ａ ｏａｏ ｆ ｌｎ— ｏｌ ｎｅａ ｔ ｎ ， Ｅ １ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔｒ ｆＰａｔＮ ｔ ｔ ｎ， ｉｏ Ｋ ｙ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｏ ａ ｔＳ ｉ Ｉｔｒｃ ｏ ｓ ＭＯ ｙ Ｐ ｉ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ｌｎ ｕｒ ｉｎ Ｃ ｉａＡ ｒ ｕｔｒｌＵ ｉｅｓ ｙ Ｂ ｉｎ １ ０ ９ Ｃ ｉａ ２． ｇｏｒｓｕｃ ｓ ｅ ａｔ ｔ ａ ｔＮ ｔｔ ， ｈｎ ｇｉ ｌ ａ ｎｖ ｒｉ ， ｅ ｉｇ ０ ０ ４， ｈｎ ； Ａ ｒ—ｅｏ ｒｅ ｍｅ ｏ Ｐ ｉｏ ｃ ｕ ｔ ｊ ａ ｄ Ｅ ｖ ｎ ｅ ｔＩｓ ｔｔ ， ｂ ｉ ａ ｅ ｆＡ ｒ ｕｔｒ ｄ Ｆ ｒｓ ｃｅ ｃ ｓ Ｓ ｉａｈ ａ ｇ ０ ０ ５ ， ｈｎ ） ｎ ｎ ｉ ｍ ｎ ｎｔｕｅ Ｈｅｅ ｄ ｍｙｏ ｇｉ ｌ ｅａ ｏｅｔ Ｓ ｉｎ ｅ ， ｈ ｉ ｕ ｎ ５ ０ Ｃ ｉａ ｏ ｉ Ａｃ ｃ ｕ ｎ ｙ ｒ ｊｚ １
小麦叶绿素含量测定方法比较
櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄［１５］ＳａｐｅｒｓＧＭ，ＭｉｌｌｅｒＲＬ，ＰｉｌｉｚｏｔａＶ，ｅｔａｌ．Ｓｈｅｌｆ－ｌｉｆｅｅｘｔｅｎｓｉｏｎｏｆｆｒｅｓｈｍｕｓｈｒｏｏｍｓ（Ａｇａｒｉｃｕｓｂｉｓｐｏｒｕｓ）ｂｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅａｎｄｂｒｏｗｎｉｎｇｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ，２００１，６６（２）：３６２－３６６．［１６］ＷｉｋｔｏｒＡ，ＳｌｅｄｚＭ，ＮｏｗａｃｋａＭ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｍｍｅｒｓｉｏｎａｎｄｃｏｎｔａｃｔｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｓｅｌｅｃｔｅｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅａｐｐｌｅｔｉｓｓｕｅ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＡｃｏｕｓｔｉｃｓ，２０１６，１０３（Ｂ）：１３６－１４２．［１７］ＭｏｒｅｎｏＪ，ＣｈｉｒａｌｔＡ，ＥｓｃｒｉｃｈｅＩ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｂｌａｎｃｈｉｎｇ／ｏｓｍｏｔｉｃｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｅｄｍｅｔｈｏｄｓｏｎｑｕａｌｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｉｎｉｍａｌｌｙｐｒｏｃｅｓｓｅｄｓｔｒａｗｂｅｒｒｉｅｓ［Ｊ］．ＦｏｏｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０００，３３（７）：６０９－６１６．［１８］ＴａｂｔｉａｎｇａＳ，ＰｒａｃｈａｙａｗａｒａｋｏｎｂＳ，ＳｏｐｏｎｒｏｎｎａｒｉｔａＳ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｏｓｍｏｔｉｃｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄｓｔｅａｍｐｕｆｆｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｄｒｙｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｅｘｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂａｎａｎａｓｌｉｃｅｓ［Ｊ］．ＤｒｙｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３０（１）：２０－２８．［１９］ＫａｒａｂｕｌｕｔＩ，ＴｏｐｃｕＡ，ＤｕｒａｎＡ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｏｔａｉｒｄｒｙｉｎｇａｎｄｓｕｎｄｒｙｉｎｇｏｎｃｏｌｏｒｖａｌｕｅｓａｎｄβ－ｃａｒｏｔｅｎｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆａｐｒｉｃｏｔ（ＰｒｕｎｕｓａｒｍｅｎｉｃａＬ．）［Ｊ］．ＬＷＴ－ＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，４０（５）：７５３－７５８．［２０］ＩｈｎｓＲ，ＤｉａｍａｎｔｅＬＭ，ＳａｖａｇｅＧＰ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｄｒｙｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｃｏｌｏｕｒ，ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔａｎｄｂｅｔａ－ｃａｒｏｔｅｎｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｗｏａｐｒｉｃｏｔｖａｒｉｅｔｉｅｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，４６（２）：２７５－２８３．［２１］ＰéｎｉｃａｕｄＣ，ＡｃｈｉｒＮ，Ｄｈｕｉｑｕｅ－ＭａｙｅｒＣ，ｅｔａｌ．Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆβ－ｃａｒｏｔｅｎｅｄｕｒｉｎｇｆｒｕｉｔｓａｎｄｖｅｇｅｔａｂｌｅｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｒｓｔｏｒａｇｅ：ｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｋｉｎｅｔｉｃｓａｓｐｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｆｒｕｉｔｓ，２０１１，６６（６）：４１７－４４０．努尔凯麦尔·木拉提，杨亚杰，帕尔哈提·阿布都克日木，等．小麦叶绿素含量测定方法比较［Ｊ］．江苏农业科学，２０２１，４９（９）：１５６－１５９．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０２１．０９．０２８小麦叶绿素含量测定方法比较努尔凯麦尔·木拉提１，２，杨亚杰１，帕尔哈提·阿布都克日木１，玛依努尔·吾斯曼１，２（１．喀什大学生命与地理科学学院，新疆喀什８４４００６；２．新疆帕米尔高原生物资源与生态重点实验室，新疆喀什８４４００６） 摘要：测定植物叶绿素含量有多种方法，以小麦为材料，在前人研究的基础上，验证长势相近的小麦叶片在同等试验条件之下，比较测定叶绿素含量的６种方法。
植物营养测定仪的使用
植物营养测定仪的使用产品简介植物营养测定仪主要用来检测植物营养成分的含量，指导农林业的生产。
众所周知：植物氮素、叶绿素、水分含量是植物生长的重要营养和生理参数，是反映植物生命体征的重要参数。
也是植物进行施肥和灌溉的重要依据。
但是在国内外的相关农林业的研究中，能用于检测叶绿素的仪器只有叶绿素仪。
然而叶绿素仪所测得的SPAD值仅为一种参考依据的比较值，仅与与叶绿素含量存在一种相关性。
目前仅仅只能依照SPAD值大概推断植物氮含量的高低。
植物营养测定仪可以在田间快速无损测试植物的三种营养和生长信息。
应用于农林相关的科研单位和高校，对植物生理指标的研究和农业生产的指导。
因其小巧精致、携带方便、测量快速、数据实时显现等特点，受到了大学老师，科研人员的喜爱。
应用原理植物营养测定仪原理是通过测量叶片在两种波长范围内的透光系数来确定叶片当前叶绿素的相对数量，也就是在叶绿素选择吸收待定波长长光的两个波长区域，根据叶片透折射光的量来计算测量值。
功能特点1、三种参数（氮素、叶绿素、水分），同事保存，便于植物养分、水分等信息的分布图型的绘制，为植物精确灌溉和施肥提供依据。
2、快速无损植物活体检测，不影响植物的生长。
3、多参数快速一次测定：一次可同时检测出植物的氮素、叶绿素、水分。
4、自动和手动两种测量模式可互相转换。
5、历史数据可以查看，三种参数同时显现。
6、实现计算机有限或无线数据传输，便于植物营养分管理和分析。
7、液晶测量结果显示，直观清晰，带背光功能。
8、测量数据保存方便、历史数据显示直观。
9、充电电池，低电显示。
技术参数测定指标：氮素、叶绿素、水分三种植物氮的测定范围：0-100%全程植物氮精度：5%左右叶绿素范围：0.0-99.9SPAD叶绿素精度：正负2SPAD水分范围：0-100%水分精度：正负3%数据存储量：999组数据叶绿素：叶绿素值没有单位，只是个比值。
叶片氮含量，单位mg/g 叶片水分含量，单位为%，仪器分辨率：0.01使用环境：0~50摄氏度，湿度小于85%。
小麦生理参数测定方法
叶绿素含量测定原理叶绿素约占总干重的1%，含a、b、c、d四种，高等植物含a、b两种，光、温度、营养元素氧、水是叶绿素合成的重要环境因子。
叶绿素是双羧酸酯，不溶于水，通常用含少量水的有机溶剂如80%的丙酮或95%的乙醇来提取叶片中的叶绿素，这是因为叶绿素与蛋白质结合很牢固，需要经过水解作用才可被提取出来。
已知叶绿素a、b的95%乙醇提取液最大吸收峰的波长分别为665nm和649nm，用95％乙醇研磨法和浸泡法提取叶绿素，以提取试剂95％乙醇为对照,用分光光度计分别测定649nm、665nm处的吸光度并计算叶绿素浓度，计算公式为：Ca＝13.95D665－6.88D649；Cb＝24.96D649－7.32D665；C T＝Ca＋Cb(注：Ca：叶绿素a的含量；Cb：叶绿素b的含量；C T：总叶绿素的含量)仪器：研钵、25mL容量瓶、漏斗、剪刀、滤纸、722光栅分光光度计、具塞试管试剂：95%乙醇（AR）丙酮（AR）1:1、碳酸钙（AR）、石英砂（AR）实验方法称取小麦叶片0.2g剪碎置于研钵中，加少许CaCO3，石英砂、95%乙醇充分研磨，过滤，将滤液移入25mL容量瓶，用95%乙醇（AR）丙酮（AR）1:1反复洗涤残渣、滤纸至无绿色，合并滤液，定容。
取上述提取液1mL稀释至10mL，摇匀。
以95%乙醇为参照，在分光光度计665nm/649nm下测其光密度。
Chla含量（mg/g）=(13.95D665－6.88D649)V/(W1000)Chlb含量（mg/g）=（24.96D649－7.32D665）V/(W1000)式中：A--测定波长下的光密度值V--叶绿素提取液总体积（mL）（若用的稀释液，则应乘以稀释倍数）W—材料鲜重（g）含量：mg/g=（浓度*提取体积*稀释倍数）/样品鲜重（植物生理学实验指导李玲）参考文献《化学生态学实验指导书》-王晗光编写SOD的测定原理：SOD可催化下列反应：仪器：高速冷冻台式离心机；分光光度计；移液器；光照培养箱；指形管；研钵试剂：1.50mmol/L磷酸缓冲液(pH7．8)2.130mmol/L 甲硫氨酸(Met)溶液：称取1.9339gMet用磷酸缓冲液溶解定容至100mL3.750/L NBT（氮蓝四唑）溶液：称取0.06133gNBT用磷酸缓冲液溶解定容至100mL，避光保存4.20L核黄素溶液：称取0．0750g核黄素用磷酸缓冲液溶解定容至l00mL，吸取1mL定容至100mL即可，随用随配，避光保存5.100mol/LEDTA-Na 2溶液：称取0．0372gEDTA-Na2·2H20，用磷酸缓冲液溶解并定容至100mL，吸取10mL定容至100mL即可。
氮素营养无损测试技术的研究进展
扰 【 这 些 传统 的测试 手段需 要破坏 性取样 ， 要一 ２ ］ 。 需 定 的专业 性 ， 在测 定 、 数据分 析等 方面耗 费大量 的人 力、 物力 、财力 ， 不可 避免地 使用 具有腐 蚀性 和潜在 危 险 的化 学药 品 ， 时效性差 ， 且 故寻 求一种 陕速 、经
要量 ，对作物精确施肥具有重要意义 。
传统 的氮素 营养失调 诊断一 般包括症 状诊 断 、 长 势 长相诊 断 和 叶色诊 断 。症 状 诊 断的方 法通 常 只在 植 株 仅缺 一 种营养 元 素 的状 况 下有 效 ，长 势长相 诊 断没有 固定模 式 ， 用受 到 限制 ， 应 叶色诊 断不 能区分
生 长 与产 量 最 主 要 的 限制 因子 之 一 。尽 管 氮 素在 接指 示植 物 的氮 素含 量 。因此 ，通 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 观察 叶 片颜 色
的变 化 就可 以了解作 物 的氮 营养 状 况 。许 多研 究 发
现 ，植 物 在 ５ ０ｎ ５ ｍ、６ ５ａ 附近 的反 射 率对 叶绿 ７ ｍ
济、 可靠的氮素营养诊断技术 已成为当务之急。 近年
来， 随着相 关领域 科技 水平 的不 断提 高 ， 素营养诊 氮
断的测试技术正由传统 的实验室常规测试向田间直
接 无 损测 试方 向发展 ，测 试水 平 由定性 或半 定量 的
２ 多光谱遥感测试技术在作物氮素营养诊断中 的应 用
近 年 来 ，高分 辨率 多光 谱 近地 测量 技术 在 作 物 氮 素诊 断 方 面 发 挥 了非 常 重 要 的作 用 ，在 精 确 农
Ｖｅ ｅ ａ ｌ ｓ ２ １ ． ｇ ｔｂｅ ０ ２２
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（ １ ）
为 ９０ｎ 近红外光源透过 叶片后的光 强度 ，垠 。 ４ ｍ
为 ９ ０ｎｎ近 红 外 光 源 强 度 ， ４ Ｉ Ｒ丁为 ６ ０ｎ 红 光 光 源 透 过 叶 ５ ｍ 片后 光 强 度 ， 为 ６０ｎ 红 光 光 源 强度 ， 为 系 数 。 Ｒ ５ ｍ Ｋ
为了实现对作物水肥施用的精确管理 ，首先要获取 作物
引 言
作物水肥管理是作物生产过程中的重要环节 。氮素 是小 麦生 产中的关 键元素 ， 氮素对作物 生长发 育、产 量品质都 有
取三项 指标 ， 为小麦水肥的精确管理提供充分依据 。
１ 仪器模 型介绍
１ １ 叶 绿 素 、氮 素含 量预 测模 型选 择 ．
显著影响 。缺氮 时 ， 株提前 成熟 ，果实 小而不充 实 ， 著 植 显
２ 仪器开发
仪 器 选 用 了硅 和 铟 镓 砷 双 层 光 电二 极 管 检 测 器 Ｓ ／
２ １ 光 路 设 计 ．
Ｉ Ａ０ ０ ０ ｏ 美 国 Ｅ Ｇ ３／５（ ＯＳ公司产 品） 。其光 谱 响应范 围覆盖 了
仪 器模 型选择 了 ６０ ４ ５ ，９ ０和 ｉ４ ０ｒｎ三个 波段 ， 器 ５ ｌ ｒ 仪 光 源选用 了 Ｌ Ｄ光源与窄 带干 涉滤光 片组合来 实现 的单 色 Ｅ
Ｆｉ ． Ｐｈｏ ｏ ｅｅ ｔｉ ｔ ｃｉ ｎ ｉｃ ｉ ｇ３ ｔ － ｌｃｒ ｃｄｅｅ ｔｏ ｃｒ ｕ ｔ
光 电检测电路如图 ３ 所示 ， 电二极管工作 在零偏置模 光
式 。在 零 偏 置 模 式 下 ，短 路 光 电 流 和 输 人 光 功 率 成 正
比＿ ］ １ ，光电二极管线性输 出，无 暗电流 。设计 了一 级放大
Ｗ Ｉ １４ ０ ４ ） 一 （ ５ ，９ ０
』９ ４０
（） ２
其 中，丁４为 ９ ０ａ ９ ｏ ４ ｍ透 过率 ，Ｔ ｏ １５ ｍ透过率 。 ｌ 为 ４ ０ｎ ４ ５
Ｆ ｇ ２ Ｈａ ｄ ｒ ｒ ｈ ｔ ｃｕ ｅ ｂ ｏ ｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｉ． ｒ ｗａ ｅ ａ ｃ ｉ ｔ ｒ ｌ ｃ － ｉｇ ａ ｅ
质 。漫灌会造成 灌 溉不均 匀 ，导致 水 资 源的浪 费 。在 我 国， 很 多地区处于干旱和半干旱地区 ， 资源对 于这些地 区非常 水 珍 贵＿ 。因此对于氮肥和水 的精确管理是精 细农业 的重要 内 ２ ］
容。
ＳＡ ＰＤ—Ｋｏ０ ／ ］ １１ 』 ． ｇ『 ｊ Ｌ
其中 ，
片和 Ｌ 光源 ， Ｄ Ｅ 固定件通过 内螺纹接到光纤入 射端 ， 依次装 入 滤光 片 、内套筒 和 Ｌ Ｄ， Ｅ 内外套简用 有机胶 粘合 ，这样 保 证 了光 源的位置和结构稳定 ，大大减少 了相应误差 。 仪 器选 用 了发散角 ７的 Ｌ Ｄ， 。 Ｅ 小发散角光源 可以使光纤 耦合 时进入更 多的光 ，提高光 源效 率 ，节省 电池 电量 。来 自
块 、电源模块等组成 。
２ ９ ２５
国内外学者构建 了很 多用 于预测作物水分含量 的光谱指 数＿ ］ ８ ，本文选 择了水分指数（ ｔｒｎ ｅ ） （ ５ ， ４ ） ｗａｅ ｄ ｘ ＷＩ１４ ０ ９ ０ 来 ｉ 预测小麦叶片水 分含量 ，如式 （ ） ２ 所示 。水 分指 数模 型选择 了 １ ５ ｍ水分吸 收峰作 为检 测波 长 ，９ ０ｎ 作 为参 比波 ４ ０ｎ ４ ｍ 长 ，因为 ９ ０衄 只与 叶片结构 和厚度有关 。 ４
生产 。
关键 词
小麦 ；叶绿素 ；氮素 ； 水分 ； 测定仪
文 献标 识码 ：Ａ Ｄ ：１． ９ ４ｊｉ ｎ １ ０—５ ３ ２ １ ） ８２ ９ —４ ＯＩ ０ ３ ６／． ｓ． ０ ００ ９ （０ １０ —２４０ ｓ
中图 分 类 号 ： ＴＨ７ １４ ４ ．
量、氮素含量和水分含量的便携式测 定仪 ，可 以同时直接获
第３ 卷， ８ １ 第 期
２０ １１年 ８月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ． １ Ｎｏ ８， ｐ ２ ４ ２ ９ １３ ， ｓ ，２ １
影 响作 物产量和品质 。 但是氮肥施 用过多 ，会使 氮肥利用 效
许多学者研究 发现『 ］ 小 麦 叶片 叶绿 素含 量和 氮素 含 ３ ， 量与 Ｓ Ａ Ｐ Ｄ值成正相关 ， 以本课题 利用 Ｓ ＡＤ值来反演 活 所 Ｐ 体小麦叶片叶绿素和氮素含量。 ｓ ＡＤ值 的计算公式如式（ ） Ｐ １所示
由于三个光 源放 在一起体积很大 ，如果照射 到同一检 测
器上 ， 导致很大角度 的斜射 ， 将 这样 会导致 测量 不准确 ，光 源安装 困难 。为 了实 现三个 光源 能够垂 直 照射 到检测 器上 ，
并易于安装光源器件 ， 设计并制作 了一根 １ ３的光纤 束＿ ｌ 分 １ 。
作为光路调整部件 ， 如图 １ 所示 。
对水 肥需 求的精确数据 。 现在多采用获取作 物叶绿素含 量方 法 来 间 接 反 映 作 物 对 氮 肥 的需 求 。传 统 的 叶绿 素 计 如
Ｓ ＡＤ ０ Ｐ ５ ２等，无法直接获取作物叶片叶绿素含量 ，只能获取 叶片绿色程度相对值 ， 而水分传感器 多集 中于测量 土壤 水含 量， 无法直接反应作物本身 的水分状 况 。并且 由于作物水 肥 耦合 作用 ， 单一方 面获得作物水分或者叶绿 素含量都无 法准
由于中心波长 ６ ０ｎ 红 光 与叶片 叶绿素 含量相 关 ，同 ５ ｍ 时这个波段受胡萝 卜 素影 响较小 。中心 波长 ９ ０ｎ 近红 外 ４ ｍ 光只受叶片厚 度影 响 ， 受色素影 响很 小 ，因此用 两个波 长段 的 比值可以消除叶片厚度对测量结果的影响 。通过测量 叶片 在 ６ ０和 ９ ０ｎ Ｉ ５ ４ ｌ 两个波段的透过率 ， Ｔ 利用式 （ ） １ 就可 以得到 表示 叶片叶绿素相对含量的 Ｓ Ａ Ｐ Ｄ值 。由于 Ｓ ＡＤ值和 叶绿 Ｐ
收 稿 日期 ：２ １—９１ 。 订 日期 ：２ １－ １０ ０ ００ —６ 修 ０ １０ —５
基金项 目：国家高技术研究发展计划 （６ ８ ３计划） 目（ ０ ６ 项 ２ ０ ＡＡ１Ｚ Ｏ ） ０ ２ １ 资助
作者简介 ： 于
渤 ， ９５ Ｊ８ 年生 ， 中国农业大学信息与 电气工程学院硕 士研究生
小 麦 叶绿 素 、氮 素 、水 分 一体 化测 定 仪 的开 发 与测试
于 渤 ，孙 明 ，韩书庆 ，夏锦 闻
中国农业大学信息 与电气工程学院 ， 北京 １０ ８ ００３
摘
要
开发了一 款便 携式小麦叶绿素 、氮素 、水分 一体化测定 仪 ，可以一次 测量小麦 叶片 的三种 生化指
标 ，为肥水诊断提供充分依据 。 本测定 仪由光路 和电路 两部分组成 ， 光路部 分采用 Ｌ Ｄ加滤 光片构 成的组 Ｅ
源 电压 １ ８ ． ． ～３ ６Ｖ供 电，同时 内部集成 １ ２位 Ａ Ｄ转换器 ， ／ 简化 了仪器设计 。
同一角度发 出， 证测 量 的是 同一个 点 ，提 高 了测 量精度 ， 保
而 且也 便 于 安 装 光 源 。
光纤三个入射端外设计 了金属套筒 固定件 ，以固定 滤光
仪器采用 了既环保 、体积又小 的锂 电池供 电。同时选 用
了低压差线性稳压 芯片来保证电压输出稳定 ，虽然效 率相 比 开关 电源芯片低一些 ，但是纹波较小 。 仪器选用 了一 款 １ ８ ４液 晶模 块 来实 现 液 晶显示 功 ２ ×６
三个分端 的光纤 在汇入 总出射 端时采用 均匀分 散排列 方法 ， 这样可 以保证 三个光源以近似相 同的出射位置和 出射 角度 发 射光线 ，同时保证 了在检测 器上光的均 匀分 布 ， 高 了检 测 提
素、 氮素含量成正相关 ，因此 可以利用 Ｓ ＡＤ值来 反演小麦 Ｐ 叶片叶绿素 、 素含量 。Ｓ Ａ 氮 Ｐ Ｄ值 与作物 叶绿 素、氮 素含 量
正相关的回归系数 因作 物品种不 同而不同 ， 是对小麦一 个 但
确给出水 肥施 用指导建议 ， 而能 同时测量 两项 指标 的仪 器又
鲜见 报道 。本文开发 了一款可 以同时测量小麦 叶片 叶绿 素含
试验于 ２ １ 年 ５月在 北京小 汤 山国家精准 农业 示范基 ００
地进行 ， 选取京 东 ８为试 验小麦品种 。试验 在 田间采 集不 同
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光谱学与光谱分析
第 ３ 卷 １
梯度 叶色小麦 叶片装 入保 鲜袋迅速带 回实验室进行 测试 。首
地 进行 ，选取京东 ８为试验小麦品种 。首先在 田间采 集叶片
光 源。由于 Ｌ Ｄ光 源具有一定的带宽 ，同时受温 度影 响中心 Ｅ 波长会有一 定的漂移 ， 而窄带滤 光片性 能稳定 ， 温度影 响 受 很小 ，两者组合可 以保证光源单色性 。
仪器三个光源 的光谱 范围。这种双层检测器 实现了一个 芯片 上的宽光谱响应范 围，使仪器光路设计更加简单 。
ｅｍａ ： ｕ ｍｉｇ ｃｕ ｅ ｕ ｅ － ｉ ｓ ｎ ｎ ＠ ａ ． ｄ． ｎ ｌ
ｅ ａ ： ｕ ｏ ０ ＠１ ３ ｃｍ － ｉ ｙ ｂ ｌ ９ ６ ．ｏ ｍ ｌ
＊通讯 联 系人
第８ 期
品种建立 的模 型有相对的稳定性 。
１ ２ 水 分预 测模 型 选 择 ．
光谱学 与光 谱分析
率 降低 ， 过量 的氮肥大部分进人地 下水和 地表水 ，使水 中硝 态氮不 断 积 累 ，水 体 富 营 养 化 ，从 而 造 成 一 系列 环 境 问
题 ｌ 。水分也是影响作物生产 的重要 因素 。水分 的缺失 直接 】 ］ 影 响作物 体内的生理生化反应 ， 严重时会影 响作物产量 和品
合光源 ，电路部分 由微控制器 、Ｌ Ｄ驱动电路、检测电路 、通讯电路 、 盘 电路 、液 晶显示 电路等组 成。经 Ｅ 键 过 田间测 试 ， 明此测定仪有 良好 的准确性和重复性 。 证 叶绿素 、 氮素测量 的相对误差均值在 １ 左右 ， Ｏ 水分