植物气孔计原理

植物气孔计原理

气孔是植物进行体内外气体交换的主要场所。水蒸汽、CO 2、O 2都要共用气孔这个通道，对应植物的蒸腾、光合、呼吸过程。

1. 气孔导度 植物体内外的气体交换速率与植物体与气体的接触面积成正比。气孔结构大大地增加了叶细胞与气体的接触面。气孔张开时一般长约7～30µm ，宽约1～6µm 。而进出气孔的CO 2和H 2O 分子的直径分别约为0.46nm 和0.54nm ，因而气体交换畅通。气孔越密集，则有效面积就越大，气体交换速率就越快。植物通过气孔的开闭来控制气体交换速率，直接影响蒸腾、光合、呼吸等过程。

由于与植物体的气体交换，气孔内壁的气体与外界大气存在浓度差，气孔内壁的气体经扩散与大气进行交换，交换速率E 与浓度差△C 成正比 写成 l e a f

R C E ∆= 其中leaf R 称为叶片的扩散阻抗，leaf R 由两部分组成，一部分为气孔内壁到叶表面的阻抗s R ，称为气孔阻抗，另一部分为叶表面到大气的阻抗b R ，称为边界层阻抗。 即b s leaf R R R +=

常令： s

R C 1≡，称为气孔导度。

不同的叶面，气孔导度C 明显不同。更重要的是C 对气孔的开闭很敏感，C 直接影响植物的蒸腾、光合、呼吸等过程。

2. 气孔计

气孔计是专业测量气孔导度C 的仪器，其设计原理分动态测量和稳态测量。

①动态气孔计的测量原理：

将叶面密闭在干燥空气的叶夹，由于叶面的蒸腾，叶夹中的湿度随时间增加，增加的速率在一定范围内与气孔导度C 成正比，用与所测气孔导度相近的标准板对仪器进行校准后，即可求出所测叶面的气孔导度。

即：增湿速率：C t

RH V ∝∆∆=)( 则：标标C C V V = 得标标

C V V C = 动态气孔计的优点是仪器简单，价格便宜。但其测量值是叶面处于湿度不断增加的环境中气孔导度的平均值，而且需每次校准，和一系列的校准板。 ②稳态气孔计测量原理

将叶面置于开放叶室中，让大气以一定流速进入叶室，分别测量进出叶室的气体湿度，可精确计算出蒸腾速率。

W e P e e E o

i o ⨯--= 其中：W 为气流的摩尔流量密度，P 为大气压强。

o i e e ,分别为进出气口的水分压。

水分压与相对湿度的关系为

s e HR e ⨯= s e 为温度t 下的饱和水汽压

57.2554

.254564.1831013753.6+-

-⨯⨯=t t t s e e

根据蒸腾速率和叶温、气温的测量，可计算出气孔导度Cs 即：

b s R E

C C -∆=1 其中：P

e P e C o leaf

-=∆为气孔内的水汽浓度与叶室出气口水汽浓度的差。 稳态气孔计的优点是，测量准确稳定，其测量值是叶面处于湿度稳定的环境中的气孔导度，无需校准，同时可测量蒸腾速率，叶温等参数。但叶室设计比较复杂，价格比动态气孔计贵。

若将稳态气孔计的开放气路改成闭路循环气路，也可进行动态测量，并计算出气孔导度，无需用标准板进行比较测量。

3. 气孔导度的单位换算

现在常用的气孔导度单位与蒸腾单位相同，为mmol/m 2﹒s

测量范围一般为：0.0～1000.0mmol/m 2﹒s

常用的导度单位还有：mm/s ，测量范围一般为0.0～25.0mm/s

标准状态下：1 mmol/m 2﹒s=0.0224mm/s

一般有：mm/s 0224.0013.115.273s mmol/m 12⨯⨯=⋅P

T 相应的气孔阻抗单位为：m 2s/mmol 或s/mm 或s/cm

例：20℃,1000hpa （百帕）时，气孔导度132mmol/ m 2﹒s

换算为：

mm/s 215.31320224.0000

.1013.115.27315.293=⨯⨯⨯=C 相应气孔阻抗为：s/cm 11.3s/mm 311.0215

.31===R