Luifels zijn loci van tal van biologische, fysische, chemische en ecologische processen. De meeste van hen worden beïnvloed door luifelstructuren¹. Daarom is nauwkeurige, snelle, niet-destructieve en betrouwbare kwantificering van vegetatiedaken cruciaal voor een breed scala aan studies met hydrologie, koolstof- en nutriëntencycli en wereldwijde klimaatverandering^2,3. Aangezien bladeren of naalden een actieve interface tussen de atmosfeer en de vegetatie vertegenwoordigen⁴, is een van de kritische structurele kenmerken van het bladerdak de bladoppervlakte-index^{(LAI) 5}, gedefinieerd als de helft van het totale groene bladoppervlak per eenheid horizontaal grondoppervlak of kroonprojectie voor individuen, uitgedrukt in m² per m² als een dimensieloze variabele^{6, 7}.

Verschillende instrumenten en methodologische benaderingen voor het schatten van terrestrische LAI en hun voor- en nadelen in diverse ecosystemen zijn al gepresenteerd^{8,9,10,11,12,13,14,15.} Er zijn twee hoofdcategorieën van LAI-schattingsmethoden: direct en indirect (zie uitgebreide beoordelingen^8,9,10,11,12 voor meer details). Voornamelijk gebruikt in bosopstanden, worden op de grond gebaseerde LAI-schattingen routinematig verkregen met behulp van indirecte optische methoden vanwege het ontbreken van directe LAI-bepaling, maar ze vertegenwoordigden meestal een tijdrovende, arbeidsintensieve en destructieve methode^9,10,12,16. Bovendien leiden indirecte optische methoden LAI af van gemakkelijker te meten gerelateerde parameters (vanuit het oogpunt van het tijdsintensieve en arbeidsintensieve karakter ervan)¹⁷, zoals de verhouding tussen invallende bestraling boven en onder het bladerdak en de kwantificering van luifelspleten¹⁴. Het is duidelijk dat Plant Canopy Analyzers ook op grote schaal zijn gebruikt om satelliet LAI-opvragingen te valideren¹⁸; daarom is het beschouwd als een standaard voor LP 110-vergelijking (zie tabel met materialen voor meer informatie over gebruikte instrumenten).

De LP 110, als een bijgewerkte versie van aanvankelijk zelfgemaakte eenvoudige instrument ALAI-02D¹⁹ en later LP 100²⁰, werd ontwikkeld als een naaste concurrent voor Plant Canopy Analyzers. Als vertegenwoordiger van indirecte optische methoden is het apparaat in de hand gehouden, lichtgewicht, op batterijen, zonder dat er een kabelverbinding tussen de sensor en de datalogger nodig is die een digitale inclinometer gebruikt in plaats van een bellenniveau en een snellere en nauwkeurigere positionering en waardemeting mogelijk maakt. Bovendien is het apparaat ontworpen om onmiddellijke uitlezingen te noteren. De tijdsschatting die nodig is voor het verzamelen van gegevens in het veld is dus ongeveer 1/3 korter voor de LP 110 dan Plant Canopy Analyzer. Na het exporteren van uitlezingen naar een computer zijn de gegevens beschikbaar voor verdere verwerking. Het apparaat registreert bestraling binnen de golflengten van blauw licht (d.w.z. 380-490 nm)^{21, 22} met behulp van een LAI-sensor voor het maken van een LAI-berekening. De LAI-sensor wordt gemaskeerd door een ondoorzichtige beperkingskap met gezichtsvelden van 16° (Z-as) en 112° (X-as)(figuur 1). De lichtdoorlatendheid kan dus worden opgemerkt met behulp van het apparaat dat loodrecht op het grondoppervlak wordt gehouden (d.w.z. zenithoek 0 °), of onder vijf verschillende hoeken van 0 °, 16 °, 32 °, 48 ° en 64 ° om ook de helling van de overkappingselementen te kunnen afleiden.

Figuur 1: Fysieke kenmerken van de LP 110. Met de MENU-toets kan de gebruiker op en neer schakelen op het hele scherm en de KNOP SET dient als enter-toets (A). Het zenitbeeld onder verschillende hellingshoeken (±8 vanwege het zijaanzicht) en het horizontale zicht is voor LP 110 tot 112 ° (B) bevestigd op dezelfde manier als de Plant Canopy Analyzer (gewijzigd door restrictoren). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Vanwege de hogere gevoeligheid van de LAI-sensor, het beperkte gezichtsveld, de ingebouwde digitale inclinometer, automatische registratie van leeswaarden op de juiste positie die door geluid wordt aangegeven zonder een druk op de knop, is het nieuwe instrument ook geschikt voor metingen boven het bladerdak in smalle valleien of zelfs op bredere boswegen om een breed scala aan hemelomstandigheden te meten. Daarnaast maakt het kwantificering van volwassen standluifels boven de relatief hoge regeneratie mogelijk en bereikt het een hogere nauwkeurigheid van bestralingswaarden dan Plant Canopy Analyzer. Bovendien is de prijs van LP 110 gelijk aan ongeveer 1/4 van de Plant Canopy Analyzer. Daarentegen is het gebruik van LP 110 in dichte (d.w.z. LAIe op standniveau boven 7,88)²³ of zeer lage luifels als grasland beperkt.

De LP 110 kan binnen twee bedrijfsmodi werken: (i) een enkele sensormodus die zowel onder het bladerdak als referentiemetingen neemt (boven de bestudeerde luifel of in een voldoende wijdverspreide open plek in de buurt van de geanalyseerde vegetatie) uitgevoerd vóór, na of tijdens metingen onder het bladerdak die met hetzelfde instrument zijn uitgevoerd en (ii) een dubbele sensormodus met behulp van het eerste instrument voor het nemen van metingen onder het bladerdak, terwijl de tweede wordt gebruikt voor het automatisch registreren van referentiemetingen binnen een regelmatig vooraf gedefinieerd tijdsinterval (van 10 tot 600 s). De LP 110 kan worden gekoppeld aan een compatibel GPS-apparaat (zie Materiaaltabel)om de coördinaten van elk meetpunt onder de luifel voor beide hierboven genoemde modi vast te leggen.

De effectieve bladoppervlakte-index (LAIe)²⁴ omvat het klonterende indexeffect en kan worden afgeleid uit metingen van zonnestraalstraling boven en onder het bestudeerde vegetatiedak²⁵. Voor de volgende LAIe-berekening moet de transmissie (t) dus worden berekend op basis van bestraling die zowel onder het bladerdak (I) als boven de vegetatie(I_o)wordt uitgezonden, gemeten door het LP 110-apparaat.

t = I / I₀ (1)

Omdat de bestralingsintensiteit exponentieel afneemt als deze door een vegetatiedak gaat, kan LAIe worden berekend volgens de Beer-Lambert-uitstervingswet gewijzigd door Monsi en Saeki^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Waarbij k de extinctiecoëfficiënt is. De extinctiecoëfficiënt weerspiegelt de vorm, oriëntatie en positie van elk element in het bladerdak van de vegetatie met de bekende helling van het bladerdakelement en de kijkrichting^9,12. De k-coëfficiënt (zie vergelijking 2) hangt af van de absorptie van bestraling door gebladerte en verschilt tussen plantensoorten op basis van de morfologische parameters van bladerdakelementen, hun ruimtelijke rangschikking en optische eigenschappen. Aangezien de extinctiecoëfficiënt meestal rond de 0,5^9,27schommelt, kan vergelijking 2 worden vereenvoudigd zoals gepresenteerd door Lang et al.²⁸ op een iets andere manier voor heterogene en homogene luifels:

In een heterogene luifel

LAIe = 2 x | ln t| (3),

of

In een homogene luifel

LAIe = 2 x |ln T| (4),

Waarbij t: de transmissie is op elk meetpunt onder het bladerdak en T: de gemiddelde transmissie is van alle t-waarden per gemeten transect of stand.

In bosopstanden moet LAIe verder worden gecorrigeerd vanwege een klonterend effect van het assimilatieapparaat in de scheuten^{29,30,31,32,33,34} om de werkelijke LAI-waarde te verkrijgen.

Het protocol is gewijd aan het praktische gebruik van het optische lp 110-apparaat voor het schatten van LAIe in een geselecteerd voorbeeld van Midden-Europese naaldbosopstanden (zie tabel 2 en tabel 3 voor de locatie-, structurele en dendrometrische kenmerken). LAIe-schatting in een vegetatiedak met behulp van dit apparaat is gebaseerd op een veelgebruikte optische methode met betrekking tot de transmissie van fotosynthetisch actieve straling en canopy gap fraction. Het artikel is bedoeld om een uitgebreid protocol te bieden voor het uitvoeren van LAIe-schattingen met behulp van het nieuwe LP 110 optische apparaat.