I baldacchini sono loci di numerosi processi biologici, fisici, chimici ed ecologici. La maggior parte di loro sono affetti da strutture a baldacchino¹. Pertanto, una quantificazione accurata, rapida, non distruttiva e affidabile della chioma della vegetazione in situ è fondamentale per una vasta gamma di studi che coinvolgono l’idrologia, il ciclo del carbonio e dei nutrienti e il cambiamento climatico globale^2,3. Poiché le foglie o gli aghi rappresentano un’interfaccia attiva tra l’atmosfera e la vegetazione⁴, una delle caratteristiche strutturali critiche della chioma è l’indice di area fogliare (LAI)⁵, definito come la metà della superficie totale delle foglie verdi per unità di superficie orizzontale del suolo o proiezione della corona per gli individui, espresso in m² per m² come variabile adimensionale^{6, 7}.

Vari strumenti e approcci metodologici per stimare i LAI terrestri e i loro pro e contro in diversi ecosistemi sono già stati presentati^{8,9,10,11,12,13,14,15.} Esistono due categorie principali di metodi di stima LAI: diretti e indiretti (vedere le revisioni complete^8,9,10,11,12 per maggiori dettagli). Utilizzate principalmente negli stand forestali, le stime LAI a terra sono ottenute abitualmente utilizzando metodi ottici indiretti a causa della mancanza di determinazione diretta della LAI, ma di solito rappresentavano un metodo dispendioso in termini di tempo, laborioso e distruttivo^9,10,12,16. Inoltre, i metodi ottici indiretti derivano LAI da parametri correlati più facilmente misurabili (dal punto di vista della sua natura dispendiosa in termini di tempo e lavoro intenso)¹⁷, come il rapporto tra irradiazione incidente sopra e sotto la chioma e la quantificazione degli spazi tra le fessure della chioma¹⁴. È evidente che gli analizzatori plantare sono stati ampiamente utilizzati anche per convalidare i recuperi LAI satellitari¹⁸; pertanto, è stato considerato uno standard per il confronto LP 110 (vedere Tabella dei materiali per maggiori dettagli sugli strumenti impiegati).

L’LP 110, come versione aggiornata dello strumento semplice inizialmente autoprodotto ALAI-02D¹⁹ e successivamente LP 100^20,è stato sviluppato come uno stretto concorrente per plant canopy analyzers. Come rappresentante dei metodi ottici indiretti, il dispositivo è portatile, leggero, alimentato a batteria, senza alcuna necessità di un collegamento via cavo tra il sensore e il data-logger che utilizza un inclinometro digitale anziché un livello di bolla e consente un posizionamento e una lettura del valore più rapidi e accurati. Inoltre, il dispositivo è stato progettato per annotare letture immediate. Pertanto, la stima del tempo necessaria per la raccolta dei dati sul campo è più breve per l’LP 110 rispetto a Plant Canopy Analyzer di circa 1/3. Dopo l’esportazione delle letture su un computer, i dati sono disponibili per la successiva elaborazione. Il dispositivo registra l’irraggiamento all’interno delle lunghezze d’onda della luce blu (cioè 380-490 nm)^21,22 utilizzando un sensore LAI per effettuare un calcolo LAI. Il sensore LAI è mascherato da un tappo di restrizione opaco con campi visivi di 16° (asse Z) e 112° (asse X) (Figura 1). Pertanto, la trasmittanza luminosa può essere notata utilizzando il dispositivo tenuto perpendicolarmente alla superficie del suolo (cioè angolo zenitale 0 °), o a cinque diversi angoli di 0 °, 16 °, 32 °, 48 ° e 64 ° per essere in grado di dedurre anche l’inclinazione degli elementi del baldacchino.

Figura 1: Caratteristiche fisiche dell’LP 110. Il tasto MENU consente all’utente di spostarsi verso l’alto e verso il basso in tutto il display e il pulsante SET funge da tasto Invio (A). La vista zenitale con diversi angoli di inclinazione (±8 a causa della vista laterale) e la vista orizzontale è fissata per LP da 110 a 112 °(B)in modo simile al Plant Canopy Analyzer (modificato da limitatori). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Grazie alla maggiore sensibilità del sensore LAI, al suo campo visivo ristretto, all’inclinometro digitale integrato, alla registrazione automatica dei valori di lettura nella posizione corretta indicata dal suono senza premere un pulsante, il nuovo strumento è adatto anche per letture sopra la chioma in valli strette o anche su strade forestali più ampie per misurare una vasta gamma di condizioni del cielo. Oltre a ciò, consente la quantificazione di tettoie mature al di sopra della rigenerazione relativamente elevata e raggiunge una maggiore precisione dei valori di irradianza rispetto a Plant Canopy Analyzer. Inoltre, il prezzo di LP 110 è pari a circa 1/4 del Plant Canopy Analyzer. Al contrario, l’utilizzo di LP 110 in densi (cioè LAIe a livello di stand superiori a 7,88)²³ o tettoie molto basse come prateria è limitato.

L’LP 110 può funzionare all’interno di due modalità operative: (i) una singola modalità sensore che prende sia letture sotto la tettugia che di riferimento (sopra la chioma studiata o in una radura sufficientemente diffusa situata nelle vicinanze della vegetazione analizzata) eseguite prima, dopo o durante le misurazioni sotto la tettugia effettuate con lo stesso strumento e (ii) una modalità a doppio sensore utilizzando il primo strumento per effettuare letture sotto la chioma, mentre il secondo è impiegato per registrare automaticamente le letture di riferimento all’interno di un intervallo di tempo predefinito regolare (da 10 a 600 s). L’LP 110 può essere abbinato a un dispositivo GPS compatibile (vedi Tabella dei materiali)per registrare le coordinate di ciascun punto di misurazione sotto il baldacchino per entrambe le modalità sopra menzionate.

L’indice di area fogliare efficace (LAIe)²⁴ incorpora l’effetto dell’indice di aggregazione e può essere derivato dalle misurazioni dell’irraggiamento del fascio solare prese sopra e sotto la chioma vegetale studiata²⁵. Pertanto, per il seguente calcolo LAIe, la trasmittanza (t) deve essere calcolata dall’irradiazione sia trasmessa sotto la chioma (I) che incidente sopra la vegetazione (I_o) misurata dal dispositivo LP 110.

t = I / I₀ (1)

Poiché l’intensità dell’irradiazione diminuisce esponenzialmente mentre passa attraverso una chioma di vegetazione, LAIe può essere calcolata secondo la legge di estinzione di Beer-Lambert modificata da Monsi e Saeki^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Dove, k è il coefficiente di estinzione. Il coefficiente di estinzione riflette la forma, l’orientamento e la posizione di ciascun elemento nella chioma della vegetazione con l’inclinazione nota dell’elemento della chioma e la direzione della vista^9,12. Il coefficiente k (vedi equazione 2) dipende dall’assorbimento dell’irraggiamento da parte del fogliame e differisce tra le specie vegetali in base ai parametri morfologici degli elementi della chioma, alla loro disposizione spaziale e alle proprietà ottiche. Poiché il coefficiente di estinzione di solito oscilla intorno a 0,5^9,27, l’equazione 2 può essere semplificata come presentato da Lang et al.²⁸ in un modo leggermente diverso per baldacchini eterogenei e omogenei:

In una chioma eterogenea

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

o

In una chioma omogenea

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

Dove, t: è la trasmittanza in ciascun punto di misurazione al di sotto della chioma e T: è la trasmittanza media di tutti i valori t per transetto o supporto misurato.

Nei popolamenti forestali, LAIe deve essere ulteriormente corretto a causa di un effetto aggregante dell’apparato di assimilazione all’interno dei germogli^{29,30,31,32,33,34} per ottenere il valore LAI effettivo.

Il protocollo è dedicato all’utilizzo pratico del dispositivo ottico LP 110 per la stima del LAIe in un esempio selezionato di popolamenti forestali di conifere dell’Europa centrale (vedi Tabella 2 e Tabella 3 per le caratteristiche del sito, strutturali e dendrometriche). La stima LAIe in una chioma di vegetazione che utilizza questo dispositivo si basa su un metodo ottico ampiamente utilizzato relativo alla trasmissione della radiazione fotosinteticamente attiva e della frazione del gap della chioma. Il documento mira a fornire un protocollo completo per l’esecuzione della stima LAIe utilizzando il nuovo dispositivo ottico LP 110.