As copas são loci de numerosos processos biológicos, físicos, químicos e ecológicos. A maioria deles é afetada pelas estruturas do dossel¹. Portanto, a quantificação precisa, rápida, não destrutiva e confiável do dossel de vegetação in situ é crucial para uma ampla gama de estudos envolvendo hidrologia, ciclismo de carbono e nutrientes e mudança climática global^2,3. Uma vez que as folhas ou agulhas representam uma interface ativa entre a atmosfera e a vegetação⁴, uma das características estruturais críticas do dossel é o índice de área de folha (LAI)⁵, definido como metade da área total da superfície da folha verde por unidade de área horizontal da superfície do solo ou projeção da coroa para indivíduos, expressa em m² por m² como variável inativa^{6, 7}.

Vários instrumentos e abordagens metodológicas para estimar a LAI terrestre e seus prós e contras em diversos ecossistemas já foram apresentados^{8,9,10,11,12,13,14,15}. Existem duas categorias principais de métodos de estimativa LAI: direto e indireto (ver revisões abrangentes^8,9,10,11,12 para mais detalhes). Utilizadas principalmente em estandes florestais, as estimativas de LAI baseadas no solo são obtidas rotineiramente usando métodos ópticos indiretos devido à falta de determinação direta da LAI, mas geralmente representavam um método demorado, intensivo em mão-de-obra e destrutivo^9,10,12,16. Além disso, os métodos ópticos indiretos derivam da LAI de parâmetros relacionados com mais facilidade (do ponto de vista de sua natureza temporal e intensa de trabalho)¹⁷, como a razão entre a irradiação incidente acima e abaixo do dossel e a quantificação das lacunas do dossel¹⁴. É evidente que os Analisadores de Dossel de Plantas também têm sido amplamente utilizados para validar as^{recuperações lai por satélite 18}; portanto, tem sido considerado um padrão para comparação lp 110 (ver Tabela de Materiais para mais detalhes sobre instrumentos empregados).

O LP 110, como uma versão atualizada do inicialmente auto-fabricado instrumento simples ALAI-02D¹⁹ e posterior LP 100^20,foi desenvolvido como um concorrente próximo para a Plant Canopy Analyzeers. Como representante de métodos ópticos indiretos, o dispositivo é portátil, leve, alimentado por bateria, sem qualquer necessidade de uma conexão de cabo entre o sensor e o data-logger que usa um inclinômetro digital em vez de um nível de bolha e permite um posicionamento e leitura de valor mais rápido e precisos. Além disso, o dispositivo foi projetado para observar leituras imediatas. Assim, a estimativa de tempo necessária para a coleta de dados no campo é menor para o LP 110 do que o Plant Canopy Analyzer em aproximadamente 1/3. Após a exportação de leituras para um computador, os dados estão disponíveis para processamento subsequente. O dispositivo registra irradiação dentro dos comprimentos de onda da luz azul (ou seja, 380-490 nm)^21,22 usando um sensor LAI para fazer um cálculo LAI. O sensor LAI é mascarado por uma tampa de restrição opaca com campos de visão de 16° (eixo Z) e 112° (eixo X)(Figura 1). Assim, a transmissão de luz pode ser notada usando o dispositivo mantido perpendicularmente à superfície do solo (ou seja, ângulo zenith 0°), ou em cinco ângulos diferentes de 0°, 16°, 32°, 48°e 64° para ser capaz também de deduzir a inclinação dos elementos do dossel.

Figura 1: Características físicas do LP 110. A tecla MENU permite que o usuário mude para cima e para baixo ao longo do visor, e o botão SET serve como a tecla Enter(A). A visão zenith sob diferentes ângulos de inclinação (±8 devido à visão lateral) e a visão horizontal é fixada para LP 110 a 112°(B)similarmente ao Analisador de Dossel de Plantas (modificado por restritores). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Devido à maior sensibilidade do sensor LAI, seu campo de visão restrito, inclinômetro digital embutido, registro automático de valores de leitura na posição correta indicada pelo som sem pressão de botão, o novo instrumento também é adequado para leituras acima do dossel em vales estreitos ou mesmo em estradas florestais mais amplas para medir uma ampla gama de condições do céu. Além disso, permite quantificação de copas de suporte maduras acima da regeneração relativamente alta, e atinge maior precisão dos valores de irradiação do que o Analisador de Dossel de Plantas. Além disso, o preço do LP 110 equivale a cerca de 1/4 do Analisador de Dossel de Plantas. Ao contrário, a utilização do LP 110 em densa (ou seja, LAIe ao nível de suporte acima de 7,88)²³ ou canopies muito baixas como pastagem é limitada.

O LP 110 pode funcionar dentro de dois modos de operação: (i) um único modo de sensor tendo leituras abaixo do dossel e referência (acima do dossel estudado ou em uma clareira suficientemente difundida localizada nas proximidades da vegetação analisada) realizada antes, depois ou durante medições abaixo do dossel feitas com o mesmo instrumento e (ii) um modo de sensor duplo usando o primeiro instrumento para fazer leituras abaixo do dossel, que o segundo é empregado para registrar automaticamente leituras de referência dentro de um intervalo de tempo pré-definido regular (de 10 até 600 s). O LP 110 pode ser combinado com um dispositivo GPS compatível (ver Tabela de Materiais) para registrar as coordenadas de cada ponto de medição abaixo do dossel para ambos os modos mencionados acima.

O índice de área de folha eficaz (LAIe)²⁴ incorpora o efeito do índice de desatoque e pode ser derivado de medições de irradiação de feixe solar tomadas acima e abaixo do dossel de vegetação estudado²⁵. Assim, para o seguinte cálculo LAIe, a transmissão (t) deve ser calculada a partir da irradiação tanto transmitida abaixo do dossel (I) quanto incidente acima da vegetação (I_o) medida pelo dispositivo LP 110.

t = I / I₀ (1)

Uma vez que a intensidade de irradiação diminui exponencialmente à medida que passa por um dossel de vegetação, LAIe pode ser calculado de acordo com a lei de extinção beer-lambert modificada por Monsi e Saeki^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Onde k é o coeficiente de extinção. O coeficiente de extinção reflete a forma, orientação e posição de cada elemento no dossel de vegetação com a inclinação do elemento do dossel conhecido e a direção de visão^9,12. O coeficiente k (ver equação 2) depende da absorção da irradiação por folhagem, e difere entre espécies vegetais baseadas nos parâmetros morfológicos dos elementos do dossel, seu arranjo espacial e propriedades ópticas. Uma vez que o coeficiente de extinção geralmente flutua em torno de 0,5^9,27, a equação 2 pode ser simplificada como apresentado por Lang et al.²⁸ de uma maneira ligeiramente diferente para canopies heterogêneas e homogêneas:

Em um dossel heterogêneo

LAIe = 2 x | T| (3),

ou

Em um dossel homogêneo

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

Onde, t: é transmissão em cada ponto de medição abaixo do dossel, e T: é a transmissão média de todos os valores t por transect ou stand medido.

Nos estandes florestais, o LAIe deve ser ainda mais corrigido devido a um efeito desajeitado do aparelho de assimilação dentro dos brotos^{29,30,31,32,33,34} para obter o valor real da LAI.

O protocolo é dedicado à utilização prática do dispositivo óptico LP 110 para estimar o LAIe em um exemplo selecionado de estandes de floresta conífera da Europa Central (ver Tabela 2 e Tabela 3 para as características do local, estrutural e dendrométrica). A estimativa de LAIe em um dossel de vegetação usando este dispositivo é baseada em um método óptico amplamente utilizado relacionado à transmissão de radiação fotossintética ativa e fração de lacuna de dossel. O artigo tem como objetivo fornecer um protocolo abrangente para a realização da estimativa LAIe usando o novo dispositivo óptico LP 110.