Las marquesinas son loci de numerosos procesos biológicos, físicos, químicos y ecológicos. La mayoría de ellos se ven afectados por estructuras de dosel¹. Por lo tanto, la cuantificación precisa, rápida, no destructiva y confiable del dosel de la vegetación in situ es crucial para una amplia gama de estudios que involucran hidrología, ciclo de carbono y nutrientes, y cambio climático global^2,3. Dado que las hojas o agujas representan una interfaz activa entre la atmósfera y la vegetación⁴, una de las características estructurales críticas del dosel es el índice de área foliar (LAI)⁵, definido como la mitad de la superficie total de la hoja verde por unidad de superficie horizontal del suelo o proyección de la corona para los individuos, expresado en m² por m² como una variable adimensional^{6, 7}.

Ya se han presentado diversos instrumentos y enfoques metodológicos para estimar la LAI terrestre y sus pros y contras en diversos ecosistemas^{8,9,10,11, 12,13,14,15.} Hay dos categorías principales de métodos de estimación de LAI: directos e indirectos (ver revisiones exhaustivas^8,9,10,11,12 para más detalles). Utilizadas principalmente en rodales forestales, las estimaciones de LAI basadas en tierra se obtienen rutinariamente utilizando métodos ópticos indirectos debido a la falta de determinación directa de LAI, pero generalmente representaban un método lento, intensivo en mano de obra y destructivo^9,10,12,16. Además, los métodos ópticos indirectos derivan la LAI de parámetros relacionados más fácilmente medidos (desde el punto de vista de su naturaleza exigente en el tiempo y mano de obra intensa)¹⁷, como la relación entre la irradiación incidente por encima y por debajo del dosel y la cuantificación de los huecos del dosel¹⁴. Es evidente que los analizadores de dosel de plantas también se han utilizado ampliamente para validar las recuperaciones de LAI satelitales¹⁸; por lo tanto, se ha considerado un estándar para la comparación de LP 110 (consulte la Tabla de materiales para obtener más detalles sobre los instrumentos empleados).

El LP 110, como una versión actualizada del instrumento simple inicialmente de fabricación propia ALAI-02D¹⁹ y más tarde LP 100^20,fue desarrollado como un competidor cercano para plant canopy Analyzers. Como representante de los métodos ópticos indirectos, el dispositivo es portátil, ligero, alimentado por baterías, sin necesidad de una conexión por cable entre el sensor y el registrador de datos que utiliza un inclinómetro digital en lugar de un nivel de burbuja y permite un posicionamiento y una lectura de valor más rápidos y precisos. Además, el dispositivo fue diseñado para anotar lecturas inmediatas. Por lo tanto, la estimación de tiempo necesaria para recopilar datos en el campo es más corta para el LP 110 que para plant Canopy Analyzer en aproximadamente 1/3. Después de la exportación de lecturas a un equipo, los datos están disponibles para su posterior procesamiento. El dispositivo registra la irradiancia dentro de las longitudes de onda de luz azul (es decir, 380-490 nm)^21,22 utilizando un sensor LAI para realizar un cálculo LAI. El sensor LAI está enmascarado por una tapa de restricción opaca con campos de visión de 16° (eje Z) y 112° (eje X)(Figura 1). Por lo tanto, la transmitancia de la luz se puede observar utilizando el dispositivo sostenido perpendicularmente a la superficie del suelo (es decir, ángulo cenital 0 °), o en cinco ángulos diferentes de 0 °, 16 °, 32 °, 48 ° y 64 ° para poder deducir también la inclinación de los elementos del dosel.

Figura 1: Características físicas del LP 110. La tecla MENU permite al usuario desplazarse hacia arriba y hacia abajo en toda la pantalla, y el botón SET sirve como la tecla Intro (A). La vista cenital bajo diferentes ángulos de inclinación (±8 debido a la vista lateral) y la vista horizontal es fija para LP 110 a 112 °(B)de manera similar al Analizador de dosel de plantas (modificado por restrictores). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Debido a la mayor sensibilidad del sensor LAI, su campo de visión restringido, el inclinómetro digital incorporado, el registro automático de los valores de lectura en la posición correcta indicada por el sonido sin presionar un botón, el nuevo instrumento también es adecuado para lecturas por encima del dosel en valles estrechos o incluso en caminos forestales más amplios para medir una amplia gama de condiciones del cielo. Además de eso, permite la cuantificación de las copas de rodales maduros por encima de la regeneración relativamente alta, y alcanza una mayor precisión de los valores de irradiancia que Plant Canopy Analyzer. Además, el precio de LP 110 equivale a aproximadamente 1/4 del analizador de dosel de plantas. Por el contrario, la utilización de LP 110 en densos (es decir, LAIe a nivel de rodales superior a 7,88)²³ o toldos muy bajos como pastizales es limitada.

El LP 110 puede funcionar dentro de dos modos de funcionamiento: (i) un modo de sensor único que toma lecturas por debajo del dosel y de referencia (por encima del dosel estudiado o en un claro suficientemente extendido ubicado dentro de las cercanías de la vegetación analizada) realizadas antes, después o durante las mediciones por debajo del dosel tomadas con el mismo instrumento y (ii) un modo de sensor dual que utiliza el primer instrumento para tomar lecturas por debajo del dosel, mientras que el segundo se emplea para registrar automáticamente las lecturas de referencia dentro de un intervalo de tiempo predefinido regular (de 10 a 600 s). El LP 110 se puede combinar con un dispositivo GPS compatible (consulte la Tabla de materiales)para registrar las coordenadas de cada punto de medición debajo del dosel para los dos modos mencionados anteriormente.

El índice de área foliar efectiva (LAIe)²⁴ incorpora el efecto de índice de aglomeración y puede derivarse de las mediciones de irradiancia del haz solar tomadas por encima y por debajo del dosel de vegetación estudiado²⁵. Por lo tanto, para el siguiente cálculo de LAIe, la transmitancia (t) debe calcularse a partir de la irradiación transmitida por debajo del dosel (I) y la incidencia por encima de la vegetación(I_o)medida por el dispositivo LP 110.

t = I / I₀ (1)

Dado que la intensidad de la irradiación disminuye exponencialmente a medida que pasa a través de un dosel de vegetación, LAIe se puede calcular de acuerdo con la ley de extinción de Beer-Lambert modificada por Monsi y Saeki^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Donde, k es el coeficiente de extinción. El coeficiente de extinción refleja la forma, orientación y posición de cada elemento en el dosel de la vegetación con la inclinación conocida del elemento del dosel y la^direcciónde la vista 9^,12. El coeficiente k (ver ecuación 2) depende de la absorción de irradiancia por el follaje, y difiere entre las especies de plantas en función de los parámetros morfológicos de los elementos del dosel, su disposición espacial y las propiedades ópticas. Dado que el coeficiente de extinción generalmente fluctúa alrededor de 0.5^9,27, la ecuación 2 puede simplificarse como lo presentan Lang et al.²⁸ de una manera ligeramente diferente para las marquesinas heterogéneas y homogéneas:

En un dosel heterogéneo

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

o

En un dosel homogéneo

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

Donde, t: es la transmitancia en cada punto de medición por debajo del dosel, y T: es la transmitancia promedio de todos los valores de t por transecto o soporte medido.

En rodales forestales, la LAIe debe corregirse aún más debido a un efecto de aglomeración del aparato de asimilación dentro de los brotes^{29,30,31,32,33,34} para obtener el valor real de LAI.

El protocolo está dedicado a la utilización práctica del dispositivo óptico LP 110 para estimar LAIe en un ejemplo seleccionado de rodales de bosques de coníferas de Europa Central (ver Tabla 2 y Tabla 3 para las características del sitio, estructurales y dendrométricas). La estimación de LAIe en un dosel de vegetación utilizando este dispositivo se basa en un método óptico ampliamente utilizado relacionado con la transmitancia de la radiación fotosintéticamente activa y la fracción de brecha del dosel. El documento tiene como objetivo proporcionar un protocolo integral para realizar la estimación de LAIe utilizando el nuevo dispositivo óptico LP 110.