Canopies är lokus av många biologiska, fysiska, kemiska och ekologiska processer. De flesta av dem påverkas av baldakinstrukturer¹. Därför är noggrann, snabb, icke-destruktiv och tillförlitlig in situ vegetation baldakin kvantifiering avgörande för ett brett spektrum av studier som involverar hydrologi, kol- och näringscykling och globala klimatförändringar^2,3. Eftersom blad eller nålar utgör ett aktivt gränssnitt mellan atmosfären och vegetationen⁴, är en av de kritiska strukturella egenskaperna för baldakin bladområde (LAI)⁵, definierat som hälften av den totala gröna bladytan per enhet horisontell markyta eller kronprojektion för individer, uttryckt i m² per m² som en dimensionslös variabel^{6, 7}.

Olika instrument och metodologiska metoder för uppskattning av terrestra LAI och deras för- och nackdelar i olika ekosystem har redan presenterats^{8,9,10,11,12,13,14,15}. Det finns två huvudkategorier av LAI-uppskattningsmetoder: direkt och indirekt (se omfattande recensioner^8,9,10,11,12 för mer information). Huvudsakligen används i skogsbestånd, markbaserade LAI-uppskattningar erhålls rutinmässigt med indirekta optiska metoder på grund av bristen på direkt LAI-bestämning, men de representerade vanligtvis en tidskrävande, arbetsintensiv och destruktiv metod^9,10,12,16. Dessutom härleder indirekta optiska metoder LAI från lättare att mäta relaterade parametrar (med tanke på dess tidskrävande och arbetsintensiva natur)¹⁷, såsom förhållandet mellan infallande bestrålning ovanför och under baldakinen och kvantifieringen av baldakin luckor¹⁴. Det är uppenbart att Plant Canopy Analyzers också har använts i stor utsträckning för att validera satellit LAI-hämtningar^18; Därför har det ansetts vara en standard för LP 110-jämförelse (se Materialförteckning för mer information om använda instrument).

LP 110, som en uppdaterad version av det ursprungligen självtillverkade enkla instrumentet ALAI-02D¹⁹ och senare LP 100^20,utvecklades som en nära konkurrent för Plant Canopy Analyzers. Som representant för indirekta optiska metoder är enheten handhållen, lätt, batteridriven, utan behov av en kabelanslutning mellan sensorn och dataloggern som använder en digital inclinometer istället för en bubbelnivå och möjliggör snabbare och mer exakt positionering och värdeavläsning. Dessutom utformades enheten för att notera omedelbara avläsningar. Således är den tidsuppskattning som behövs för att samla in data i fältet kortare för LP 110 än Plant Canopy Analyzer med cirka 1/3. Efter export av avläsningar till en dator är data tillgängliga för efterföljande bearbetning. Enheten registrerar bestrålning inom de blå ljusvåglängderna (dvs. 380-490 nm)^21,22 med hjälp av en LAI-sensor för att göra en LAI-beräkning. LAI-sensorn maskeras av ett ogenomskinligt begränsningslock med 16° (Z-axel) och 112° (X-axel) synfält (bild 1). Således kan ljusöverföring noteras med hjälp av anordningen som hålls antingen vinkelrätt mot markytan (dvs. zenitvinkel 0°), eller i fem olika vinklar på 0°, 16°, 32°, 48° och 64° för att också kunna härleda baldakinelementens lutning.

Bild 1: Fysiska egenskaper hos LP 110. Menu-tangenten gör det möjligt för användaren att växla upp och ner över hela skärmen, och SET-knappen fungerar som Enter-tangenten (A). Zenitvyn under olika lutningsvinklar (±8 på grund av sidovyn) och den horisontella vyn är fixerad för LP 110 till 112° (B) på samma sätt som Plant Canopy Analyzer (modifierad av begränsare). Klicka här för att se en större version av den här figuren.

På grund av LAI-sensorns högre känslighet, dess begränsade synfält, inbyggd digital inklinometer, automatisk loggning av läsvärden i rätt position som indikeras av ljud utan knapptryckning, är det nya instrumentet också lämpligt för avläsningar ovanför baldakin vid smala dalar eller till och med på bredare skogsvägar för att mäta ett brett spektrum av himmelsförhållanden. Dessutom möjliggör det kvantifiering av mogna stativtak över den relativt höga regenereringen, och det uppnår högre noggrannhet av strålningsvärden än Plant Canopy Analyzer. Dessutom motsvarar priset på LP 110 ungefär 1/4 av Plant Canopy Analyzer. Tvärtom är användningen av LP 110 i tät (dvs. LAIe på stativnivå över 7,88)²³ eller mycket låga landtak som gräsmark begränsad.

LP 110 kan arbeta i två driftlägen: i) ett enda sensorläge med både undertak och referensavläsningar (ovanför den studerade baldakinen eller i en tillräckligt utbredd glänta belägen i närheten av den analyserade vegetationen) som utförs före, efter eller under mätningar under baldakin som gjorts med samma instrument och ii) ett dubbelt sensorläge med det första instrumentet för att göra avläsningar under baldakin, Den andra används för automatisk loggning av referensavläsningar inom ett regelbundet fördefinierat tidsintervall (från 10 upp till 600 s). LP 110 kan matchas med en kompatibel GPS-enhet (se Tabell över material)för att registrera varje under baldakin mätpunkts koordinater för båda de lägen som nämns ovan.

Det effektiva bladområdesindexet (LAIe)²⁴ innehåller klumpindexeffekten och kan härledas från mätningar av solstrålestrålning som tagits ovanför och under den studerade vegetationstaket²⁵. För följande LAIe-beräkning måste alltså transmittansen (t) beräknas med hjälp av bestrålning både överförd under baldakinen (I) och tillbud ovanför vegetationen (I_o) mätt med LP 110-anordningen.

t = Jag / Jag₀ (1)

Eftersom bestrålningsintensiteten minskar exponentiellt när den passerar genom en vegetationstak, kan LAIe beräknas enligt Beer-Lambert-utrotningslagen modifierad av Monsi och Saeki^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Var, k är utrotningskoefficienten. Utdöendekoefficienten återspeglar varje elements form, orientering och position i vegetationstaket med den kända baldakinelementets lutning och vyriktning^9,12. K-koefficienten (se ekvation 2) beror på absorptionen av strålning genom lövverk, och den skiljer sig mellan växtarter baserat på de morfologiska parametrarna för baldakinelement, deras rumsliga arrangemang och optiska egenskaper. Eftersom utrotningskoefficienten vanligtvis fluktuerar runt 0,5^9,27, kan ekvation 2 förenklas enligt Lang et al.²⁸ på ett något annorlunda sätt för heterogena och homogena canopies:

I en heterogen baldakin

LAIe = 2 x | I det | (3),

eller

I en homogen baldakin

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

Där, t: är transmittans vid varje mätpunkt under baldakin, och T: är den genomsnittliga transmittansen för alla t-värden per uppmätt transect eller stativ.

I skogsbestånd måste LAIe korrigeras ytterligare på grund av en klumpande effekt av assimileringsapparaten inom skotten^{29,30,31,32,33,34} för att erhålla det faktiska LAI-värdet.

Protokollet ägnas åt det praktiska utnyttjandet av den optiska LP 110-enheten för uppskattning av LAIe i ett utvalt exempel på centraleuropeiska barrskogsbestånd (se tabell 2 och tabell 3 för platsen, strukturella och dendrometriska egenskaper). LAIe uppskattning i en vegetation baldakin med denna enhet är baserad på en allmänt använd optisk metod relaterad till transmittans av fotosyntetiskt aktiv strålning och baldakin gap fraktion. Dokumentet syftar till att tillhandahålla ett omfattande protokoll för att utföra LAIe-uppskattning med hjälp av den nya optiska LP 110-enheten.