Les auvents sont des loci de nombreux processus biologiques, physiques, chimiques et écologiques. La plupart d’entre eux sont affectés par les structures de la canopée¹. Par conséquent, une quantification précise, rapide, non destructive et fiable de la canopée végétale in situ est cruciale pour un large éventail d’études impliquant l’hydrologie, le cycle du carbone et des nutriments et le changement climatique mondial^2,3. Étant donné que les feuilles ou les aiguilles représentent une interface active entre l’atmosphère et la végétation⁴, l’une des caractéristiques structurelles critiques de la canopée est l’indice de surface foliaire (LAI)⁵, défini comme la moitié de la surface totale des feuilles vertes par unité de surface horizontale du sol ou projection de couronne pour les individus, exprimée en m² par m² comme variable sans dimension^{6, 7}.

Divers instruments et approches méthodologiques pour estimer les LAI terrestres et leurs avantages et inconvénients dans divers écosystèmes ont déjà été présentés^{8,9,10,11,12,13,14,15}. Il existe deux grandes catégories de méthodes d’estimation des LAI : directe et indirecte (voir les examens complets^8,9,10,11,12 pour plus de détails). Principalement utilisées dans les peuplements forestiers, les estimations laigiques au sol sont systématiquement obtenues à l’aide de méthodes optiques indirectes en raison de l’absence de détermination directe des LAI, mais elles représentaient généralement une méthode longue, laborieuse et destructrice^9,10,12,16. De plus, les méthodes optiques indirectes dérivent le LAI de paramètres connexes plus faciles à mesurer (du point de vue de sa nature chronophage et exigeante en main-d’œuvre)¹⁷, tels que le rapport entre l’irradiation incidente au-dessus et au-dessous de la canopée et la quantification des lacunes de la canopée¹⁴. Il est évident que les analyseurs de canopée végétale ont également été largement utilisés pour valider les extractions de LAI par satellite¹⁸; par conséquent, il a été considéré comme une norme pour la comparaison LP 110 (voir le Tableau des matériaux pour plus de détails sur les instruments utilisés).

Le LP 110, en tant que version mise à jour de l’instrument simple ALAI-02D¹⁹ initialement fabriqué par ses soins et plus tard LP 100^20,a été développé comme un concurrent proche des analyseurs de canopée végétale. En tant que représentant des méthodes optiques indirectes, l’appareil est portatif, léger, alimenté par batterie, sans aucune connexion par câble entre le capteur et l’enregistreur de données qui utilise un inclinomètre numérique au lieu d’un niveau à bulle et permet un positionnement et une lecture de valeur plus rapides et plus précis. De plus, l’appareil a été conçu pour noter les lectures immédiates. Ainsi, l’estimation du temps nécessaire à la collecte de données sur le terrain est plus courte pour le LP 110 que pour Plant Canopy Analyzer d’environ 1/3. Après l’exportation des lectures vers un ordinateur, les données sont disponibles pour un traitement ultérieur. L’appareil enregistre l’irradiance dans les longueurs d’onde de la lumière bleue (c’est-à-dire 380-490 nm)^21,22 à l’aide d’un capteur LAI pour effectuer un calcul LAI. Le capteur LAI est masqué par un capuchon de restriction opaque avec des champs de vision de 16° (axe Z) et 112° (axe X)(Figure 1). Ainsi, la transmission de la lumière peut être notée à l’aide de l’appareil tenu soit perpendiculairement à la surface du sol (c’est-à-dire angle zénith 0°), soit à cinq angles différents de 0°, 16°, 32°, 48° et 64° pour pouvoir également déduire l’inclinaison des éléments de la canopée.

Figure 1: Caractéristiques physiques du LP 110. La touche MENU permet à l’utilisateur de se déplacer vers le haut et vers le bas tout au long de l’affichage, et le bouton SET sert de touche Entrée (A). La vue zénith sous différents angles d’inclinaison (±8 en raison de la vue latérale) et la vue horizontale sont fixes pour LP 110 à 112°(B)de la même manière que l’analyseur de canopée végétale (modifié par des restricteurs). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

En raison de la sensibilité plus élevée du capteur LAI, de son champ de vision restreint, de son inclinomètre numérique intégré, de l’enregistrement automatique des valeurs de lecture à la position correcte indiquée par le son sans appuyer sur un bouton, le nouvel instrument convient également aux lectures au-dessus de la canopée dans les vallées étroites ou même sur les routes forestières plus larges pour mesurer un large éventail de conditions du ciel. En outre, il permet de quantifier les canopées matures du peuplement au-dessus de la régénération relativement élevée, et il atteint une plus grande précision des valeurs d’irradiance que l’analyseur de canopée végétale. De plus, le prix de LP 110 équivaut à environ 1/4 de l’analyseur de canopée végétale. À l’inverse, l’utilisation du LP 110 dans les auvents denses (c.-à-d. LAIe au niveau du peuplement supérieur à 7,88)²³ ou très bas comme prairies est limitée.

Le LP 110 peut fonctionner dans deux modes de fonctionnement : (i) un seul mode capteur prenant à la fois des lectures sous la canopée et des lectures de référence (au-dessus de la canopée étudiée ou dans une clairière suffisamment étendue située à proximité de la végétation analysée) effectuée avant, après ou pendant les mesures sous la canopée prises avec le même instrument et (ii) un mode double capteur utilisant le premier instrument pour prendre des lectures sous la canopée, tandis que le second est utilisé pour enregistrer automatiquement les lectures de référence dans un intervalle de temps prédéfini régulier (de 10 à 600 s). Le LP 110 peut être associé à un appareil GPS compatible (voir Tableau des matériaux)pour enregistrer les coordonnées de chaque point de mesure sous la canopée pour les deux modes mentionnés ci-dessus.

L’indice effectif de surface foliaire (LAIe)²⁴ intègre l’effet d’indice d’agglutination et peut être dérivé de mesures de l’irradiance du faisceau solaire prises au-dessus et au-dessous de la canopée végétale étudiée²⁵. Ainsi, pour le calcul LAIe suivant, la transmittance (t) doit être calculée à partir de l’irradiation transmise à la fois sous la canopée (I) et incidente au-dessus de la végétation(I_o)mesurée par le dispositif LP 110.

t = I / I₀ (1)

Étant donné que l’intensité d’irradiation diminue de façon exponentielle lorsqu’elle traverse un couvert végétal, la LAIe peut être calculée selon la loi d’extinction de Beer-Lambert modifiée par Monsi et Saeki^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Où, k est le coefficient d’extinction. Le coefficient d’extinction reflète la forme, l’orientation et la position de chaque élément dans la canopée de la végétation avec l’inclinaison connue de l’élément de canopée et la direction de vue^9,12. Le coefficient k (voir équation 2) dépend de l’absorption de l’irradiance par le feuillage, et il diffère d’une espèce végétale à l’autre en fonction des paramètres morphologiques des éléments de la canopée, de leur disposition spatiale et de leurs propriétés optiques. Étant donné que le coefficient d’extinction fluctue généralement autour de 0,5^9,27, l’équation 2 peut être simplifiée comme présenté par Lang et al.²⁸ d’une manière légèrement différente pour les canopées hétérogènes et homogènes:

Dans une canopée hétérogène

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

ou

Dans une canopée homogène

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

Où, t: est la transmittance à chaque point de mesure sous la canopée, et T: est la transmittance moyenne de toutes les valeurs t par transect ou support mesuré.

Dans les peuplements forestiers, le LAIe doit être corrigé en raison d’un effet d’agglutination de l’appareil d’assimilation dans les pousses^29,30, 31^,32,33,34 pour obtenir la valeur RÉELLE DU LAI.

Le protocole est consacré à l’utilisation pratique du dispositif optique LP 110 pour estimer le LAIe dans un exemple sélectionné de peuplements forestiers de conifères d’Europe centrale (voir le tableau 2 et le tableau 3 pour les caractéristiques du site, de la structure et dendrométrique). L’estimation LAIe dans un couvert végétal à l’aide de ce dispositif est basée sur une méthode optique largement utilisée liée à la transmittance du rayonnement photosynthétiquement actif et de la fraction d’écart de canopée. Le document vise à fournir un protocole complet pour effectuer une estimation LAIe à l’aide du nouveau dispositif optique LP 110.