Vordächer sind Orte zahlreicher biologischer, physikalischer, chemischer und ökologischer Prozesse. Die meisten von ihnen sind von Baumkronenstrukturen betroffen¹. Daher ist eine genaue, schnelle, zerstörungsfreie und zuverlässige Quantifizierung der Vegetationskronen in situ für eine breite Palette von Studien in den Bereichen Hydrologie, Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf und globaler Klimawandel von entscheidender Bedeutung^2,3. Da Blätter oder Nadeln eine aktive Schnittstelle zwischen der Atmosphäre und der Vegetation darstellen⁴, ist eines der kritischen strukturellen Merkmale des Blätterdachs der Blattflächenindex (LAI)⁵, definiert als die Hälfte der gesamten grünen Blattoberfläche pro Einheit horizontaler Grundfläche oder Kronenprojektion für Individuen, ausgedrückt in m² pro m² als dimensionslose Variable^{6, ( 7}) DIE MITGLIEDSTAATEN SIND IN DEN

Verschiedene Instrumente und methodische Ansätze zur Abschätzung terrestrischer LAI und ihrer Vor- und Nachteile in verschiedenen Ökosystemen wurden bereits vorgestellt^{8,9,10,11,12,13,14,15}. Es gibt zwei Hauptkategorien von LAI-Schätzmethoden: direkt und indirekt (siehe umfassende Reviews^8,9,10,11,12 für weitere Details). Hauptsächlich in Waldbeständen verwendet, werden bodengestützte LAI-Schätzungen routinemäßig mit indirekten optischen Methoden aufgrund des Fehlens einer direkten LAI-Bestimmung erhalten, aber sie stellen in der Regel eine zeitaufwendige, arbeitsintensive und zerstörerische Methode dar^9,10,12,16. Darüber hinaus leiten indirekte optische Methoden LAI aus leichter messbaren verwandten Parametern (unter dem Gesichtspunkt seiner zeit- und arbeitsintensiven Natur)¹⁷ab, wie z.B. das Verhältnis zwischen einfallender Bestrahlung über und unter dem Baldachin und der Quantifizierung von Baldachinlücken¹⁴. Es ist offensichtlich, dass Plant Canopy Analyzer auch weit verbreitet sind, um Satelliten-LAI-Abrufe zu validieren¹⁸; Daher wurde es als Standard für den Vergleich von LP 110 angesehen (siehe Tabelle der Materialien für weitere Details zu den verwendeten Instrumenten).

Der LP 110 wurde als aktualisierte Version des zunächst selbstgebauten Einfachinstruments ALAI-02D¹⁹ und später LP 100²⁰als enger Konkurrent für Plant Canopy Analyzer entwickelt. Als Vertreter indirekter optischer Verfahren ist das Gerät handgehalten, leicht, batteriebetrieben, ohne dass eine Kabelverbindung zwischen Sensor und Datenlogger erforderlich ist, die einen digitalen Neigungsmesser anstelle einer Wasserwaage verwendet und eine schnellere und genauere Positionierung und Wertmessung ermöglicht. Darüber hinaus wurde das Gerät entwickelt, um sofortige Auslesungen zu notieren. Somit ist die Zeitschätzung, die für die Datenerfassung im Feld benötigt wird, für den LP 110 kürzer als für den Plant Canopy Analyzer um etwa 1/3. Nach dem Export der Auslesungen auf einen Rechner stehen die Daten für die Weiterverarbeitung zur Verfügung. Das Gerät zeichnet die Bestrahlungsstärke innerhalb der Blauen Lichtwellenlängen (d. H. 380-490 nm)^21,22 unter Verwendung eines LAI-Sensors für eine LAI-Berechnung auf. Der LAI-Sensor wird durch eine opake Restriktionskappe mit 16° (Z-Achse) und 112° (X-Achse) Sichtfeld maskiert (Abbildung 1). So kann die Lichtdurchlässigkeit mit dem Gerät gemessen werden, das entweder senkrecht zur Bodenoberfläche (d. H. Zenitwinkel 0 °) oder in fünf verschiedenen Winkeln von 0 °, 16 °, 32 °, 48 ° und 64 ° gehalten wird, um auch die Neigung der Baldachinelemente ableiten zu können.

Abbildung 1: Physikalische Merkmale des LP 110. Die MENU-Taste ermöglicht es dem Benutzer, im gesamten Display nach oben und unten zu wechseln, und die SET-Taste dient als Enter-Taste (A). Die Zenitansicht unter verschiedenen Neigungswinkeln (±8 aufgrund der Seitenansicht) und die horizontale Ansicht ist für LP 110 bis 112°(B)ähnlich wie beim Plant Canopy Analyzer (modifiziert durch Restriktoren) fixiert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Aufgrund der höheren Empfindlichkeit des LAI-Sensors, seines eingeschränkten Sichtfeldes, des eingebauten digitalen Neigungsmessers und der automatischen Protokollierung der Messwerte an der richtigen Position, die durch den Ton ohne Knopfdruck angezeigt wird, eignet sich das neue Instrument auch für Messungen oberhalb des Blätterdachs in engen Tälern oder sogar auf breiteren Forststraßen, um eine Vielzahl von Himmelsbedingungen zu messen. Darüber hinaus ermöglicht es die Quantifizierung reifer Bestandsdächer über der relativ hohen Regeneration und erreicht eine höhere Genauigkeit der Bestrahlungswerte als der Plant Canopy Analyzer. Darüber hinaus entspricht der Preis von LP 110 etwa 1/4 des Plant Canopy Analyzers. Umgekehrt ist die Nutzung von LP 110 in dichten (d.h. LAIe auf Bestandsebene über 7,88)²³ oder sehr niedrigen Vordächern als Grünland begrenzt.

Der LP 110 kann in zwei Betriebsmodi arbeiten: (i) einem einzigen Sensormodus, der sowohl Unterdachungs- als auch Referenzwerte (über dem untersuchten Baldachin oder auf einer ausreichend weit verbreiteten Lichtung in der Nähe der analysierten Vegetation) vor, nach oder während Messungen unter dem Baldachin mit demselben Instrument durchführt, und (ii) einem Dual-Sensor-Modus, der das erste Instrument für die Messung von Messungen unter dem Baldachin verwendet. während die zweite für die automatische Protokollierung von Referenzmesswerten innerhalb eines regelmäßigen vordefinierten Zeitintervalls (von 10 bis 600 s) verwendet wird. Der LP 110 kann mit einem kompatiblen GPS-Gerät (siehe Materialtabelle)kombiniert werden, um die Koordinaten jedes Messpunktes unter dem Baldachin für beide oben genannten Modi aufzuzeichnen.

Der effektive Blattflächenindex (LAIe)^{24 beinhaltet} den Klumpindexeffekt und kann aus Messungen der Sonnenstrahleinstrahlung abgeleitet werden, die über und unter dem untersuchten Vegetationsdach²⁵durchgeführt wurden. Für die folgende LAIe-Berechnung muss daher die Transmission (t) aus der Bestrahlung berechnet werden, die sowohl unterhalb des Blätterdachs (I) als auch oberhalb der Vegetation (I_o) von der LP 110-Vorrichtung gemessen wird.

t = I / I₀ (1)

Da die Bestrahlungsintensität exponentiell abnimmt, wenn sie durch ein Vegetationsdach fließt, kann LAIe nach dem beer-Lambert-Extinktionsgesetz berechnet werden, das durch Monsi und Saeki modifiziert wurde^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Dabei ist k der Extinktionskoeffizient. Der Extinktionskoeffizient spiegelt die Form, Ausrichtung und Position jedes Elements im Vegetationsdach mit der bekannten Neigung des Blätterdachelements und der Blickrichtung^{9,12 wider.} Der k-Koeffizient (siehe Gleichung 2) hängt von der Absorption der Bestrahlungsstärke durch das Laub ab und unterscheidet sich zwischen den Pflanzenarten aufgrund der morphologischen Parameter der Baumkronenelemente, ihrer räumlichen Anordnung und der optischen Eigenschaften. Da der Extinktionskoeffizient in der Regel um 0,5^9,27schwankt, kann Gleichung 2 vereinfacht werden, wie von Lang et al.²⁸ in etwas anderer Weise für heterogene und homogene Vordächer dargestellt:

In einem heterogenen Baldachin

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

oder

In einem homogenen Baldachin

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

Dabei ist t: der Transmissionsgrad an jedem Messpunkt unterhalb des Baldachins und T: der durchschnittliche Transmissionsgrad aller t-Werte pro gemessenem Transekt oder Ständer.

In Waldbeständen muss LAIe aufgrund eines Verklumpungseffekts des Assimilationsapparates innerhalb der Triebe²⁹,^30,31^,32,33,34weiter korrigiert^werden, um den tatsächlichen LAI-Wert zu erhalten.

Das Protokoll widmet sich der praktischen Nutzung des optischen Geräts LP 110 zur Schätzung von LAIe in einem ausgewählten Beispiel mitteleuropäischer Nadelwaldbestände (siehe Tabelle 2 und Tabelle 3 für die Standort-, Struktur- und dendrometrischen Eigenschaften). Die LAIe-Schätzung in einem Vegetationsschild mit diesem Gerät basiert auf einer weit verbreiteten optischen Methode, die sich auf die Transmission von photosynthetisch aktiver Strahlung und den Canopy-Gap-Anteil bezieht. Das Papier zielt darauf ab, ein umfassendes Protokoll für die Durchführung der LAIe-Schätzung mit dem neuen optischen Gerät LP 110 bereitzustellen.