Оценка индекса листа, используя три различных метода в чистых лиственных стендах

LAI, определяется как половина от общей площади поверхности листа на единицу горизонтальной площади поверхности земли¹, является ключевой переменной, используемой во многих био-геофизических и химических моделей обмена сосредоточены на углеродных и водных потоках^{2,3, 4}. LAI прямо пропорциональна активной поверхности листьев, где она управляет первичным производством (фотосинтез), транспирацией, обменом энергией и другими физиологическими атрибутами, связанными с рядом экосистемных процессов на заводе общины⁵.

Разработаны многочисленные подходы и инструменты для выполнения оценкиLAI, и в настоящее время они доступны на рынке 6,^7,8,9. Наземные методы для выполнения оценки LAI могут быть сгруппированы в две основные категории: i) прямые и (ii) косвенные методы^10,11,12. Первая группа включает в себя методы измерения области листьев непосредственно, в то время как косвенные методы вывод LAI из измерений более легко измеримых параметров, используя теорию радиационного перевода (с точки зрения времени, трудоемкости и технологии)^{13 ,14}.

Этот протокол касается практического использования подстилков ловушек и техники иглы, как неразрушающие полупрямые методы^10; и оптическое устройство завода навес анализатор в качестве косвенного метода^6,7 для выполнения оценки LAI на выбранном образце из умеренной лиственных лесных стендов в Центральной Европе (см. его структурные и дендрометрические характеристики в Приложение А и приложение B).

В лиственных лесах и сельскохозяйственных культурах можно выполнять неразрушительную полупрямую оценку LAI с помощью мусорных ловушек^11, распределенных под слоем навеса^15. Помет ловушки обеспечивают точные значения LAI для лиственных видов, в которых LAI достигает плато в течение вегетационного периода. Однако, для видов, которые могут заменить листья во время вегетационного периода, такие как тополь, метод переоценивает LAI¹¹. Этот метод предполагает, что содержание ловушек представляет собой среднее количество листьев, которые падают во время лист-падение период на стенде¹⁶, особенно в осенние месяцы. Ловушки открываются коробки или сетки(рисунок 1) с предопределенным достаточным размером (минимум 0,18 м², но предпочтительно более 0,25 м²)^10,17, боковые стороны предотвращения ветра от дует листья в / из ловушки, и с перфорированным дном, избегая разложения листьев; которые расположены под слоем навеса изученного стенда, однако, над поверхностью земли¹¹. Распределение ловушек может быть случайным¹⁸ или систематическим в трансектах¹⁹ или регулярной сетки интервала^20. Количество и распределение ловушек являются важнейшим методологическим шагом для выполнения точной оценки LAI, отражающей уникальную структуру стенда, пространственную однородность, ожидаемую скорость и направление ветра, особенно в случае разреженных стендов (или переулков и садов), а также работоспособность для оценки данных. Точность оценки LAI увеличивается с ростом частоты ловушек в изученных стендах^11,21 (см. рисунок2).

Рекомендуемая частота сбора образцов мусора-падения из каждой ловушки составляет не менее¹⁰ и даже два раза в неделю в периоды сильного падения, что может совпадать с обильными осадками. Необходимо предотвратить разложение помета в ловушках и выщелачивание питательных веществ из материала во время дождевых эпизодов в случае химического анализа. После сбора листьев в поле, смешанный подобразий используется для оценки конкретной области листьев (SLA, см² г^-1)²², определяется как свежий прогнозируемой области листьев к его сухой массы соотношение веса. Остальная часть собранного помета высушивается до постоянного веса и используется для расчета сухой массы помета в виде г см^-2 в лаборатории. Лист сухой массы на каждой дате сбора преобразуется в области листьев путем умножения собранной биомассы SLA или лист сухой массы на площади (LMA, г см^-2) в качестве обратного параметра SLA^23,24. Свежий прогнозируемой области конкретных листьев может быть определен с помощью планиметрического подхода. Планиметрический метод основан на зависимости между областью конкретного листа и областью, покрытой листом в горизонтальной поверхности. Лист горизонтально крепится к экрану сканирования, а его среднее измерение измеряется с помощью счетчика области листа. Затем рассчитывается его площадь. Многие измерительные площади листьев, основанные на различных принципах измерения, доступны на рынке. Некоторые из них включают, например, LI-3000C Портативный лист площадь метр, который использует метод ортогоналовой проекции, и LI-3100C площадь метр, который измеряет лист среднем с помощью флуоресцентного источника света и полу-проведенной камеры сканирования. Следующее устройство, CI-202 портативный лазерный лист области метр, коды длина листа с помощью кода читателя. Кроме того, AM350 и BSLM101 Портативный лист площадь метров также широко используются для выполнения точной оценки области листьев.

Кроме того, существуют счетчики площади листа на основе систем, которые анализируют видео. Эти измобующие площади листа состоят из видеокамеры, рамки цифровизации, экрана и ПК, включая подходящее программное обеспечение для анализа данных, такие как WD3 WinDIAS Leaf Image Analysis System¹¹. В настоящее время обычные сканеры, подключенные к ПК, могут быть использованы для оценки области листа. После этого область листа рассчитывается как кратное количество черных пикселей, и ее размер зависит от выбранного разрешения (точки на дюйм – dpi), или область листа измеряется с помощью конкретного программного обеспечения, например, WinFOLIA. Наконец, общая сухая масса листьев, собранных в пределах известной площади поверхности земли, преобразуется в LAI путем умножения на SLA и коэффициент усадки^25, который отражает изменения в области свежих и сушеных листьев. Сжатие зависит от видов деревьев, содержания воды и мягкости листьев. Усадка листьев в длину и ширину (что влияет на прогнозируемую площадь), как правило, до 10%²⁶, например, она колеблется от 2,6 до 6,8% для дуба²⁷. Сортировка листьев по видам для взвешивания и установления конкретного соотношения площади листьев необходимо определить вклад каждого вида в общий LAI²⁸.

LAI определение по технике иглы является недорогим методом, полученным из метода наклонной точки квадрата^29,30,31,32. В лиственных стендах, это альтернатива для выполнения оценки LAI без использования ловушек¹⁰ на основе предположения, что общее количество листьев и их площадь в дереве равны тому, что собирается на поверхности почвы после полного листа-падения²⁰ . Тонкая острая игла прокалывается вертикально в помет, лежащий на земле сразу после листа-падения^10. После полного листа-падения листья собираются из земли на иглу вертикального зонда, связаны с контактным номером и равны фактическому значению LAI. Интенсивный отбор проб (100-300 точек отбора проб на изученный стенд на полевой зонд) по методу иглы требуется для количественной оценки среднего контактного номера и правильного получения значения LAI^10,20,33.

Tehанализатор растительного навеса(например, LAI-2000 или LAI-2200 PCA) является широко используемым портативным инструментом для выполнения косвенной оценки LAI, принимая измерения передачи света по всему навесу⁷в отфильтрованную синюю часть светового спектра (320-490 нм)^34,35чтобы свести к минимуму вклад света, который прошел через листья, был рассеян навесом и проходит через листву^7,34. В синей части светового спектра достигается максимальный контраст между листом и небом, и листва кажется черной на фоне неба³⁴. Таким образом, он основан на анализе фракции разрыва навеса⁷. Инструмент широко используется для проведения эко-физиологических исследований в растительных сообществах, таких как сельскохозяйственные культуры³⁶Луга³⁷, хвойные стенды⁸, и лиственные стенды³⁸. Анализатор навеса завода использует оптический датчик рыбьего глаза с FOV 148³⁵проецировать полусферическое изображение навеса на кремниевые детекторы, чтобы расположить их в пять концентрических колец³⁹с центральными углами зенита 7 “, 23”, 38 “, 53” и 68 “^9,40,41. Пять колпачков для просмотра (т.е.,270 “, 180”, 90 “, 45” и 10 “) могут быть использованы для ограничения азимута зрения оптического датчика²⁷чтобы избежать затенения препятствиями на открытой местности (для вышеупомянутого чтения) или оператор в FOV датчика во время оценки LAI может настроить датчик FOV на открытую область для показаний выше навеса. Измерения с использованием анализатора растительного навеса проводятся выше (или на достаточно расширенной открытой местности) и ниже изученного навеса⁷. Одни и те же колпачки представлений должны использоваться как для выше, так и ниже показаний, чтобы избежать предубеждений по оценке фракции разрыва³⁴. LAI-2000 PCA производит эффективный индекс области листьев (LAIe), как введено Чэнь и др.⁴², или, скорее, эффективный индекс площади завода (PAIe), так как древесные элементы включены в значение считывания датчика. В лиственных стендов с плоскими листьями, LAIe такой же, как геми-поверхность LAI. В случае вечнозеленых лесных стендов, LAIe необходимо исправить для слипания эффект на уровне побега (SPAR, STAR)⁴³, индекс слипания в масштабах больше, чем стрелять (яп._E)⁴⁴, и вклад древесных элементов, включая стебли и ветви (т.е.,коэффициент древесного к общей площади),⁴⁵которые вызывают систематическое недооценку LAI²⁰. Индекс слипания на более высокой пространственной шкале, чем побег или лист, может быть количественно оценен как очевидный индекс слипания (ACF), который может быть оценен с помощью анализатора растительного навеса при использовании более ограничительных колпачков представления²⁷. Как утверждают эти авторы, что это ACF выводится из соотношения значений LAI рассчитывается из передачи различными процедурами для однородных и неоднородных навесов в соответствии с Ланг⁴⁶, мы предполагаем, что этот индекс слипания описывает скорее однородность навеса. Помимо расчета ACF, новые крышки диффузора, которые позволяют более широкое применение LAI-2200 PCA в отношении погодных условий, меню пользователя вместо кодов Fct, и возможность принять гораздо больше измерений за файл сессии являются одними из основных технологические усовершенствования по сравнению с бывшим ИПХ ЛАИ-2000^34,47. Измерения и последующие внутренние расчеты программного обеспечения основаны на четырех предположениях: (1) свет блокирующие растительные элементы, включая листья, ветви и стебли, случайным образом распределены в навесе, (2) листва является оптически черным телом, которое поглощает все свет он получает, (3) все элементы завода являются той же проекцией на горизонтальную поверхность земли, как простая геометрическая выпуклая форма, (4) элементы растений малы по сравнению с областью, покрытой каждым кольцом¹¹.