تقدير مؤشر منطقة الورق باستخدام ثلاث طرق متميزة في مواقف نفضي نقية

LAI، التي تعرف بأنها نصف المساحة السطحية للأوراقالإجمالية لكل وحدة من المساحة السطحية الأرضية الأفقية 1، هو متغير رئيسي يستخدم في العديد من نماذج التبادل البيولوجي الجيوفيزيائي والكيميائي التي تركز على تدفقات الكربون والمياه^{2،3، 4.}LAI يتناسب مباشرة مع السطح النشط للأوراق حيث يدفع الإنتاج الأولي (التمثيل الضوئي)، والتنفس، وتبادل الطاقة، وغيرها من السمات الفسيولوجية المرتبطة بمجموعة من عمليات النظام الإيكولوجي في النبات 5.

وقد تم تطوير العديد من النهج والأدوات لأداء تقدير LAI،وهي متاحة حاليا في السوق 6،^7،8،9. ويمكن تجميع الأساليب الأرضية لأداء تقدير الـ LAI في فئتين رئيسيتين: ‘1’ الطرق المباشرة، و’2′ الأساليب غير المباشرة^10و11و12. وتشمل المجموعة الأولى أساليب قياس مساحة الأوراق مباشرة، في حين أن الأساليب غير المباشرة تستنتج LAI من قياسات بارامترات أكثر سهولة القياس، باستخدام نظرية النقل الإشعاعي (من حيث الوقت، وكثافة اليد العاملة، والتكنولوجيا)^{13 ،14}.

يتناول هذا البروتوكول الاستخدام العملي لفخاخ القمامة وتقنية الإبرة، كأساليب شبه مباشرة غير مدمرة¹⁰؛ ومحلل مظلة مصنع الجهاز البصريكطريقة غير مباشرة 6،⁷ لأداء تقدير LAI على عينة مختارة من الغابات المتساقطة المعتدلة تقف في أوروبا الوسطى (انظر خصائصه الهيكلية وdendrometric في التذييل ألف والتذييل باء.

في الغابات والمحاصيل المتساقطة، فمن الممكن إجراء غير مدمرة شبه مباشرة LAI التقدير باستخدام الفخاخ القمامة¹¹ موزعة تحت طبقة المظلة¹⁵. توفر الفخاخ القمامة قيم LAI دقيقة للأنواع المتساقطة التي تصل LAI إلى هضبة في موسم النمو. ومع ذلك، بالنسبة للأنواع التي يمكن أن تحل محل الأوراق خلال موسم النمو، مثل الحور، فإن الطريقة تبالغ في تقدير LAI¹¹. تفترض هذه الطريقة أن محتوى الفخاخ يمثل متوسط كمية الأوراق التي تقع خلال فترة سقوط الأوراق في الجناح¹⁶، وخاصة خلال أشهر الخريف. يتم فتح الفخاخ صناديق أو شباك (الشكل 1) مع حجم كاف محدد مسبقا (الحد الأدنى 0.18 م²، ولكن يفضل أن يزيد على 0.25 م²)^10،17، الجانبين الجانبية منع الرياح من تهب يترك إلى / خارج الفخاخ ، ومع أسفل مثقب تجنب تحلل الأوراق ؛ التي تقع تحت طبقة المظلة من موقف درس، ومع ذلك، فوق سطح الأرض¹¹. توزيع الفخاخ يمكن أن يكون إما عشوائية¹⁸ أو منهجية في المقاطع¹⁹ أو شبكة تباعد العادية²⁰. عدد وتوزيع الفخاخ هي خطوة منهجية حاسمة لأداء تقدير LAI دقيقة تعكس هيكل موقف فريدة من نوعها، والتجانس المكاني، وسرعة الرياح المتوقعة والاتجاه، وخاصة في حالة المدرجات المتناثرة (أو الأزقة و البساتين)، والقدرة على العمل لتقييم البيانات. تزداد دقة تقدير LAI مع ارتفاع وتيرة الفخاخ داخل المدرجات المدروسة¹¹و21 (انظر الشكل2).

والتردد الموصى به لجمع عينات من سقوط القمامة من كل مصيدة هو على الأقل¹⁰ مرات شهرية بل مرتين في الأسبوع في فترات السقوط الشديد، التي قد تتزامن مع هطول أمطار غزيرة. من الضروري منع تحلل القمامة في الفخاخ ورشح المواد الغذائية من المواد أثناء نوبات المطر في حالة التحليل الكيميائي. بعد جمع الأوراق في حقل، يتم استخدام عينة فرعية مختلطة لتقدير منطقة ورقة محددة (جيش تحرير السودان، سم² ز^-1)22،تعرف بأنها المنطقة المتوقعة الطازجة من الأوراق إلى نسبة الوزن الإجمالي الجاف. يتم تجفيف بقية القمامة التي تم جمعها إلى وزن ثابت وتستخدم لحساب الكتلة الجافة من القمامة كما ز سم^-2 في المختبر. يتم تحويل كتلة ورقة جافة في كل تاريخ جمع إلى منطقة ورقة عن طريق ضرب الكتلة الحيوية التي تم جمعها من قبل جيش تحرير السودان أو كتلة ورقة جافة لكل منطقة (LMA، ز سم^-2)كمعلمة عكسية لاتفاقية لا شلا^23،24. ويمكن تحديد منطقة جديدة متوقعة من أوراق معينة باستخدام نهج قياسي. وتستند طريقة القياس المسطح إلى التبعية بين منطقة ورقة معينة والمنطقة التي تغطيها الورقة في السطح الأفقي. يتم إصلاح الورقة أفقياً على شاشة المسح الضوئي، ويتم قياس متوسطها باستخدام مقياس مساحة الورقة. ثم يتم حساب مساحتها. العديد من العدادات ورقة المنطقة على أساس مبادئ قياس مختلفة متاحة في السوق. وتشمل بعضها، على سبيل المثال، مقياس منطقة الورق المحمول LI-3000C، الذي يستخدم طريقة الإسقاط المتعامدة، ومقياس منطقة LI-3100C، الذي يقيس متوسط الأوراق باستخدام مصدر ضوء الفلورسنت وكاميرا مسح شبه أجريت. الجهاز التالي، CI-202 المحمولة الليزر ورقة منطقة متر، رموز طول ورقة باستخدام قارئ التعليمات البرمجية. وإلى جانبها، فإن عدادات منطقة الورق المحمولة AM350 وBSLM101 شائعة أيضاً لأداء تقدير دقيق لمنطقة الورق.

وعلاوة على ذلك، توجد عدادات مساحة الورق استناداً إلى الأنظمة التي تحلل الفيديو. تتكون هذه العدادات مساحة ورقة من كاميرا فيديو، وإطار الرقمنة، وشاشة، وجهاز كمبيوتر، بما في ذلك البرمجيات المناسبة لجعل تحليل البيانات مثل WD3 WinDIAS ورقة نظام تحليل الصور¹¹. حاليا، يمكن استخدام الماسحات الضوئية التقليدية المتصلة بجهاز كمبيوتر لمنطقة ورقة تقدير. بعد ذلك، يتم حساب منطقة الورق كمضاعفات عدد البيكسلات السوداء ويعتمد حجمها على الدقة المحددة (النقاط في البوصة – نقطة في البوصة)، أو يتم قياس منطقة الورقة من خلال برامج محددة، على سبيل المثال، WinFOLIA. وأخيرا، يتم تحويل الكتلة الجافة الإجمالية من الأوراق التي يتم جمعها داخل منطقة سطح الأرض المعروفة إلى LAI عن طريق ضرب من قبل جيش تحرير السودان ومعامل انكماش²⁵ الذي يعكس التغيرات في منطقة الأوراق الطازجة والمجففة. انكماش يعتمد على أنواع الأشجار، ومحتوى المياه وليونة ورقة. انكماش الأوراق في الطول والعرض (ما يؤثر على المنطقة المتوقعة) عادة ما يصل إلى 10٪²⁶، على سبيل المثال ، فإنه يتراوح بين 2.6 إلى 6.8٪ للبلوط²⁷. فرز الأوراق حسب الأنواع لوزن وتحديد نسبة محددة من مساحة الأوراق ضروري لتحديد مساهمة كل نوع في مجموع LAI^28.

تحديد LAI بواسطة تقنية إبرة هو وسيلة غير مكلفة مشتقة من طريقة رباعية نقطة مائلة^{29،30،31،32.} في المواقف المتساقطة، هو بديل لأداء تقدير LAI دون استخدام الفخاخ¹⁰ على أساس افتراض أن إجمالي عدد الأوراق ومساحتها في شجرة تساوي ما يتم جمعه على سطح التربة بعد سقوط ورقة كاملة²⁰ . يتم ثقب إبرة حادة رقيقة عموديا في القمامة ملقاة على الأرض مباشرة بعد ورقة سقوط¹⁰. بعد سقوط ورقة كاملة، يتم جمع الأوراق من الأرض على إبرة من مسبار عمودي، ترتبط رقم الاتصال وتساوي قيمة LAI الفعلية. أخذ عينات مكثفة (100-300 نقطة أخذ العينات لكل موقف درس لكل مسبار ميداني) مطلوب من قبل تقنية إبرة لتحديد رقم متوسط رقم الاتصال واستخلاص قيمة LAI بشكل صحيح^10،20،33.

تم المصنع المظلة محلل(على سبيل المثال، LAI-2000 أو LAI-2200 PCA) هو أداة محمولة شائعة الاستخدام لإجراء تقدير غير مباشر لـ LAI عن طريق إجراء قياس لانتقال الضوء في جميع أنحاء المظلة⁷داخل الجزء الأزرق المصفاة من الطيف الضوئي (320-490 نانومتر)^34,35للحد من مساهمة الضوء الذي مر عبر الأوراق، وتناثرت من قبل المظلة ويمر من خلال أوراق الشجر^7,34. في الجزء الأزرق من الطيف الضوئي، يتم تحقيق أقصى قدر من التباين بين الورقة والسماء، وتظهر أوراق الشجر سوداء ضد السماء³⁴. لذلك، فإنه يستند إلى تحليل كسر الفجوة المظلة⁷. وقد استخدمت هذه الأداة على نطاق واسع لإجراء الدراسات الإيكولوجية الفسيولوجية في المجتمعات النباتية مثل المحاصيل³⁶المراعي³⁷تقف الصنوبرية،⁸، وتقف نفضية³⁸. يستخدم محلل المظلة النباتية جهاز استشعار بصري للعين السمكية مع FOV من 148 درجة³⁵لعرض صورة نصف كروية للمظلة على أجهزة الكشف عن السيليكون لترتيبها في خمس حلقات متحدة المركز³⁹مع زوايا الذروة المركزية من 7 درجة، 23 درجة، 38 درجة، 53 درجة، و 68 درجة^9,40,41. خمس قبعات عرض (أي.,يمكن استخدام 270 درجة و180 درجة و90 درجة و45 درجة و10 درجات) لتقييد عرض السمت للمستشعر البصري²⁷لتجنب التدليل بواسطة العقبات في منطقة مفتوحة (للقراءة أعلاه المشار إليها) أو المشغل في FOV جهاز الاستشعار أثناء تقدير LAI يمكن ضبط جهاز استشعار FOV إلى منطقة مفتوحة للقراءات فوق المظلة. يتم أخذ القياسات باستخدام محلل مظلة النبات أعلاه (أو في منطقة مفتوحة ممتدة بما فيه الكفاية) وتحت المظلة المدروسة⁷. يجب استخدام نفس الأحرف القصوى لطريقة العرض لكل من القراءات أعلاه وأدناه لتجنب التحيزات في تقدير كسر الفجوة³⁴. وتنتج الـ LAI-2000 PCA مؤشر ًا فعالًا لمنطقة الأوراق (LAIe) كما أدخله Chen وآخرون.⁴²، أو بالأحرى مؤشر منطقة النبات الفعال (PAIe) كعناصر خشبية يتم تضمينها في قيمة قراءة جهاز الاستشعار. في تقف نفضي مع أوراق مسطحة، وLAIe هو نفس LAI هيمي السطح. في حالة تقف الغابات دائمة الخضرة، وLAIe ضروري لتصحيح تأثير تكتل على مستوى تبادل لاطلاق النار (SPAR، ستار)⁴³، ومؤشر التكتل في جداول أكبر من تبادل لاطلاق النار (Ω_ه)⁴⁴، ومساهمة العناصر الخشبية بما في ذلك ينبع وفروع (أي.,نسبة المساحة الخشبية إلى الإجمالية)،⁴⁵التي تسبب التقليل من شأن LAI منهجية²⁰. ويمكن قياس مؤشر التكتل على نطاق مكاني أعلى من تبادل لاطلاق النار أو ورقة كمؤشر تكتل واضح (ACF)، والتي يمكن تقديرها باستخدام محلل مظلة النبات عند استخدام قبعات عرض أكثر تقييدا²⁷. كما يذكر هؤلاء المؤلفون أن هذا ACF يستنتج من نسبة من قيم LAI محسوبة من الإرسال ية بإجراءات مختلفة للستائر متجانسة وغير متجانسة وفقا لانغ⁴⁶، ونحن نفترض أن هذا المؤشر تكتل يصف التجانس المظلة بدلا. إلى جانب حساب ACF، قبعات الناشر الجديدة التي تمكن من تطبيق أكثر شمولا من LAI-2200 PCA فيما يتعلق بالظروف الجوية، قائمة المستخدم بدلا من رموز Fct، وإمكانية اتخاذ العديد من القياسات أكثر لكل جلسة ملف هي من بين الرئيسية التحسينات التكنولوجية مقارنة مع PCA LAI-2000 السابقة^34,47. وتستند القياسات وحسابات البرامج الداخلية اللاحقة على أربعة افتراضات: (1) عناصر مصنع حجب الضوء بما في ذلك الأوراق والفروع وينبع، يتم توزيعها عشوائيا في المظلة، (2) أوراق الشجر هو الجسم الأسود البصري الذي يمتص جميع الضوء الذي يتلقاه، (3) جميع عناصر النبات هي نفس الإسقاط إلى سطح الأرض الأفقي كشكل محدب هندسي بسيط، (4) عناصر النبات صغيرة بالمقارنة مع المساحة التي يغطيها كل حلقة¹¹.