Summary
陆地生态系统中快速精确的叶面积指数（LAI）估计对于广泛的生态研究和校准遥感产品至关重要。这里介绍的是使用新型 LP 110 光学器件进行地面 原位 LAI 测量的协议。
Abstract
叶面积指数（LAI）是描述生态系统中叶面数量的重要冠层变量。该参数是植物绿色成分与大气之间的界面，许多生理过程在那里发生，主要是光合摄取，呼吸和蒸腾。LAI 也是许多涉及碳、水和能量循环的模型的输入参数。此外，地面 原位 测量可作为从遥感产品获得的LAI的校准方法。因此，直接的间接光学方法对于进行精确和快速的LAI估计是必要的。方案讨论了新开发的LP 110光学器件的方法学方法、优点、争议和未来前景，该方法基于通过植被冠层和冠层间隙传输的辐射之间的关系。此外，该仪器还与世界标准LAI-2200植物冠层分析仪进行了比较。LP 110 能够更快速、更直接地处理在现场采集的数据，并且比植物冠层分析仪更实惠。新仪器的特点是，由于其更高的传感器灵敏度，内置的数字测斜仪以及在正确位置自动记录读数，因此易于用于顶篷上方和下方的读数。因此，手持式 LP 110 设备是一款适合根据代表性结果在林业、生态学、园艺和农业中执行 LAI 估算的小工具。此外，同一设备还使用户能够精确测量入射光合主动辐射（PAR）强度。
Introduction
树冠是许多生物，物理，化学和生态过程的位点。它们中的大多数受树冠结构的影响1.因此，准确、快速、无损、可靠的原位植被冠层定量对于涉及水文学、碳和养分循环以及全球气候变化的广泛研究至关重要2、3。由于叶子或针代表大气和植被之间的活动界面4，因此关键冠层结构特征之一是叶面积指数（LAI）5，定义为个体每单位水平地面表面积或冠突起的绿叶总表面积的一半，以m2/m2表示为无量纲变量6， 7.
已经提出了各种仪器和方法论方法来估计陆地LAI及其在不同生态系统中的优缺点 8，9 ，10，11，12，13，14，15.LAI估计方法主要分为两类：直接和间接（详见综合综述8、9、10、11、12）。由于缺乏直接的LAI测定，地面LAI估计值主要用于林分，由于缺乏直接的LAI测定，通常使用间接光学方法获得，但它们通常代表一种耗时，劳动密集型和破坏性的方法9，10，12，16。此外，间接光学方法从更容易测量相关参数（从其耗时和劳动密集型性质的角度来看）17推导出LAI，例如冠层上方和下方的入射照射与冠层间隙的量化之间的比率14。显然，植物冠层分析仪也已被广泛用于验证卫星LAI检索18;因此，它被认为是LP 110比较的标准（有关所用仪器的更多详细信息，请参阅材料表）。
LP 110最初是自制的简单仪器ALAI-02D19和后来的LP 10020的更新版本，是作为植物冠层分析仪的激烈竞争对手而开发的。作为间接光学方法的代表，该设备是手持式，轻巧，电池供电，无需在传感器和数据记录器之间进行任何电缆连接，该记录器使用数字倾角计而不是气泡液位，并且可以更快，更准确地定位和值读取。此外，该设备设计用于记录即时读数。因此，LP 110 在现场收集数据所需的时间估计比植物冠层分析仪短约 1/3。将读出导出到计算机后，数据可用于后续处理。该器件使用LAI传感器记录蓝光波长（即380-490nm）21、22内的辐照度，以进行LAI计算。LAI传感器被一个不透明的限制帽遮挡，具有16°（Z轴）和112°（X轴）视场（图1）。因此，使用垂直于地面（即天顶角0°）或0°，16°，32°，48°和64°五个不同角度的装置可以注意到透光率，以便能够推断出树冠元素的倾角。
图1：LP 110的物理特性。MENU 键允许用户在整个显示屏上下移动，SET 按钮用作 Enter 键 （A）。在LP 110至112°（B）下，不同倾角下的天顶视图（由于侧视图而±8）和水平视图是固定的，类似于植物冠层分析仪（由限制器修改）。请点击此处查看此图的放大版本。
由于LAI传感器的灵敏度更高，视野受限，内置数字倾角计，无需按下按钮即可在声音指示的正确位置自动记录读数值，因此新仪器也适用于狭窄山谷甚至更宽阔的森林道路上的树冠上方读数，以测量各种天空条件。除此之外，它还可以在相对较高的再生率之上对成熟的林冠进行定量，并且比植物冠层分析仪具有更高的辐照度值精度。此外，LP 110的价格相当于植物冠层分析仪的1/4左右。相反，LP 110在密集（即LAIe在林分水平超过7.88）或 非常低的树冠作为草原上的利用是有限的。
LP 110可以在两种操作模式下工作：（i）单个传感器模式，在使用同一仪器进行冠层以下测量之前，之后或期间执行冠下和参考读数（在所研究的冠层上方或位于分析植被附近的足够广泛的空地上），以及（ii）使用第一台仪器进行冠层以下读数的双传感器模式， 而第二个用于在常规的预定义时间间隔（从10到600 s）内自动记录参考读数。LP 110可以与兼容的GPS设备（参见 材料表）匹配，以记录上述两种模式的每个树冠下测量点的坐标。
有效叶面积指数（LAIe）24 结合了聚集指数效应，可以从所研究的植被冠层25上方和下方的太阳光束辐照度测量值推导出来。因此，对于以下LAIe计算，透射率（t）必须根据LP 110设备测量的在冠层（I）下方透射和植被（Io）上方的照射来计算。
t = I / I0 （1）
由于照射强度在穿过植被冠层时呈指数级下降，因此可以根据Monsi和Saeki9，26修改的Beer-Lambert灭绝定律计算LAIe
LAIe = - ln （I / I0） x k-1 （2），
其中，k是消光系数。消光系数反映了每个元素在植被冠层中的形状、方向和位置，已知冠层元素的倾角和视图方向为9，12。k系数（见等式2）取决于叶子对辐照度的吸收，并且根据冠层元素的形态参数，其空间排列和光学性质，它因植物物种而异。由于消光系数通常在0.5 9，27左右波动，方程2可以简化为Lang等人对异质和均匀冠层的略微不同的方式：
在异质树冠中
LAIe = 2 x | 
ln t|(3),
或
在均匀的树冠中
LAIe = 2 x |ln T|(4),
其中，t： 是每个冠层下测量点的透射率，T： 是每个测量的横断面或台面的所有 t 值的平均透射率。
在林分中，由于芽29、30、31、32、33、34内同化装置的聚集效应，必须进一步校正LAIe才能得到实际的LAI值。
该协议致力于LP 110光学器件的实际应用，用于在选定的中欧针叶林林林分实例中估算LAIe（有关场地，结构和树状测量特征，请参见 表2 和 表3）。 使用该装置对植被冠层中的LAIe估计是基于与光合活性辐射的透射率和冠层间隙分数相关的广泛使用的光学方法。本文旨在为使用新型LP 110光学器件执行LAI估计提供全面的协议。
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Protocol
注：在开始进行计划的现场测量之前，请为 LP 110 设备的电池充满电。通过连接的电缆连接仪器（USB 连接器，参见 图 1）和计算机。电池状态显示在设备显示屏的左上角。
1. 测量前校准
注：对于 LP 110，在开始每个现场测量活动之前，请对 LAI 传感器和内置测斜仪进行暗校准。
- LAI 传感器的暗校准
- 按住 Set 键至少 1 秒，打开仪器。
注意：" 设置 "按钮用作 Enter 键。 - 选择 设置 （ 菜单 键允许上下移动），然后按 设置>Lai Cal.，按 设置 键，然后检查LAI校准常数是否固定为1（即C = 1.0）;如果没有，请重复按 Set 键将常量调整为 1.0 并返回主菜单（按 菜单|返回|设置）。
注：使用单传感器模式进行LAI测量时（参见第2节），建议所有测量值恒定为1.0。 - 选择 "设置"， 然后按 "设置|莱零|设置.例如，使用不透明的布或手掌完全覆盖LAI传感器，以避免在整个校准过程中受到光干扰。然后，按 Set 键以保持显示屏上显示的零值。
- 重复按 Menu 键，直到选择 Return 以返回到主菜单，然后按 Set 键。
- 按住 Set 键至少 1 秒，打开仪器。
- 测斜仪校准
注：每个 LP 110 设备都配备了内置电子倾角仪，以确保读数的正确倾角。内部倾角计必须使用水位进行（重新）校准。- 垂直校准
- 如果设备已关闭，请按住 Set 键至少 1 秒以打开仪器。
- 选择 "设置"， 然后按 "设置|垂直|设置为 激活电子测斜仪。
- 垂直握住设备，并将水位与仪器一起放在其侧面。
- 根据水位气泡向左或向右平衡设备，以实现X轴的零或接近零值。如果没有，请按 Set 键调整读数，直到读取 X 轴的读数为零。
- 沿设备背面放置水位以完成垂直校准。
- 再次向左或向右倾斜设备，然后检查设备显示屏是否为 X 轴读数为零。
- 按住 X 轴的零角度位置，并根据水位气泡同时向前或向后倾斜设备（Z 轴），确保将 X 轴角度值保持在零或接近零。
- 检查 Z 轴读数是等于零还是接近零。如果没有，请按住 Set 键并重新校准设备，以便为 X 轴和 Z 轴设置零读数。
- 重复按Menu 键，直到选择 Return 以返回到主菜单，然后按Set键。
- 水平校准
- 选择 "设置"， 然后按 "设置"|水平校准|设置为 触发电子测斜仪。
- 水平握住设备。然后，将水位沿设备的背面放置。
- 根据水位气泡将设备水平调平。仪器分别沿 X 轴和 Y 轴向左或向右倾斜，向上或向下倾斜。
- 根据两个水位气泡达到正确的传感器位置后，检查以确保Y轴的读数为零或接近零。如果没有，请按 Set 键重新校准仪器的水平位置。
- 重复按Menu 键，直到选择 Return 以返回到主菜单，然后按Set键。
- 垂直校准
2. 用于 LAIe 估计的单传感器模式
- 如果设备已关闭，请按 Set 键至少 1 秒以打开仪器。
-
在开始每个现场测量活动之前，根据步骤 1.1 和 1.2校准仪器。
注：如果已执行校准，请跳至步骤 2.3。 - 然后，设置当前日期和时间（通过重复按菜单键在主菜单中找到 "设置"。 然后，按 设置|时间;再次按 "设置 "按钮）并返回主菜单（选择" 返回 "并按住 "设置" 键）。
注：对于确切的时间设置，请将时间与相关软件中显示的计算机相匹配（通过连接的电缆将LP 110设备连接到计算机。打开软件，按 设置|设备 ID |设备.选择并按 联机控制|时间.然后，勾选 与计算机时间同步 选项并按 编辑）。 - 使用 "设置"将仪器设置为单角度测量模式。按 集|角度|设置|单（ 使用 菜单 键确认）并返回主菜单（选择 返回 并按住 设置 键）。
- 如果需要估计叶角倾角，请设置多角度测量模式。 设置|角度|Multi（ 按 "菜单" 按钮）并返回主菜单（选择" 返回 "并按住 "设置" 键）。
- 如果需要有关测量位置的记录，请打开相关的GPS设备（请参阅以下部分以获取详细说明和 材料表）;如果没有，请跳到步骤 2.6。
- 检查以确保设备的时间与计算机匹配。
注意：必须正确设置时间以反映所研究位置的时区。 - 打开 GPS 设备，稍等片刻，直到找到当前位置。检查 GPS 设备显示屏上的位置。
注：精度取决于所研究植被的冠层密度。 - 进行所有现场测量时，请携带 LP 110 和 GPS 设备。
- 进行所有现场测量后，将两台设备连接到计算机，根据LP 110手册和用户指南，操作说明第35节下载并在相关软件（参见材料表）中处理数据。
- 检查以确保设备的时间与计算机匹配。
- 在开阔区域或被测植被上方进行参考测量（即，树冠上方读数）。在阳光明媚的天气里，防止光线直接进入视野限制杯（见图1）。
注：对于单传感器测量模式，在标准阴天、日出前或日落后的恒定光照条件下，同时获取顶篷上方和下方的读数（图2），以避免获得不正确的辐照度值。
图 2：使用 LP 110 进行 LAIe 测量的最佳天气条件。 使用LP 110时的最佳天气条件是没有直接太阳辐射的均匀阴天（A），或者在日出前或日落后（B）使用。 请点击此处查看此图的放大版本。
- 在主菜单中选择 测量 （按 设置 键），然后选择 Lai Ref。按下 Set 键后，将激活参考测量模式。
注：当前辐照度值显示在显示屏上。该值尚未存储在设备的内部存储器中（此时触发测量模式）。 - 随后，再次按 Set 键开始搜索正确的 LAI 传感器位置（即天顶角 0°），并激活内置测斜仪和声音指示器。
注：同时，LAI传感器的当前位置同时显示在X轴和Z轴的显示屏上。 - 之后，将设备垂直于地面，并确保LAI传感器朝向天顶。
注：声音指示器在接近正确的天顶角时音量增加。 - 检查显示屏，将仪器向左和向右倾斜，向前和向后倾斜。一旦 X 轴和 Z 轴定义的天顶角达到零或小于 5（哔哔声停止），参考值就会立即自动获取和存储。
注意：考虑到必须在非常窄的范围内（即mm）达到正确的位置，此步骤可能会令人厌倦。
- 进行参考测量后，按 Menu 键返回测量 菜单 。然后，开始测量树冠下方的透射辐照度水平。
- 定义用于获取树冠下方读数的位置，并开始使用设备的LAI传感器进行透光率值测量。
注：Černý等人36 和Fleck等人37详细提到了不同冠层结构中LAIe场测量的模式。 - 在测量菜单中选择 Lai。 按 Set 键激活在顶篷下方进行透射辐照度测量的模式。
注：当前辐照度值显示在显示屏上。该值尚未存储在设备的内部存储器中（此时触发测量模式）。 - 再次按 Set 键可记录树冠下方的读数。内置测斜仪和声音指示器被触发以获得正确的LAI传感器位置（即天顶角0°）。
注：同时，LAI传感器的当前位置同时显示在X轴和Z轴的显示屏上。 - 随后，将设备垂直于地面，并确保LAI传感器指向天顶。
注：声音指示器在接近正确的天顶角时音量增加。 - 检查显示屏，将仪器向左和向右倾斜，向前和向后倾斜。一旦 X 轴和 Z 轴定义的天顶角达到零或小于 5（哔哔声停止），所有顶篷下方的读数都会被自动获取并立即存储。
注意：考虑到必须在非常窄的范围内（mm）达到正确的位置，此步骤可能会令人厌倦。
- 定义用于获取树冠下方读数的位置，并开始使用设备的LAI传感器进行透光率值测量。
- 按照步骤2.7.3-2.7.5，继续进一步测量植被冠层下方的透射辐照度。
注意：在树冠下测量之间也可以随时获取参考读数。例如，在完成每个样带后，按 "菜单" 按钮，选择 Lai Ref（ 按住 Set 键），然后按照步骤 2.6.2-2.6.4 继续。 - 在完成树冠以下的测量（按 菜单 按钮，选择 Lai Ref 并按住 Set 键）后，立即测量开放区域的辐照度以获得最后一个参考值，然后按照步骤2.6.2。到 2.6.4。
- 重复按 Menu 键，直到选择" 返回 "以返回到主菜单，然后按 "设置 "按钮。
- 每次测量后，数据都存储在设备的内部存储器中。按住 "菜单" 按钮至少 1 秒，即可安全关闭设备，而不会擦除任何数据。
- 将仪器连接到计算机;下载并处理数据。现场测量和 LAIe 计算的示例在第 4 节中介绍。
3. 用于估计 LAIe 的双传感器模式
- 通过按住 Set 键至少 1 秒来打开两台仪器。
注：Instrument_1和Instrument_2分别指定用于上方（参考）和下方的树冠读数。在双传感器测量模式下，一个设备（Instrument_1）安装在空旷区域（或顶篷上方气候桅杆的顶部）的三脚架上，而第二个设备（Instrument_2）用于在树冠下方测量透射辐照度。Instrument_1在预定义的时间间隔内（从 10 秒到 600 秒）自动记录参考信号。这种方法收集了大量的参考数据，从而提高了计算单个树冠下测量的参考值时的准确性。 - 设置两种乐器的当前日期和时间（通过反复按"菜单"按钮在主菜单中找到 "设置"。 然后，按 设置|时间|设置.返回主菜单（选择 返回 并按住 Set 键）。
注：对于确切的时间设置，请将时间与相关软件中显示的计算机相匹配（通过连接的电缆将设备连接到计算机。打开软件，然后按 "设置|设备 ID |设备.接下来，选择并按 联机控制|时间.勾选 与计算机时间同步 选项，然后按 编辑）。 - 之后，将两台仪器都设置为单角度测量模式。选择 "设置"（ 按住 "设置" 键 ）|角度|设置|单 （使用 菜单 键确认）。返回主菜单（选择 返回 并按住 Set 键）。
- 如果需要估计所研究植被冠层内的叶角倾角，请将Instrument_2（冠层下方读数）设置为多角度测量模式。选择"设置"（按"设置"键）|角度（按设置按钮）。接下来，选择"多"（使用"菜单"键确认），然后返回主菜单（选择"返回"并按住"设置"键）。
- 如果需要有关树冠下测量位置的记录，请打开相关的GPS设备（请参阅以下部分以获取详细说明和 材料表）;如果没有，请跳到步骤 3.5。
- 确保设备上显示的用于获取树冠下方读数（Instrument_2）的时间与计算机匹配。
注意：必须正确设置时间以反映所研究位置的时区。 - 打开 GPS 设备并等待片刻，直到找到当前位置。检查 GPS 设备上显示的位置。
注：精度取决于所研究植被的冠层密度。 - 携带用于获取树冠下读数（Instrument_2）的 LP 110 和进行所有现场测量时的 GPS 设备。
- 进行所有现场测量后，将两个设备（Instrument_2和 GPS 设备）连接到计算机。根据LP 110手册和用户指南，操作说明第35节下载并处理相关软件中的数据（参见材料表）。
- 确保设备上显示的用于获取树冠下方读数（Instrument_2）的时间与计算机匹配。
- 在开始每个现场测量活动之前，根据第1.1和1.2节校准两台仪器。
注：如果已执行校准，请跳至步骤 3.5.1。- 校准 LAI 传感器和内置测斜仪后，相互校准两个 LP 110 设备（Instrument_1和Instrument_2）。
- 对于这两种设备，请在主菜单中选择 设置 （按 设置 键），然后选择 Lai校准 （按 设置 按钮）。接下来，将两个设备保持在垂直位置的水平平面上，并通过重复按Instrument_1上的 Set 键（参考读数）来调整常量值（在显示屏上标记为 C），以获得与Instrument_2设备上的屏幕上描述的相同值。然后，按 "菜单" 按钮并返回主菜单（选择 "返回" 并按住 "设置" 键）。
- 校准 LAI 传感器和内置测斜仪后，相互校准两个 LP 110 设备（Instrument_1和Instrument_2）。
- 在阳光明媚的天气里，在拍摄所有树冠上方的读数时，防止阳光直射进入视野限制杯（见图1）。
注：对于双传感器测量模式，在标准阴天、日出前或日落后等恒定光照条件下，获取顶篷上方和下方的读数（图2），以避免获得不正确的辐照度值。 - 将Instrument_1垂直连接到放置在开放区域或所研究的顶篷上方（例如，在气候桅杆的顶部）的三脚架上。
注：此设备将连续记录参考值（即顶篷上方读数）。- 首先，在主菜单中选择 "设置"（ 按 "设置" 键），然后选择" 自动间隔"（ 再次按 "设置" 键）。接下来，重复按 Set 键，然后按住 "菜单" 按钮以选择自动记录参考值所需的间隔（从 10 到 600 秒）。
注：设置较短的时间间隔以自动记录参考读数，以便在光线条件快速变化时提高测量精度。 - 按 菜单 键，选择 返回，然后按住 设置 按钮返回主菜单。
- 随后，重复按 "菜单" 按钮（按住 Set 键）以选择主菜单中的" 测量 "。然后，选择 "自动 Lai 参考"（ 按 Set 键）以开始搜索正确的 LAI 传感器位置（即，天顶角 0°）。
注：当前辐照度值显示在显示屏上。该值尚未存储在设备的内部存储器中（此时触发测量模式）。 - 检查显示屏，将仪器向左和向右倾斜，向前和向后倾斜。达到由 X 轴和 Z 轴定义的天顶角，其值为零或小于 5（即 X 轴和 Z 轴均低于值 5），将设备牢固地固定在上面提到的所需位置，然后按 Set 键。
注意：在此步骤中，参考值（即顶篷上方读数）将自动记录并存储在预定义的时间间隔内（每个读数都伴随着哔哔声）。避免偏离Instrument_1的设定位置;否则，参考测量将中断。考虑到必须在非常窄的范围内（mm）达到正确的位置，这一步可能会令人厌倦。
- 首先，在主菜单中选择 "设置"（ 按 "设置" 键），然后选择" 自动间隔"（ 再次按 "设置" 键）。接下来，重复按 Set 键，然后按住 "菜单" 按钮以选择自动记录参考值所需的间隔（从 10 到 600 秒）。
- 之后，开始使用Instrument_2测量植被冠层下方的透射辐照度（树冠下方读数）。
注：在所有顶篷下方读数期间，保持LAI传感器视场（Instrument_2）的方向与参考读数的LAI传感器（Instrument_1）相同，例如，垂直于北方。- 定义顶篷下方读数的位置，并使用设备的LAI传感器开始透光率值测量。
注：Černý et al.36 和 Fleck et al.37全面描述了不同冠层结构中 LAIe 场测量的模式。 - 在主菜单中，选择 "测量 "（按 Set 键），然后选择 "Lai"。按 Set 键激活顶篷下方的传输辐照度测量模式。
注：当前辐照度值显示在显示屏上。该值尚未存储在器件的内部存储器中（此时仅触发测量模式）。 - 再次按 Set 键可获取顶篷下方的透射辐照度值，并触发内置的测斜仪和声音指示器，以找到正确的 LAI 传感器位置（即天顶角 0°）。
注：同时，LAI传感器的当前位置同时显示在X轴和Z轴上。 - 然后，保持设备垂直于地面，使LAI传感器指向天顶。
注：声音指示器通过接近正确的天顶角来增加其音调。 - 检查显示屏，将仪器向左和向右倾斜，向前和向后倾斜。一旦 X 轴和 Z 轴定义的天顶角达到零或小于 5（哔哔声停止），所有顶篷下方的读数都会被自动获取并立即存储。
注意：考虑到必须在非常窄的范围内（mm）达到正确的位置，此步骤可能会令人厌倦。
- 定义顶篷下方读数的位置，并使用设备的LAI传感器开始透光率值测量。
- 按照步骤3.8.3-3.8.5，继续进一步测量透射辐照度（即树冠以下读数）。
- 进行树冠下方测量（Instrument_2）后，重复按 "菜单" 按钮和 "菜单" 键，直到选择" 返回 "以返回到主菜单，然后按 "设置 "按钮。
注意：完成所有参考读数（Instrument_1）后，使用与Instrument_2相同的方式。 - 每次读取后，数据都会保存在仪器的存储器中。按住 "菜单" 按钮至少 1 秒，即可安全关闭设备，而不会擦除任何数据。
- 将仪器连接到计算机;下载并处理数据。现场测量和 LAIe 计算的示例在第 4 节中介绍。
4. 现场测量和LAIe计算示例
- 定义用于在树冠下进行测量的测量点。将测量布局安排在具有等距测量点的横断面（或常规网格）中，以捕获由不同大小的间隙引起的植被冠层的异质性。
注： 图3所示为适合于成行种植的植被的横断面布局，具有均匀的冠层。有关测量布局的更多详细信息，请关注 Černý et al.36 和 Fleck et al.37。
图3：横断面用于估计同质植被覆盖中LAIe的布局。 横断面 I-IV：横断面数;Χ：测量点，用于获取树冠下方读数。前十个位置被标记为（1Χ-10Χ）。横断面必须垂直于植物行的方向。 请点击此处查看此图的放大版本。
- 根据第 2 节或第 3 节，分别使用单传感器或双传感器模式进行顶篷上方和下方的测量。
- 完成所有现场测量后，从单传感器或双传感器模式下使用的 LP 110 设备将数据下载到计算机中，以估算 LAIe。
注：对于双传感器模式，请对两种仪器（即Instrument_1和Instrument_2）执行以下步骤。- 通过连接的电缆将仪器连接到计算机。
注：对于双传感器模式，请先连接用于进行参考测量（即顶篷上方读数）的设备。 - 打开相关软件（请参见材料表），然后按主栏中的设置键。然后，选择并按"设备 ID"。
注： 设备：莱鹏 出现在左下角。 - 按 "设备 "按钮，然后单击" 下载"。
注：该软件还使用户能够写下左下角显示的名为 "注释" 的工作表中的任何备注。该软件根据测量时间自动将顶篷上方的读数与每个顶篷下方（透射率）读数进行匹配。 - 按 文件 图标在主菜单中;选择并单击 导出。然后，勾选 ALAI 并按 OK 导出数据。
注：在导出的文件（txt.、xls.）中，顶篷上方和下方的读数（透射辐照度）分别标记为参考强度 和 透射率。
- 通过连接的电缆将仪器连接到计算机。
- 根据等式1计算横断面（或网格）内每个测量点的透射率（t）值：t = I / Io（在冠层下方的透射辐射除以植被上方的入射辐照度），结果为t1，t2,...,tn，其中n：是树冠以下测量点的数量。
- 计算所研究的植被冠层的平均透射率（T），例如，在第一个样带（T1）：T1 = （t1 + t2...+ tn）/n中，其中n：是第一个样带内冠层以下测量点的数量。
注意：如果在多个样板上进行测量，请以相同的方式处理所有样板（T2、T3和 T4）。 - 由于辐照强度在通过所研究的冠层时呈指数级下降，因此请根据修改后的Beer-Lambert消光定律计算LAIe（见等式2）。
- 首先，找到所研究的植被冠层的平均透射率值（T）的对数，例如，在第一个样带（T_I）中：T_I = - ln T1。
注意：如果在多个样板上进行测量，请以相同的方式处理所有横断面（即，T_II = - ln T2;T_III = - ln T3;T_IV = - ln T4）。- 计算所有单个横断面的平均透射率值（T）：T= [（- ln T_I） + （- ln T_II） + （- ln T_III） + （- ln T_IV）] / 4。
- 之后，根据等式2使用为每个植物物种指定的消光系数计算最终的LAIe值。
注：主要树种的消光系数列于布雷达9号。在林分中，由于芽29、30、31、32、33、34内同化装置的聚集效应，必须校正LAIe才能得到实际的LAI值。
- 首先，找到所研究的植被冠层的平均透射率值（T）的对数，例如，在第一个样带（T_I）中：T_I = - ln T1。
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Representative Results
从两种测试设备获得的空间结构在所有研究的地块中明显不同，即从上方变薄（A），从下方变薄（B）和对照，没有任何造林干预（C;参见表2了解更多详情）。在林分水平上，使用方差分析和Tukey检验在具有不同密度（A vs.B）的变薄地块之间确认了从LP 110和植物冠层分析仪获得的LAI值的相似差异。对于植物冠层分析仪，在没有造林干预的情况下，在没有造林干预的对照图中观察到的LAI值明显高于变薄的对照图（A，B）。然而，在对照图中，该值明显超过从LP 110获得的LAI。对于LP 110，LAI在C和B处理中没有显着差异。相反，C和A图之间的LAI值存在显著差异。一般而言，在所研究的林分中应用变薄处理后LAI显着降低。使用LP 110（LaiPen LP110）估计的LAI在图A中下降得更明显，而从分析仪获得的LAI值（LAI-2200 PCA）在图B中下降更多。然而，这些记录的差异很小（图4）。
图4：使用LP 110和植物冠层分析仪光学设备在挪威云杉杆上在不同造林处理下估计的LAI值。 为了估计LAI，在每个研究的支架中测量了81个树冠下的读数。答：从上面变薄;B：从下面变薄;C：控制图。这些点表示平均 LAI 值。晶须显示标准偏差。各种字母表明使用Tukey的Post-hoc测试的造林处理和不同光学仪器之间存在显着差异（p <0.05）。这个数字是从Černý等人修改而来的。 请点击此处查看此图的放大版本。
LAI值的空间变异性如图5所示，用于纯挪威云杉杆架中每次变薄处理。
图5：使用LP 110和植物冠层分析仪在云杉冠层下各个测量点的水平上估计LAI的空间异质性。答：从上面变薄;B：从下面变薄;C：控制图。上面的数字表示常规网格内测量点的横向边长和间距。这个数字是从Černý等人修改而来的。 请点击此处查看此图的放大版本。
LP 110在A和C图中分别低估了LAI 7.4%和10.6%。相反，该装置高估了从图B中的植物冠层分析仪获得的LAI林分值3.7%。如果计算所有LAI值的总平均值，而不考虑应用的变薄处理并随后进行比较（LP 110与植物冠层分析仪），LP 110设备将植物冠层分析仪获得的LAI低估了5.8%。随后，计算了两台仪器在常规网格内排列的各个点上方测量的特定LAI值的差异，这些偏差随后以百分比表示。在这种情况下，LP 110和植物冠层分析仪测量的LAI值差异很大（表1）。
| 造林处理 | 赖森林站 | LaiPen LP 110与LAI-2200 PCA在单个测量点水平上的相对差异（%） | |
| 莱盆 LP 110 （米2 米-2） | LAI-2200 聚碳酸酯 （米2 米-2） | ||
| 一个 | 7.05 ± 1.73 | 7.61 ± 2.29 | 1 ± 37 （-58; 156） |
| B | 7.76 ± 1.36 | 7.48 ± 1.75 | 8 ± 30 （-33; 183） |
| C | 8.35 ± 1.23 | 9.34 ± 2.51 | -5 ± 26 （-48; 115） |
表1：林分水平的平均LAI和LP 110和植物冠层分析仪在各个测量点水平上的LAI差异表示为百分比。 答：从上面变薄;B：从下面变薄;C：控制图。此表已从 Černý et al.20 修改而来。
对于使用LP 110和植物冠层分析仪在特定点水平测量的所有LAI数据，在两个所使用的设备之间执行线性回归。y = 0.8954x的线性回归（R2 = 0.94;RMSE = 2.11438）是针对两个被测仪器的所有LAI数据发现的（图6）。
图6：来自LP 110和植物冠层分析仪的LAI值之间的线性回归，在所研究的挪威云杉杆位的单个测量点水平上。这个数字是从Černý等人修改而来的。 请点击此处查看此图的放大版本。
| 地理坐标 | 北纬49°29'31" ， 东经16°43'30" |
| 高度 | 海拔610-625米 |
| 年平均空气温度 | 6.5 °摄氏度 |
| 年平均降水量 | 717 毫米 |
表2：研究地点的特征。 此表已从 Černý et al.20 修改而来。
| 情节 | 展台年龄（年） | 林分密度（树公顷-1） | 高度（m） | 胸径（厘米） | BA1.3 （米2·哈-1） | 生长种群 （m3·ha-1） |
| 一个 | 36 | 1.930 | 14.14 ± 3.73 | 14.84 ± 6.13 | 36.60 ± 0.25 | 250.02 ± 2.00 |
| B | 36 | 1.915 | 16.33 ± 2.37 | 15.81 ± 4.47 | 43.41 ± 0.17 | 290.07 ± 1.32 |
| C | 36 | 4.100 | 12.72 ± 2.68 | 10.97 ± 4.81 | 36.96 ± 0.19 | 287.12 ± 1.39 |
表3：2014年所研究的展台面积为25 m x 25 m的树突和结构特征。在每个研究的展台上，在标准阴天下，在规则网格（3 m x 3 m）内采集了81个树冠以下读数（有关更多详细信息，请遵循Černý等人20）。所有LAI测量均在7月和8月进行，当时LAI值最稳定为9，38。答：从上面变薄;B：从下面变薄;C：对照图;胸高：胸高处的茎直径;BA1.3：乳房高度的基部区域。对于林分水平的BA1.3，对研究林分中呈现的每棵树的基部面积进行汇总，计算公式为：BA1.3 = （∏ * DBH2）/4。此表已从 Černý et al.20 修改而来。
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Discussion
LP 110作为新推出的用于估计LAI（或进行PAR强度测量）的设备，与LAI-2200 PCA作为先前标准LAI-2000 PCA的改进版本，用于通过间接方法估计LAI，它们之间有什么区别？除了与LP 110相比，植物冠层分析仪的价格高出约四倍之外，还可以比较输出参数的数量，测量条件，方法学方法以及针对不同树冠估计LAI的可能性，结果的准确性等。
在比较硬件时，LP 110似乎更加人性化。LP 110 是一款更轻的设备，不需要在传感器和数据记录器之间建立任何电缆连接。两个传感器（即用于LAI和PAR测量;见 图1）都集成在设备主体内，允许操作员在整个研究的生态系统中轻松移动（例如，在灌木丛或茂密的森林中）。为了确保读数值的准确性，正确的传感器位置和值存储至关重要。如果传感器靠近或远离目标位置，则此位置（在天顶或预设角度）通过变化的声音频率来识别。即使在最强烈的声音下（音量可以校正），LP 110也会自动保存读数值。相反，为植物冠层分析仪找到正确的传感器位置必须使用手持摇杆上的手动气泡水平来完成。操作员必须按下按钮以同时保存读数值，同时检查气泡液位。但是，按下按钮时，正确的传感器位置通常会丢失，从而导致读数值的精度降低。由于目视检查气泡水平对于获取LP 110读数不是必需的，因此还可以将仪器握在延长杆上，使用户能够测量自然或人工再生，高草本或灌木层的树冠上方。在这种情况下，只需根据不断变化的声音频率即可找到正确的传感器位置。
LP 110 和植物冠层分析仪在 LAI 传感器结构方面存在差异，特别是在传感器灵敏度和传感器视场 （FOV） 方面。如果植物冠层分析仪的LAI传感器暴露在露天，则在高空气湿度条件下会起雾，这通常发生在清晨的开放区域。相反，LP 110的LAI传感器是无雾的，因为它位于限制器视图杯内（图1）。虽然LP 110的LAI传感器的限制器是可拆卸的，但它具有固定的视场;但是，植物冠层分析仪的LAI传感器的FOV可以在方位角和天顶方向上使用不同的限制器（不透明视图帽）和在数据后处理期间分别使用掩蔽程序进行修改。尽管LP 110的LAI传感器（图1）的视场相对较窄，与植物冠层分析仪相比无法操纵，但该传感器的灵敏度高出约十倍。这种更高的LAI传感器灵敏度使用户能够在低辐照度条件下使用LP 110进行测量，还可以在极窄的开阔地块上（例如，在狭窄的森林道路或线路上）上获取冠层上方（参考）读数。此外，上述与树冠以下读数的比率更高，从而提高了测量透射率的精度，从而提高了LAIe估计。另一方面，由于LP 110的LAI传感器的FOV较窄，因此有必要增加每个横断面的冠层下读数的数量。
LP 110 和植物冠层分析仪之间有一些相似之处，例如，在测量条件和修改 LAI 传感器天顶角视图（LP 110 的方向为 0°、16°、32°、48° 和 64°;对于植物冠层分析仪为 7°、23°、38°、53°和 68°）以量化树冠元素的倾角。与植物冠层分析仪类似，LP 110可降低光反射率的影响，并测量由于特定的传感器波长特性而使部分光被树叶吸收的真实光。其他基于光学的仪器，如SunScan，AccuPAR，TRAC39或DEMON 9，40（有关更多详细信息，请参阅材料表）在相对较宽的光间隔下测量，而不管光反射率如何。在双传感器模式下，LP 110和Plant Canopy Analyzer可以使用通常放置在开放区域的一个传感器进行自动测量，以分别在10-360 s和5-3，600 s的时间间隔内获取顶篷上方（参考）读数，并且可以将GPS位置添加到单个测量中。对于这两种仪器，都无法测量LAIe：i）在雨天期间和之后立即测量，因为潮湿的树冠元素（包括茎）增强了树冠下方的光反射率和透射率值;因此，在这种情况下，实际的LAIe被低估了;ii）在风力条件下，当冠层元件移动时，即使传感器位置稳定，透射率值也会有很大变化，iii）在光线条件快速变化的不稳定天气条件下。最后一个条件对于 LP 110 来说并不是那么受限制，因为传感器的视场很窄。此外，还需要考虑障碍物的距离。但是，合适的传感器方向可以减少问题。对于这两种设备，同样可以在晴天（主要接近日出或日落）估计LAIe。除了正午阳光直射可以通过限流器盖槽进入LAI传感器外，全天进行LAIe测量是可行的;即使LAI传感器垂直朝向太阳（与LP 110相关）或操作员的背部（与植物冠层分析仪相关）。但是，必须应用Leblanc和Chen41提出的一些更正程序。如果上述树冠读数在短时间内（约1-2分钟）变化超过±20%，则由于预期的极高LAI估计误差，继续进行LAIE测量是无用的。在双传感器模式下，通过精确同步估计顶篷上方和下方的读数，可以避免这个问题，该模式采用两个具有相同精确时间设置和校准的单元。使用 LP 110 估算 LAIe 的下一个关键步骤是为树冠上方的读数选择合适的开放区域，特别是对于单传感器模式（树冠上方和下方读数之间的最大时间滞后，即林站和开阔地块，必须为 15-20 分钟），其中开放区域的大小必须符合传感器视场。除此之外，LP 110与植物冠层分析仪类似，不适合准确估计太密集（即LAIe在林分水平超过7.88）23，非常低的树冠草原，或透射率低于1%。
所有获得的入射光和透光率值均使用特定软件进行后处理，提供许多输出参数，特别是使用植物冠层分析仪。相反，用于处理从LP 110获得的数据的软件需要改进，使其更加自动化和用户友好，例如与植物冠层分析仪相关的软件。此外，建议生产商修改LP 110的限制杯，以改变或调整传感器视场。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。本文使用了Černý， J.， Krejza， J.， Pokorný， R.， Bednář， P. LaiPen LP 100-一种与etalon相比估计森林生态系统叶面积指数的新方法：方法案例研究。的代表性结果。 森林科学学报.64 （11）， 455-468 （2018）.DOI：10.17221/112/2018-JFS，基于《森林科学杂志》编辑委员会的善意许可。
Acknowledgments
作者感谢《森林科学杂志》编辑委员会鼓励和授权我们使用该协议中发表的文章中的代表性结果。
该研究得到了捷克共和国农业部的财政支持，机构支持MZE-RO0118，国家农业研究局（项目编号：QK21020307）和欧盟的地平线2020研究和创新计划（赠款协议第952314号）。
作者还衷心感谢三位匿名审稿人的建设性批评，这些批评改进了手稿。此外，感谢Dusan Bartos，Alena Hvezdova和Tomas Petr帮助进行现场测量，并感谢Photon Systems Instruments Ltd.公司的合作和提供设备照片。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AccuPAR | METER Group, Inc., Pullman, WA, USA | AccuPaR LP-80 | https://www.metergroup.com/environment/products/accupar-lp-80-leaf-area-index/ |
| DEMON | CSIRO, Canberra, Australia | DEMON | |
| File Viewer | LI-COR Biosciences Inc., NE, USA | FV2200C Software | https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/software.html |
| FluorPen | Photon System Instruments Ltd. (PSI), Czech Republic | FluorPen 1.1.2.3 Sofware | https://handheld.psi.cz/products/laipen/#download |
| Hand-held GPS device | Garmin Ltd., Czech Republic | Garmin eTrex 32x Europe46 | https://www.garmin.cz/garmin-etrex-32x-europe46/80117 |
| Hand-held device for leaf area index estimation(LP 110) | Photon System Instruments Ltd. (PSI) Czech Republic | LaiPen LP 110 | https://handheld.psi.cz/products/laipen/#info |
| Plant Canopy Analyser | LI-COR Biosciences Inc., NE, USA | LAI-2000 PCA | LAI-2200 PCA or LAI-2200C as improved versions of LAI-2000 PCA can be used, see: https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/ |
| Statistical software | Systat Software Inc., CA, USA | SigmaPlot 13.0 | https://systatsoftware.com/products/sigmaplot/sigmaplot-version-13/?gclid=Cj0KCQjwzYGGBhCTARIs AHdMTQzgfb42vv0mWmcbVcflNO UvrLl802Lrhkfh23Qie2mIZfw4O8kp 7p0aAsoiEALw_wcB |
| Statistical software | StatSoft Inc., OK, USA | STATISTICA 10.0 | For LAI visualization, wafer-plots in STATISTICA 10.0 were employed. |
| SunScan | Delta-T Devices, Ltd., Cambridge, UK | SS1 SunScan | https://www.delta-t.co.uk/product/sunscan |
| TRAC | 3rd Wave Engineering, Ontarion Canada | Tracing Radiation and Architecture of Canopies | http://faculty.geog.utoronto.ca/Chen/Chen's%20homepage/res_trac.htm |
| Tripod | Any | NA | Tripod with standard nut |
| Water level | Any | NA |
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