純粋な落葉スタンドにおける3つの異なる方法を用いてリーフエリア指数推定

LAIは、水平地表面積1の単位当たりの総葉面面積の半分として定義され、炭素および水流束2、3に焦点を当てた多くの生物地球物理学および化学的交流モデルで使用される重要な変数である。^4.LAIは、一次生産(光合成)、蒸散、エネルギー交換、および植物の生態系プロセスの範囲に関連するその他の生理学的属性を駆動する葉の活性表面に直接比例しています。コミュニティ⁵.

LAI推定を行うための多数のアプローチと機器が開発され、現在市場で6、7、8、9で利用可能です。LAI 推定を実行するための地上ベースの方法は、(i) 直接、および (ii) 間接メソッド^10、11、12の 2 つの主要なカテゴリに分類できます。最初のグループは葉面積を直接測定する方法を含み、間接的な方法は、放射伝達理論(時間、労働集約性、および技術の観点から)を使用して、より容易に測定可能なパラメータの測定からLAIを推論^{する13 、14}.

このプロトコルは、非破壊的な半直接^方法10として、ゴミトラップと針技術の実用化を扱います。中央ヨーロッパの温帯落葉林から選択したサンプルに対してLAI推定を行うための間接方法6、7としての光学デバイス植物キャノピーアナライザ(その構造および樹状特性を参照してください。付録Aと付録B)。

落葉樹林および作物において、キャノピー^層15の下に分布するゴミ^{トラップ11}を用いて非破壊半直接LAI推定を行うことができる。ごみトラップは、LAIが成長期内に高原に到達する落葉種の正確なLAI値を提供します。しかし、ポプラのような成長期に葉を置き換えることができる種については、この方法はLAI¹¹を過大評価する。この方法は、トラップの内容物が、特に秋の間に、^{スタンド16}の葉の落下期間中に落ちる葉の平均量を表すと仮定します。トラップは、所定の十分なサイズ(最小0.18m2、好ましくは0.25m²以上)10、17、風が葉を吹き飛ばすことを防ぐ、所定の十分なサイズで開いた箱またはネット(図1)である。トラップ、および葉の分解を避ける穴がたれた底を持つ。これは、研究されたスタンドの天蓋層の下に位置していますが、地上11の上にあります。トラップの分布は、トランセクト19または通常の間隔^{グリッド20}で^{ランダム18}または系統的のいずれかであり続けることができる。トラップの数と分布は、ユニークなスタンド構造、空間均質性、予想される風速と方向、特にまばらなスタンド(または路地と路地)を反映して正確なLAI推定を行うための重要な方法論的ステップです。果樹園)、およびデータを評価するための作業能力。LAI推定の精度は、研究範囲内のトラップの上昇頻度に伴って増加します^11,21 (図 2参照)。

各トラップからごみ落下のサンプルを収集する推奨頻度は、少なくとも^毎月10回、さらには大雨と一致する可能性のある激しい秋の期間に週に2回です。化学分析の場合、雨エピソード中にトラップ内のゴミの分解や材料からの栄養素の浸出を防ぐ必要があります。畑で葉を採取した後、混合サブサンプルは、特定の葉面積(SLA、cm² g-1)22を推定するために使用され、その乾燥質量重量比に葉の新鮮な投影面積として定義される。収集されたゴミの残りの部分は一定の重量に乾燥し、実験室でg cm^-2としてごみの乾燥質量を計算するために使用されます。各回収日の葉乾燥質量は、収集したバイオマスを領域当たりのSLAまたは葉乾燥質量(LMA、g cm-2)でSLA23,24に逆パラメータとして乗算して葉面積に変換する。特定の葉の新鮮な投影面積は、平面的アプローチを使用して決定することができます。平面法は、特定のリーフの面積と水平面のリーフで覆われた領域との間の依存関係に基づいています。リーフはスキャン画面に水平に固定され、その平均はリーフエリアメーターを使用して測定されます。次に、その面積が計算されます。異なった測定の原則に基づく多くの葉の区域メートルは市場で利用できる。その中には、直交投影法を用いたLI-3000Cポータブルリーフエリアメーターや、蛍光光源と半導式走査カメラを用いて葉の平均を測定するLI-3100Cエリアメーターなどがあります。次の装置、CI-202ポータブルレーザーリーフエリアメーターは、コードリーダーを使用して葉の長さをコードします。それに加えて、AM350およびBSLM101の携帯葉区域メートルはまた正確な葉区域の推定を行う場合に一般的に使用される。

さらに、映像を解析するシステムに基づくリーフエリアメーターが存在します。これらのリーフエリアメーターは、ビデオカメラ、デジタル化フレーム、画面、およびPCから構成され、WD3 WinDIASリーフ画像解析^{システム11}などのデータ解析を行うための適切なソフトウェアを含む。現在、PCに接続された従来のスキャナは、葉面積の推定に使用することができる。その後、リーフ領域は黒ピクセル数の倍数として計算され、そのサイズは選択した解像度(1インチあたりのドット – dpi)に依存するか、リーフ領域は特定のソフトウェア(例えばWinFOLIA)を通じて測定されます。最後に、既知の地表面積内で収集された葉の総乾燥質量は、SLAと収縮係^数25を乗算してLAIに変換され、新鮮な葉と乾燥した葉の領域の変化を反映します。収縮は、樹種、水分含有量、葉の柔らかさに依存します。長さと幅の葉の収縮(投影面積に影響するもの)は、通常、10%26までであり、例えば、^オーク27の場合は2.6から6.8%の範囲である。合計LAI²⁸に対する各種の寄与度を決定するためには、特定の葉面積比を計量し確立するための種別の葉の選別が必要である。

針技術によるLAI判定は、傾斜点四分円法29、30、31、32に由来する安価な方法である。落葉スタンドでは、完全な葉の落下20の後に土壌表面に集められたものと同じ総葉数とその面積が等しいという仮定に基づいて、トラップ10を使用せずにLAI推定を行うための代替手段です。 .薄い鋭い針は、葉が落^ちる10の直後に地面に横たわっているゴミに垂直に突き刺される。完全な葉の落下の後、葉は、垂直プローブの針に地面から収集され、接触番号に関連し、実際のLAI値と等しい。針技術による集中的なサンプリング(フィールドプローブあたり100〜300サンプリングポイント)は、平均接触数を定量化し、LAI値を正しく10、20、33導き出すために必要とされます。

植物キャノピーアナライザ(例えば、LAI-2000またはLAI-2200 PCA)は、天蓋全体の光透過の測定を取ることによって間接的なLAI推定を行うための一般的に使用されるポータブル機器です。⁷光スペクトルのフィルタリングされた青色部分内(320-490 nm)^34,35葉を通過した光の寄与を最小限に抑えるために、天蓋によって散乱され、葉を通り抜けている^7,34.光スペクトルの青い部分では、葉と空の最大コントラストが達成され、葉は空に対して黒く見えます³⁴.したがって、キャノピーギャップ分率分析に基づいています。⁷.この器具は、作物などの植物コミュニティにおける生態生理学的研究に広く使用されている。³⁶草原³⁷、コンフィラススタンド⁸、および落葉樹のスタンド³⁸.植物の天蓋の検光子は148°のFOVが付いている魚眼光学センサーを使用する³⁵キャノピーの半球画像をシリコン検出器に投影し、それらを5つの同心円状リングに配置する³⁹7°、23°、38°、53°および68°の中央天頂角で^9,40,41.5つのビューキャップ(すなわち。,270°、180°、90°、45°、10°)を使用して、光学センサーの方位角図を制限できます。²⁷オープンエリア(上記参照読み取り用)またはLAI推定中のセンサーのFOVのオペレータによるシェーディングを避けるために、FOVセンサーを上の天蓋の読み取りのために開いた領域に調整することができます。植物の天蓋の検光子を使用した測定は、研究された天蓋の上(または十分に拡張されたオープンエリア)と下で行われる⁷.ギャップ分率推定のバイアスを避けるために、上下の読み取り値の両方に同じビューキャップを使用する必要があります。³⁴.LAI-2000 PCAは、Chenらによって導入された効果的なリーフエリア指数(LAIe)を生成します。⁴²、またはむしろ木質要素として有効な植物面積指数(PAIe)がセンサ読み取り値に含まれる。平らな葉を持つ落葉の立場では、LAIeはヘミ表面LAIと同じである。常緑林の場合、LAIeは撮影レベルでの凝集効果を修正する必要があります(SPAR,STAR)⁴³、撮影よりも大きいスケールでの束指数(Ω_E)⁴⁴、茎や枝を含む木質要素の寄与(すなわち。,木質対総面積比)⁴⁵体系的なLAI過小評価を引き起こす²⁰.シュートまたはリーフよりも高い空間スケールの束指数は、見かけの集まり指数(ACF)として定量化することができ、より制限的なビューキャップを使用する場合に植物天蓋アナライザを使用して推定することができます。²⁷.これらの著者は、このACFは、Langによると均質で非均質な天蓋のための異なる手順によって透過率から計算されたLAI値の比率から推測されると述べています⁴⁶、この束指数は、むしろ天蓋均質性を記述していると推測する。ACFの計算に加えて、気象条件に関してLAI-2200 PCAのより広範な適用を可能にする新しいディフューザーキャップ、Fctコードの代わりにユーザーメニュー、およびファイルセッションごとにより多くの測定を行う可能性がメインの一つです以前のLAI-2000 PCAと比較される技術のアップグレード^34,47.測定およびその後の内部ソフトウェアの計算は、4つの仮定に基づいています:(1)葉、枝、茎を含む光遮断植物要素は、天蓋内にランダムに分布し、(2)葉は、すべての光学的に黒い体です。受け取る光、(3)すべての植物要素は、単純な幾何学的凸形状と同じ地表に対する投影であり、(4)植物要素は、各リングで覆われた面積に比べて小さい¹¹.