Навесы являются локусами многочисленных биологических, физических, химических и экологических процессов. Большинство из них поражены конструкциями навеса^1. Поэтому точная, быстрая, неразрушающая и надежная количественная оценка полога растительности in situ имеет решающее значение для широкого круга исследований, связанных с гидрологией, круговоротом углерода и питательных веществ и глобальным изменением климата^2,3. Поскольку листья или хвоя представляют собой активный интерфейс между атмосферой и растительностью^4,одной из важнейших структурных характеристик полога является индекс площади листьев (LAI)^5,определяемый как половина общей площади поверхности зеленого листа на единицу горизонтальной площади поверхности земли или проекции кроны для особей, выраженный в^м2 на^{м2 как} безразмерная переменная^{6, 7}.

Различные инструменты и методологические подходы к оценке земного ЛАИ и их плюсов и минусов в разнообразных экосистемах уже были представлены^{8,9,10,11,12,13,14,15.} Существует две основные категории методов оценки LAI: прямые и косвенные (более подробную информацию см. в комплексных обзорах^{8,9,10, 11,12).} В основном используемые в лесных насаждениях, наземные оценки LAI обычно получаются с использованием косвенных оптических методов из-за отсутствия прямого определения LAI, но они обычно представляют собой трудоемкий, трудоемкий и разрушительный метод^9,10,12,16. Кроме того, косвенные оптические методы получают LAI из более легкого измерения связанных параметров (с точки зрения его трудоемкого и трудоемкого характера)^17,таких как соотношение между падающим облучением выше и ниже навеса и количественной оценкой зазоров навеса^14. Очевидно, что анализаторы растительного навеса также широко использовались для проверки спутниковых извлечений^LAI18; поэтому он считается стандартом для сравнения LP 110 (см. Таблицу материалов для получения более подробной информации об используемых инструментах).

LP 110, как обновленная версия первоначально самодельного простого прибора ALAI-02D^19, а затем LP 100^20,был разработан в качестве близкого конкурента для анализаторов растительного навеса. Как представитель косвенных оптических методов, устройство является ручным, легким, с батарейным питанием, без необходимости кабельного соединения между датчиком и регистратором данных, которое использует цифровой инклинометр вместо пузырькового уровня и обеспечивает более быстрое и точное позиционирование и считывание значений. Кроме того, устройство было разработано для того, чтобы отмечать немедленные показания. Таким образом, оценка времени, необходимая для сбора данных в полевых условиях, короче для LP 110, чем для анализатора навеса растений, примерно на 1/3. После экспорта считываний на компьютер данные становятся доступными для последующей обработки. Прибор регистрирует излучение в пределах длин волн синего света (т.е. 380-490 нм)^21,22 с использованием датчика LAI для выполнения расчета LAI. Датчик LAI замаскирован непрозрачной колпачкой ограничения с полями зрения 16° (ось Z) и 112° (ось X)(рисунок 1). Таким образом, коэффициент пропускания света может быть отмечен с помощью устройства, удерживаемого либо перпендикулярно поверхности земли (т.е. зенитный угол 0°), либо под пятью различными углами 0°, 16°, 32°, 48° и 64°, чтобы иметь возможность также выводить наклон элементов навеса.

Рисунок 1:Физические характеристики LP 110. Клавиша MENU позволяет пользователю перемещаться вверх и вниз по всему дисплею, а кнопка SET служит клавишей Enter (A). Зенитный вид под различными углами наклона (±8 из-за вида сбоку) и горизонтальный вид фиксируется для LP от 110 до 112°(B)аналогично анализатору навеса растений (модифицированному ограничителями). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Благодаря более высокой чувствительности датчика LAI, его ограниченному полю зрения, встроенному цифровому инклинометру, автоматическому регистрации значений показаний в правильном положении, обозначенном звуком без нажатия кнопки, новый прибор также подходит для показаний над навесом в узких долинах или даже на более широких лесных дорогах для измерения широкого диапазона условий неба. Кроме того, он позволяет количественно оценивать зрелые навесы выше относительно высокой регенерации и достигает более высокой точности значений излучения, чем анализатор растительного навеса. Более того, цена LP 110 равна примерно 1/4 plant Canopy Analyzer. Напротив, использование LP 110 в плотных (т.е. LAIe на уровне стенда выше 7,88)²³ или очень низких навесах в качестве лугопастбищных угодий ограничено.

LP 110 может работать в двух режимах работы: (i) режим с одним датчиком, принимающий как показания ниже навеса, так и эталонные показания (над исследуемым навесом или в достаточно широко распространенной поляне, расположенной в непосредственной близости от анализируемой растительности), выполняемый до, после или во время измерений ниже навеса, выполненных с помощью одного и того же прибора, и (ii) режим двойного датчика с использованием первого прибора для снятия показаний ниже навеса, в то время как второй используется для автоматического регистрации контрольных показаний в пределах регулярного заданного интервала времени (от 10 до 600 с). LP 110 может быть сопоставлен с совместимым GPS-устройством (см. Таблицу материалов)для записи координат каждой точки измерения ниже навеса для обоих режимов, упомянутых выше.

Эффективный индекс площади листьев (LAIe)²⁴ включает в себя эффект индекса слипания и может быть получен из измерений излучения солнечного пучка, взятых выше и ниже исследуемого растительного полога^25. Таким образом, для следующего расчета LAIe коэффициент пропускания (t) должен рассчитываться на основе облучения, передаваемого как под навесом (I), так и падающего над растительностью(I_o),измеренного устройством LP 110.

t = I / I₀ (1)

Поскольку интенсивность облучения экспоненциально уменьшается по мере его прохождения через растительный полог, LAIe может быть рассчитан в соответствии с законом вымирания Бира-Ламберта, модифицированным Монси и Саэки^9,26

LAIe = – ln (I / I₀) x k^-1 (2),

Где, k — коэффициент вымирания. Коэффициент вымирания отражает форму, ориентацию и положение каждого элемента в растительном пологе с известным наклоном элемента полога и направлением обзора^9,12. Коэффициент k (см. уравнение 2) зависит от поглощения излучения листвой и различается у разных видов растений исходя из морфологических параметров элементов полога, их пространственного расположения и оптических свойств. Поскольку коэффициент вымирания обычно колеблется в районе^{0,5 9,27,}уравнение 2 может быть упрощено, как представлено Lang et al.²⁸ несколько иным образом для гетерогенных и однородных навесов:

В гетерогенном навесе

LAIe = 2 x | лн т| (3),

или

В однородном навесе

LAIe = 2 x |лн Т| (4),

Где, t: – коэффициент пропускания в каждой точке измерения ниже навеса, а T: – средний коэффициент пропускания всех значений t на измеренный трансект или стенд.

В лесных насаждениях LAIe должен быть дополнительно скорректирован из-за эффекта слипания ассимиляционного аппарата в побегах^{29,30,31,32,33,34} для получения фактического значения LAI.

Протокол посвящен практическому использованию оптического устройства LP 110 для оценки LAIe в избранном примере среднеевропейских хвойных лесных насаждений (см. Таблицу 2 и Таблицу 3 для участка, структурных и дендрометрических характеристик). Оценка LAIe в растительном пологе с помощью этого прибора основана на широко используемом оптическом методе, связанном с коэффициентом пропускания фотосинтетически активного излучения и фракцией зазора навеса. Целью статьи является предоставление комплексного протокола для выполнения оценки LAIe с использованием нового оптического устройства LP 110.