Summary
Uppskattning av snabbt och exakt bladområdesindex (LAI) i terrestra ekosystem är avgörande för ett brett spektrum av ekologiska studier och kalibrering av fjärranalysprodukter. Presenteras här är protokollet för användning av den nya OPTISKA LP 110-enheten för att ta markbaserade in situ LAI-mätningar.
Abstract
Leaf Area Index (LAI) är en viktig baldakinvariabel som beskriver mängden lövverk i ett ekosystem. Parametern fungerar som gränssnittet mellan gröna komponenter i växter och atmosfären, och många fysiologiska processer förekommer där, främst fotosyntetisk upptag, andning och transpiration. LAI är också en ingångsparameter för många modeller som involverar kol, vatten och energicykeln. Dessutom fungerar markbaserade in situ-mätningar som kalibreringsmetod för LAI som erhållits från fjärranalysprodukter. Därför är enkla indirekta optiska metoder nödvändiga för att göra exakta och snabba LAI-uppskattningar. Metodologiska tillvägagångssättet, fördelar, kontroverser och framtida perspektiv på den nyutvecklade LP 110 optiska enheten baserat på förhållandet mellan strålning som överförs genom vegetationens baldakin och baldakin luckor diskuterades i protokollet. Dessutom jämfördes instrumentet med världsstandarden LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. LP 110 möjliggör snabbare och enklare bearbetning av data som förvärvats inom området, och det är billigare än Plant Canopy Analyzer. Det nya instrumentet kännetecknas av dess användarvänlighet för både avläsningar ovan och under baldakin på grund av dess större sensorkänslighet, inbyggd digital inklinometer och automatisk loggning av avläsningar i rätt position. Därför är den handhållna LP 110-enheten en lämplig gadget för att utföra LAI-uppskattning inom skogsbruk, ekologi, trädgårdsodling och jordbruk baserat på de representativa resultaten. Dessutom gör samma enhet det möjligt för användaren att göra noggranna mätningar av infallande fotosyntetiskt aktiv strålning (PAR) intensitet.
Introduction
Canopies är lokus av många biologiska, fysiska, kemiska och ekologiska processer. De flesta av dem påverkas av baldakinstrukturer1. Därför är noggrann, snabb, icke-destruktiv och tillförlitlig in situ vegetation baldakin kvantifiering avgörande för ett brett spektrum av studier som involverar hydrologi, kol- och näringscykling och globala klimatförändringar2,3. Eftersom blad eller nålar utgör ett aktivt gränssnitt mellan atmosfären och vegetationen4, är en av de kritiska strukturella egenskaperna för baldakin bladområde (LAI)5, definierat som hälften av den totala gröna bladytan per enhet horisontell markyta eller kronprojektion för individer, uttryckt i m2 per m2 som en dimensionslös variabel6, 7.
Olika instrument och metodologiska metoder för uppskattning av terrestra LAI och deras för- och nackdelar i olika ekosystem har redan presenterats8,9,10,11,12,13,14,15. Det finns två huvudkategorier av LAI-uppskattningsmetoder: direkt och indirekt (se omfattande recensioner8,9,10,11,12 för mer information). Huvudsakligen används i skogsbestånd, markbaserade LAI-uppskattningar erhålls rutinmässigt med indirekta optiska metoder på grund av bristen på direkt LAI-bestämning, men de representerade vanligtvis en tidskrävande, arbetsintensiv och destruktiv metod9,10,12,16. Dessutom härleder indirekta optiska metoder LAI från lättare att mäta relaterade parametrar (med tanke på dess tidskrävande och arbetsintensiva natur)17, såsom förhållandet mellan infallande bestrålning ovanför och under baldakinen och kvantifieringen av baldakin luckor14. Det är uppenbart att Plant Canopy Analyzers också har använts i stor utsträckning för att validera satellit LAI-hämtningar18; Därför har det ansetts vara en standard för LP 110-jämförelse (se Materialförteckning för mer information om använda instrument).
LP 110, som en uppdaterad version av det ursprungligen självtillverkade enkla instrumentet ALAI-02D19 och senare LP 10020,utvecklades som en nära konkurrent för Plant Canopy Analyzers. Som representant för indirekta optiska metoder är enheten handhållen, lätt, batteridriven, utan behov av en kabelanslutning mellan sensorn och dataloggern som använder en digital inclinometer istället för en bubbelnivå och möjliggör snabbare och mer exakt positionering och värdeavläsning. Dessutom utformades enheten för att notera omedelbara avläsningar. Således är den tidsuppskattning som behövs för att samla in data i fältet kortare för LP 110 än Plant Canopy Analyzer med cirka 1/3. Efter export av avläsningar till en dator är data tillgängliga för efterföljande bearbetning. Enheten registrerar bestrålning inom de blå ljusvåglängderna (dvs. 380-490 nm)21,22 med hjälp av en LAI-sensor för att göra en LAI-beräkning. LAI-sensorn maskeras av ett ogenomskinligt begränsningslock med 16° (Z-axel) och 112° (X-axel) synfält (bild 1). Således kan ljusöverföring noteras med hjälp av anordningen som hålls antingen vinkelrätt mot markytan (dvs. zenitvinkel 0°), eller i fem olika vinklar på 0°, 16°, 32°, 48° och 64° för att också kunna härleda baldakinelementens lutning.
Bild 1: Fysiska egenskaper hos LP 110. Menu-tangenten gör det möjligt för användaren att växla upp och ner över hela skärmen, och SET-knappen fungerar som Enter-tangenten (A). Zenitvyn under olika lutningsvinklar (±8 på grund av sidovyn) och den horisontella vyn är fixerad för LP 110 till 112° (B) på samma sätt som Plant Canopy Analyzer (modifierad av begränsare). Klicka här för att se en större version av den här figuren.
På grund av LAI-sensorns högre känslighet, dess begränsade synfält, inbyggd digital inklinometer, automatisk loggning av läsvärden i rätt position som indikeras av ljud utan knapptryckning, är det nya instrumentet också lämpligt för avläsningar ovanför baldakin vid smala dalar eller till och med på bredare skogsvägar för att mäta ett brett spektrum av himmelsförhållanden. Dessutom möjliggör det kvantifiering av mogna stativtak över den relativt höga regenereringen, och det uppnår högre noggrannhet av strålningsvärden än Plant Canopy Analyzer. Dessutom motsvarar priset på LP 110 ungefär 1/4 av Plant Canopy Analyzer. Tvärtom är användningen av LP 110 i tät (dvs. LAIe på stativnivå över 7,88)23 eller mycket låga landtak som gräsmark begränsad.
LP 110 kan arbeta i två driftlägen: i) ett enda sensorläge med både undertak och referensavläsningar (ovanför den studerade baldakinen eller i en tillräckligt utbredd glänta belägen i närheten av den analyserade vegetationen) som utförs före, efter eller under mätningar under baldakin som gjorts med samma instrument och ii) ett dubbelt sensorläge med det första instrumentet för att göra avläsningar under baldakin, Den andra används för automatisk loggning av referensavläsningar inom ett regelbundet fördefinierat tidsintervall (från 10 upp till 600 s). LP 110 kan matchas med en kompatibel GPS-enhet (se Tabell över material)för att registrera varje under baldakin mätpunkts koordinater för båda de lägen som nämns ovan.
Det effektiva bladområdesindexet (LAIe)24 innehåller klumpindexeffekten och kan härledas från mätningar av solstrålestrålning som tagits ovanför och under den studerade vegetationstaket25. För följande LAIe-beräkning måste alltså transmittansen (t) beräknas med hjälp av bestrålning både överförd under baldakinen (I) och tillbud ovanför vegetationen (Io) mätt med LP 110-anordningen.
t = Jag / Jag0 (1)
Eftersom bestrålningsintensiteten minskar exponentiellt när den passerar genom en vegetationstak, kan LAIe beräknas enligt Beer-Lambert-utrotningslagen modifierad av Monsi och Saeki9,26
LAIe = - ln (I / I0) x k-1 (2),
Var, k är utrotningskoefficienten. Utdöendekoefficienten återspeglar varje elements form, orientering och position i vegetationstaket med den kända baldakinelementets lutning och vyriktning9,12. K-koefficienten (se ekvation 2) beror på absorptionen av strålning genom lövverk, och den skiljer sig mellan växtarter baserat på de morfologiska parametrarna för baldakinelement, deras rumsliga arrangemang och optiska egenskaper. Eftersom utrotningskoefficienten vanligtvis fluktuerar runt 0,59,27, kan ekvation 2 förenklas enligt Lang et al.28 på ett något annorlunda sätt för heterogena och homogena canopies:
I en heterogen baldakin
LAIe = 2 x | 
I det | (3),
eller
I en homogen baldakin
LAIe = 2 x |ln T| (4),
Där, t: är transmittans vid varje mätpunkt under baldakin, och T: är den genomsnittliga transmittansen för alla t-värden per uppmätt transect eller stativ.
I skogsbestånd måste LAIe korrigeras ytterligare på grund av en klumpande effekt av assimileringsapparaten inom skotten29,30,31,32,33,34 för att erhålla det faktiska LAI-värdet.
Protokollet ägnas åt det praktiska utnyttjandet av den optiska LP 110-enheten för uppskattning av LAIe i ett utvalt exempel på centraleuropeiska barrskogsbestånd (se tabell 2 och tabell 3 för platsen, strukturella och dendrometriska egenskaper). LAIe uppskattning i en vegetation baldakin med denna enhet är baserad på en allmänt använd optisk metod relaterad till transmittans av fotosyntetiskt aktiv strålning och baldakin gap fraktion. Dokumentet syftar till att tillhandahålla ett omfattande protokoll för att utföra LAIe-uppskattning med hjälp av den nya optiska LP 110-enheten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
OBS: Innan du börjar göra planerade fältmätningar, ladda batteriet på LP 110-enheten tillräckligt. Anslut instrumentet (USB-kontakt, se bild 1) och datorn via den anslutna kabeln. Batteristatus visas i det vänstra övre hörnet av enhetsdisplayen.
1. Kalibrering före mätning
OBS: För LP 110 ska du utföra en mörk kalibrering av LAI-sensorn och inbyggda inklinometerkalibreringar innan du påbörjar varje fältmätningskampanj.
- LAI-sensorns mörka kalibrering
- Slå på instrumentet genom att trycka och hålla i setknappen i minst 1 s.
Knappen Ange fungerar som Retur-tangenten. - Välj Inställningar (med menyknappen kan växla upp och ner) och tryck på Ställ in > Lai Cal., tryck på Set-tangenten och kontrollera sedan om LAI-kalibreringskonstanten är fastsatt på 1 (dvs. C = 1,0); Om inte, tryck på Set upprepade gånger för att justera konstanten till 1.0 och återgå till huvudmenyn (tryck på Meny | Återvänd | Ange).
OBS: Vid LAI-mätningar med hjälp av det enda sensorläget (se avsnitt 2) rekommenderas ett konstant värde på 1,0 för alla mätningar. - Välj Inställningar och tryck på Ange | Lai noll | Ställ in. Täck LAI-sensorn helt med hjälp av till exempel en ogenomskinlig trasa eller handflata för att undvika ljusstörningar under hela kalibreringsprocessen. Tryck sedan på Set för att behålla nollvärdet som visas på displayen.
- Tryck på Menytangenten flera gånger tills Retur är markerat för att återgå till huvudmenyn och tryck sedan på Tangenten Ange.
- Slå på instrumentet genom att trycka och hålla i setknappen i minst 1 s.
- Inklinometerkalibreringar
OBS: Varje LP 110-enhet är utrustad med en inbyggd elektronisk inclinometer för att säkerställa rätt lutningsvinkel för avläsningar. Den interna inclinometern måste (åter)kalibreras med hjälp av en vattennivå.- Vertikal kalibrering
- Om enheten är avstängd trycker du på och håller ned setknappen i minst 1 s för att slå på instrumentet.
- Välj Inställningar och tryck på Ange | Vertikal | Ställ in för att aktivera den elektroniska inclinometern.
- Håll enheten vertikalt och placera en vattennivå på dess sidosida tillsammans med instrumentet.
- Balansera enheten till vänster eller höger enligt vattennivåbubblan för att uppnå ett noll- eller nollvärde för X-axeln. Om inte, tryck på Set-tangenten för att justera avläsningarna tills noll för X-axeln har lästs.
- Placera vattennivån längs enhetens baksida för att slutföra den vertikala kalibreringen.
- Luta enheten igen till vänster eller höger och kontrollera om enhetsdisplayen läser noll för X-axeln.
- Håll nollvinkelläget för X-axeln och luta enheten samtidigt framåt eller bakåt (Z-axeln) enligt vattennivåbubblan och se till att hålla X-axelns vinkelvärde på noll eller nära noll.
- Kontrollera om Z-axelavläsningen är lika med noll eller närmar sig noll. Om inte, håll ned set-tangenten och kalibrera om enheten för att ställa in noll avläsningar för både X- och Z-axlar.
- Tryck på Menytangenten repetitivt tills Retur är markerat för att återgå till huvudmenyn och tryck sedan på Tangenten Ange.
- Horisontell kalibrering
- Välj Inställningar och tryck på Ange | Horisontella | Ställ in för att utlösa den elektroniska inklinometern.
- Håll enheten horisontellt. Placera sedan vattennivån längs enhetens baksida.
- Jämna ut enheten i horisontellt läge enligt vattennivåbubblorna. Luta instrumentet åt vänster eller höger och uppåt eller nedåt längs X- respektive Y-axlarna.
- Efter att ha uppnått rätt sensorposition enligt båda vattennivåbubblorna, kontrollera att avläsningen för Y-axeln är noll eller nära noll. Om inte, tryck på Set-tangenten för att kalibrera om instrumentets horisontella läge.
- Tryck på Menytangenten repetitivt tills Retur är markerat för att återgå till huvudmenyn och tryck sedan på Tangenten Ange.
- Vertikal kalibrering
2. Enkelt sensorläge för LAIe-uppskattning
- Om enheten är avstängd trycker du på Set-tangenten i minst 1 s för att slå på instrumentet.
-
Kalibrera instrumentet innan du påbörjar varje fältmätningskampanj enligt steg 1.1 och 1.2.
OBS: Om kalibrering redan har utförts, hoppa till steg 2.3. - Efteråt ställer du in aktuellt datum och tid (hitta Inställningar i huvudmenyn genom att trycka på menytangenten upprepade gånger. Tryck sedan på Ställ in | Tid; tryck på knappen Ange igen) och gå tillbaka till huvudmenyn (välj Retur och håll ned tangenten).
OBS: För en exakt tidsinställning, matcha tiden med datorn som visas i den relevanta programvaran (anslut LP 110-enheten till datorn via den anslutna kabeln. Öppna programvaran, tryck på installationsprogrammet | Enhets-ID | Enhet. Välj och tryck på Online Control | Dags. Markera sedan alternativet Synkronisera med datortid och tryck på Redigera). - Ställ in instrumentet i mätläget med en vinkel med inställningar. Tryck på Set | Vinklar | Ange | Enkel (bekräfta med hjälp av menytangenten) och gå tillbaka till huvudmenyn (välj Retur och håll ned tangenten).
- Om bladvinkellutningen behöver uppskattas ställer du in mätläget med flera vinklar. Inställningar | Vinklar | Multi (tryck på menyknappen) och gå tillbaka till huvudmenyn (välj Retur och håll ned tangenten).
- Om det behövs en förteckning över mätningarnas placeringar, slå på relevant GPS-enhet (se avsnitten nedan för detaljerade instruktioner och materialförteckningen); om inte, hoppa till steg 2.6.
- Kontrollera att enhetens tid matchar datorn.
Obs: Tiden måste ställas in korrekt för att återspegla tidszonen på den studerade platsen. - Slå på GPS-enheten och vänta en stund tills den aktuella positionen hittas. Kontrollera platsen på GPS-enhetens display.
OBS: Precisionen är beroende av densiteten hos den studerade vegetationens baldakin. - Bär både LP 110 och GPS-enheten när du gör alla fältmätningar.
- När du har gjort alla fältmätningar ansluter du båda enheterna till datorn, laddar ner och bearbetar data i relevant programvara (se Tabell över material)enligt LP 110 Manual and User Guide, Operation Instructions avsnitt35.
- Kontrollera att enhetens tid matchar datorn.
- Ta en referensmätning i ett öppet område eller ovanför den uppmätta vegetationen (dvs. en avläsning ovanför baldakin). Vid soligt väder förhindrar du att ljuset kommer in direkt i visningsbegränsningskoppen (se figur 1).
OBS: För mätläge för en sensor, ta både avläsningar ovan och under tak under konstanta ljusförhållanden under standard mulet, före soluppgång eller efter solnedgången(figur 2) för att undvika att få felaktiga strålningsvärden.
Bild 2: Optimala väderförhållanden för att göra LAIe-mätningar med LP 110. De optimala väderförhållandena vid användning av LP 110 är jämnt mulen himmel utan direkt solstrålning (A), eller använd antingen före soluppgång eller efter solnedgången (B). Klicka här för att se en större version av den här figuren.
- Välj Mätning i huvudmenyn (tryck på Set-tangenten) och välj sedan Lai Ref. När du har tryckt på Set-tangenten aktiveras referensmätningsläget.
OBS: Det aktuella bestrålningsvärdet visas på displayen. Det här värdet lagras ännu inte i enhetens interna minne (mätläget utlöses för närvarande). - Tryck sedan på Set-tangenten igen för att påbörja en sökning efter rätt LAI-sensorposition (dvs. zenitvinkel 0°) och för att aktivera både den inbyggda inklinometern och ljudindikatorn.
OBS: Samtidigt visas LAI-sensorns aktuella position på displayen för både X- och Z-axlar. - Håll sedan enheten vinkelrätt mot marken och se till att LAI-sensorn är riktad mot zenit.
OBS: Ljudindikatorn ökar i volym när den närmar sig rätt zenitvinkel. - Kontrollera displayen, luta instrumentet både åt vänster och åt höger samt framåt och bakåt. Referensvärdet förvärvas automatiskt och lagras omedelbart när zenitvinkeln som definieras av både X- och Z-axlarna når noll eller mindre än 5 (piptonen stannar).
OBS: Med tanke på att rätt position måste uppnås i ett mycket smalt intervall (dvs. mm), kan detta steg vara tröttsamt.
- När du har tagit referensmätningar återgår du till mätmenyn genom att trycka på menyknappen. Börja sedan mäta nivån av överförd bestrålning under baldakinen.
- Definiera positionerna för att ta avläsningar under baldakinen och börja ta mätningar av ljusöverföringsvärde med hjälp av enhetens LAI-sensor.
OBS: Mönstret för LAIe fältmätningar i olika baldakinstrukturer nämns i detalj av Černý et al.36 och Fleck et al.37. - Välj Lai i mätmenyn. Tryck på set-tangenten för att aktivera läget för att ta överförda strålningsmätningar under baldakinen.
OBS: Det aktuella bestrålningsvärdet visas på displayen. Det här värdet lagras ännu inte i enhetens interna minne (mätläget utlöses för närvarande). - Tryck på Set igen för att spela in avläsningarna under huven. Den inbyggda inklinometern och ljudindikatorn utlöses för att erhålla rätt LAI-sensorposition (dvs zenitvinkel 0°).
OBS: Samtidigt visas LAI-sensorns aktuella position på displayen för både X- och Z-axlar. - Håll sedan enheten vinkelrätt mot marken och se till att LAI-sensorn är riktad mot zenit.
OBS: Ljudindikatorn ökar i volym när den närmar sig rätt zenitvinkel. - Kontrollera displayen, luta instrumentet både åt vänster och åt höger samt framåt och bakåt. Alla avläsningar under baldakin förvärvas automatiskt och lagras omedelbart när zenitvinkeln som definieras av både X- och Z-axlarna når noll eller mindre än 5 (piptonen stannar).
OBS: Med tanke på att rätt position måste uppnås i ett mycket smalt intervall (mm), kan detta steg vara tröttsamt.
- Definiera positionerna för att ta avläsningar under baldakinen och börja ta mätningar av ljusöverföringsvärde med hjälp av enhetens LAI-sensor.
- Fortsätt med att ta ytterligare mätningar av överförd strålning under vegetationens baldakin, enligt steg 2.7.3-2.7.5.
OBS: Referensavläsningar kan också göras när som helst mellan mätningarna under huven. Till exempel, efter att ha slutfört varje transect, tryck på menyknappen, välj Lai Ref (håll tangenten Inställd) och fortsätt enligt steg 2.6.2-2.6.4.Ju mer ovan tak avläsningar som tas under mätningar under baldakin, desto större noggrannhet i referensberäkningarna. - Omedelbart efter avslutad mätning under baldakinen (tryck på menyknappen, välj Lai Ref och håll tangenten Inställd), ta ett mått på strålningen i ett öppet område för att få det sista referensvärdet, följ steg 2.6.2. till 2.6.4.
- Tryck på Menytangenten repetitivt tills Retur är markerad för att återgå till huvudmenyn och tryck sedan på knappen Ange.
- Efter varje mätning lagras data i enhetens internminne. Håll menyknappen i minst 1 s för att stänga av enheten på ett säkert sätt utan att radera några data.
- Anslut instrumentet till datorn; ladda ner och bearbeta data. Ett exempel på fältmätning och LAIe-beräkning beskrivs i avsnitt 4.
3. Dubbelt sensorläge för att uppskatta LAIe
- Slå på båda instrumenten genom att hålla i setknappen i minst 1 s.
OBS: Instrument_1 och Instrument_2 är avsedda för avläsningar ovan och under tak. I mätläge med dubbla sensorer monteras en enhet (Instrument_1) på ett stativ i ett öppet område (eller högst upp på en klimatmast ovanför baldakinen), medan den andra (Instrument_2) tjänar till att göra mätningar av överförd strålning under huven. Instrument_1 loggar automatiskt referenssignalen i ett fördefinierat tidsintervall (från 10 s upp till 600 s). Detta tillvägagångssätt samlar in en betydande mängd referensdata, vilket ökar noggrannheten vid beräkning av referensvärden för enskilda mätningar under baldakinen. - Ange aktuellt datum och tid för båda instrumenten (hitta Inställningar i huvudmenyn genom att upprepade gånger trycka på menyknappen. Tryck sedan på Ställ in | Tid | Ställ in. Gå tillbaka till huvudmenyn (välj Retur och håll ned set-tangenten).
OBS: För en exakt tidsinställning, matcha tiden med datorn som visas i den relevanta programvaran (anslut enheten till datorn via den anslutna kabeln. Öppna programvaran och tryck sedan på Installationsprogrammet | Enhets-ID | Enhet. Välj och tryck sedan på Online Control | Dags. Markera alternativet Synkronisera med datortid och tryck på Redigera). - Ställ sedan in båda instrumenten i mätläget med en vinkel. Välj Inställningar (håll ned tangenten Ange) | Vinklar | Ange | Singel (bekräfta med menytangenten). Gå tillbaka till huvudmenyn (välj Retur och håll ned set-tangenten).
- Om bladvinkellutningen inom den studerade vegetationstaket måste uppskattas, ställ in Instrument_2 (under baldakinavläsningar) till flervinkelmätningsläget. Välj Inställningar (tryck på Set-tangenten) | Vinklar (tryck på knappen Ange). Välj sedan Multi (bekräfta med menytangenten) och gå sedan tillbaka till huvudmenyn (välj Retur och håll ned tangenten).
- Om det krävs en förteckning över positionerna för mätningar under baldakinen, slå på den relevanta GPS-enheten (se avsnitten nedan för detaljerade instruktioner och materialförteckningen); Om inte, hoppa till steg 3.5.
- Se till att den tid som visas på enheten som används för att ta avläsningar under baldakin (Instrument_2) matchar datorn.
Obs: Tiden måste ställas in korrekt för att återspegla tidszonen på den studerade platsen. - Slå på GPS-enheten och vänta ett ögonblick tills den aktuella positionen hittas. Kontrollera platsen som visas på GPS-enheten.
OBS: Precisionen är beroende av densiteten hos den studerade vegetationens baldakin. - Bär både LP 110 som används för att ta avläsningar under baldakin (Instrument_2) och GPS-enheten när du gör alla fältmätningar.
- När du har gjort alla fältmätningar ansluter du båda enheterna (Instrument_2 och GPS-enheten) till datorn. Ladda ner och bearbeta data i relevant programvara (se Tabell över material)enligt LP 110 Manual and User Guide, Driftinstruktioner avsnitt35.
- Se till att den tid som visas på enheten som används för att ta avläsningar under baldakin (Instrument_2) matchar datorn.
- Kalibrera båda instrumenten innan du påbörjar varje fältmätningskampanj enligt avsnitten 1.1 och 1.2.
OBS: Om kalibreringen redan har utförts, hoppa till steg 3.5.1.- Efter kalibrering av både LAI-sensorn och den inbyggda inklinometern kalibrerar du båda LP 110-enheterna (Instrument_1 och Instrument_2) med varandra.
- För båda enheterna väljer du Inställningar på huvudmenyn (tryck på Set-tangenten) och väljer Lai-kalibrering (tryck på knappen Ange). Håll sedan båda enheterna i ett horisontellt plan i vertikalt läge och justera det konstanta värdet (markerat som C på displayen) genom att upprepade gånger trycka på Set-tangenten på Instrument_1 (referensavläsningar) för att uppnå samma värden som visas på enhetens skärm på Instrument_2. Tryck sedan på menyknappen och gå tillbaka till huvudmenyn (välj Retur och håll ned tangenten).
- Efter kalibrering av både LAI-sensorn och den inbyggda inklinometern kalibrerar du båda LP 110-enheterna (Instrument_1 och Instrument_2) med varandra.
- Vid soligt väder, förhindra direkt solljus från att komma in i utsiktsbegränsningskoppen när du tar alla avläsningar ovanför baldakin (se figur 1).
OBS: För mätläge med dubbla sensorer, ta både avläsningar ovan och under tak under tak under konstanta ljusförhållanden med standard mulet, före soluppgång eller efter solnedgången(figur 2) för att undvika att få felaktiga strålningsvärden. - Fäst Instrument_1 vertikalt antingen på ett stativ placerat i ett öppet område eller ovanför den studerade baldakinen (t.ex. högst upp på en klimatmast).
OBS: Den här enheten registrerar kontinuerligt referensvärden (dvs. avläsningar ovanför baldakin).- Välj först Inställningar på huvudmenyn (tryck på Tangenten Ange) och välj sedan Automatiskt intervall (tryck på tangenten Ange igen). Tryck sedan upprepade gånger på tangenten Ange och håll sedan ned menyknappen för att välja önskat intervall för automatisk loggning av referensvärden (från 10 upp till 600 s).
OBS: Ställ in ett kortare tidsintervall för att automatiskt logga referensavläsningar för att öka mätningarnas noggrannhet om ljusförhållandena ändras snabbt. - Tryck på Meny, välj Returoch håll ned knappen Ange för att återgå till huvudmenyn.
- Tryck sedan på menyknappen (håll ned tangenten Ange) upprepade gånger för att välja Mätning i huvudmenyn. Välj sedan Auto Lai Ref. (tryck på Set-tangenten) för att börja söka efter rätt LAI-sensorposition (dvs zenitvinkel 0°).
OBS: Det aktuella bestrålningsvärdet visas på displayen. Det här värdet lagras ännu inte i enhetens interna minne (mätläget utlöses för närvarande). - Kontrollera displayen, luta instrumentet både åt vänster och åt höger samt framåt och bakåt. Efter att ha nått zenitvinkeln som definieras av X- och Z-axlar med noll eller mindre än värdet 5 (dvs. både X- och Z-axlar under värdet 5), fäst enheten ordentligt på önskad position som nämns ovan och tryck sedan på Set-tangenten.
OBS: Från detta steg registreras referensvärden (dvs. avläsningar ovanför baldakin) automatiskt och lagras i det fördefinierade tidsintervallet (varje avläsning åtföljs av pipande). Undvik avvikelser från den inställda positionen för Instrument_1; Annars avbryts referensmätningen. Med tanke på att rätt position måste uppnås i ett mycket smalt intervall (mm), kan detta steg vara tröttsamt.
- Välj först Inställningar på huvudmenyn (tryck på Tangenten Ange) och välj sedan Automatiskt intervall (tryck på tangenten Ange igen). Tryck sedan upprepade gånger på tangenten Ange och håll sedan ned menyknappen för att välja önskat intervall för automatisk loggning av referensvärden (från 10 upp till 600 s).
- Efteråt börjar du mäta överförd strålning under vegetationstaket (under baldakinavläsningar) med hjälp av Instrument_2.
OBS: Under alla avläsningar under baldakinen ska du hålla samma orientering av LAI-sensorns synfält (Instrument_2) som referensavläsningarnas LAI-sensor (Instrument_1), till exempel vinkelrätt i norr.- Definiera positionerna för avläsningar under baldakin och starta mätningarna av ljusöverföringsvärdet med hjälp av enhetens LAI-sensor.
OBS: Mönstret för LAIe fältmätningar i olika baldakinstrukturer beskrivs utförligt i Černý et al.36 och Fleck m.fl.37. - Välj Mått (tryck på Set-tangenten) i huvudmenyn och välj Lai. Tryck på setknappen för att aktivera läget för överförda strålningsmätningar under baldakinen.
DET aktuella bestrålningsvärdet visas på displayen. Det här värdet lagras ännu inte i enhetens interna minne (bara mätläget utlöses just nu). - Tryck på set-tangenten igen för att få värdet av överförd strålning under baldakinen och utlösa både den inbyggda inklinometern och ljudindikatorn som tjänar till att hitta rätt LAI-sensorposition (dvs zenitvinkel 0°).
OBS: Samtidigt visas LAI-sensorns aktuella position för både X- och Z-axlar. - Håll sedan enheten vinkelrätt mot markytan för att vara LAI-sensorn riktad upp mot zenit.
OBS: Ljudindikatorn ökar tonen genom att närma sig rätt zenitvinkel. - Kontrollera displayen, luta instrumentet både åt vänster och åt höger och framåt och bakåt. Alla avläsningar under baldakin förvärvas automatiskt och lagras omedelbart när zenitvinkeln som definieras av både X- och Z-axlarna når noll eller mindre än 5 (piptonen stannar).
OBS: Med tanke på att rätt position måste uppnås i ett mycket smalt intervall (mm), kan detta steg vara tröttsamt.
- Definiera positionerna för avläsningar under baldakin och starta mätningarna av ljusöverföringsvärdet med hjälp av enhetens LAI-sensor.
- Fortsätt med att göra ytterligare mätningar av överförd bestrålning (dvs. under baldakinavläsningar), följ steg 3.8.3-3.8.5.
- När du har gjort mätningarna under huven (Instrument_2) trycker du på menyknappen och menyknappen upprepade gånger tills Retur har valts för att återgå till huvudmenyn och tryck sedan på knappen Ange.
OBS: När du har slutfört alla referensavläsningar (Instrument_1) använder du samma sätt som för Instrument_2. - Data sparas i instrumentets minne efter varje läsning. Håll menyknappen i minst 1 s för att stänga av enheten på ett säkert sätt utan att radera några data.
- Anslut instrumentet till datorn; ladda ner och bearbeta data. Ett exempel på fältmätning och LAIe-beräkning beskrivs i avsnitt 4.
4. Ett exempel på fältmätning och LAIe-beräkning
- Definiera mätpunkterna för mätningar under baldakin. Ordna mätlayouten i transect (eller ett vanligt rutnät) med lika stora mätpunkter för att fånga vegetationens baldakins heterogenitet orsakad av olika storlekar av luckor.
OBS: En transect layout lämplig för vegetation planterad i rader med en homogen baldakin visas i figur 3. För mer information om mätlayout, följ Černý et al.36 och Fleck et al.37.
Figur 3: Transects layout för att uppskatta LAIe i homogent vegetationstäcke. Transect I-IV: transects nummer; Χ: mätpunkt för avläsning under baldakin. De första tio positionerna är märkta (1-10). Transects måste vara orienterade vinkelrätt mot raderna av växter. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
- Ta både mätningar ovanför och under tak med antingen en eller två sensorläge enligt avsnitt 2 respektive avsnitt 3.
- När du har slutfört alla fältmätningar laddar du ner data till datorn från LP 110-enheter som används i antingen en- eller dubbelt sensorläge för att uppskatta LAIe.
OBS: För dubbelt sensorläge, följ stegen nedan för båda instrumenten (dvs. Instrument_1 och Instrument_2).- Anslut instrumentet till datorn via den anslutna kabeln.
OBS: För dubbelt sensorläge, anslut enheten som används för att göra referensmätningar (dvs. avläsningar ovanför baldakin) först. - Öppna relevant programvara (se Materialtabell) och tryck på installationsknappen i huvudfältet. Markera och tryck sedan på Enhets-ID.
OBS: Enhet: LaiPen visas i det nedre vänstra hörnet. - Tryck på enhetsknappen och klicka sedan på Ladda ner.
OBS: Programvaran gör det också möjligt för användaren att skriva ner eventuella kommentarer i arket med titeln Anteckningar som visas i det nedre vänstra hörnet. Programvaran matchar automatiskt ovanstående baldakinavläsningar med varje avläsning under baldakin (transmittans) baserat på mättiden. - Tryck på ikonen Arkiv på huvudmenyn. välj och klicka på Exportera. Markera sedan ALAI och tryck på OK för att exportera data.
OBS: I den exporterade filen (txt., xls.), är avläsningar ovan och under baldakin (överförd bestrålning) markerade som Ref. Intensitet respektive transmittans.
- Anslut instrumentet till datorn via den anslutna kabeln.
- Beräkna transmittansvärdet (t) för varje mätpunkt inom transecten (eller rutnätet) enligt ekvation 1: t = I / Io (bestrålning överförd under baldakinen dividerat med infallande strålning ovanför vegetationen) vilket resulterar i t1, t2,..., tn, där n: är antalet mätpunkter under baldakin.
- Beräkna den genomsnittliga transmittansen (T) av den studerade vegetationstaket, till exempel i den första transecten (T1): T1 = (t1 + t2...+ tn) / n, där n: är antalet mätpunkter under baldakin inom den första transecten.
OBS: Om mätningar görs i flera transects, fortsätt med alla transects (T2, T3och T4) på samma sätt. - Eftersom bestrålningsintensiteten minskar exponentiellt när den passerar genom den studerade baldakinen, beräkna LAIe enligt den modifierade Beer-Lambert-utrotningslagen (se ekvation 2).
- Först, hitta logaritmen för medelvärdet transmittansvärdet (T) för den studerade vegetationstaket, till exempel i den första transecten (T_I): T_I = - ln T1.
OBS: Om mätningar görs i flera transects, fortsätt med alla transects på samma sätt (dvs. T_II = - ln T2; T_III = - ln T3; T_IV = - ln T4).- Beräkna medelvärdet av överföringsvärdet (T) från alla enskilda transects: T = [(- ln T_I) + (- ln T_II) + (- ln T_III) + (- ln T_IV)] / 4.
- Beräkna därefter det slutliga LAIe-värdet med hjälp av en utrotningskoefficient som anges för varje växtart enligt ekvation 2.
OBS: Utrotningskoefficienter för de viktigaste trädarterna är listade i Bréda9. I skogsbestånd måste LAIe korrigeras på grund av en klumpande effekt av assimileringsapparaten inom skotten29,30,31,32,33,34 för att erhålla det faktiska LAI-värdet.
- Först, hitta logaritmen för medelvärdet transmittansvärdet (T) för den studerade vegetationstaket, till exempel i den första transecten (T_I): T_I = - ln T1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Den rumsliga struktur som erhållits från båda testade anordningar skilde sig uppenbarligen åt i alla studerade diagram, dvs. På stativnivå bekräftades liknande skillnader i LAI-värden från LP 110 och Plant Canopy Analyzer mellan tunna tomter med olika densiteter (A vs.B) med hjälp av ANOVA och Tukeys test. För Plant Canopy Analyzer observerades betydligt högre LAI-värden i kontrollytan utan skogsvårdsintervention än i de tunna (A, B). Värdena överskred dock LAI betydligt från LP 110 i kontrollytan. För LP 110 skilde sig LAI inte signifikant åt i C- och B- behandlingarna. Tvärtemot konstaterades en betydande skillnad i LAI-värden mellan C- och A-tomterna. I allmänhet minskade LAI signifikant efter applicerade gallringsbehandlingar i de studerade stativen. LAI uppskattade att användningen av LP 110 (LaiPen LP110) minskade tydligare i område A, medan de LAI-värden som erhållits från analysatorn (LAI-2200 PCA) minskade mer i område B. Dessa registrerade skillnader var dock små (figur 4).
Figur 4: LAI-värden som uppskattas med lp 110 och plant canopy analyzer optiska enheter i Norge granstång står under olika skogsvårdsbehandlingar. För att uppskatta LAI gjordes 81 avläsningar under baldakin i varje utstuderat stativ. A: Gallring uppifrån; B: Gallring underifrån; C: Kontrollplan. Prickarna anger medelvärdet för LAI-värdet. Morrhåren visar standardavvikelserna. Olika bokstäver indikerar signifikanta skillnader (p < 0,05) mellan silvicultural behandlingarna och olika optiska instrument med hjälp av Tukeys Post-hoc-test. Denna siffra har ändrats från Černý et al.20. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
LAI-värdenas rumsliga variabilitet illustreras i figur 5 för varje gallringsbehandling i rena granstångsbestånd i Norge.
Figur 5: Rumslig heterogenitet hos LAI uppskattas med LP 110 och Plant Canopy Analyzer på nivån för enskilda mätpunkter under studerade grantak. A: Gallring uppifrån; B: Gallring underifrån; C: Kontrollplan. Siffrorna ovanför pilarna anger sidolängden och avståndet mellan mätpunkterna i det vanliga rutnätet. Denna siffra har ändrats från Černý et al.20. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
LP 110 underskattade LAI med 7,4% respektive 10,6% i tomterna A respektive C. I motsats till detta överskattade denna enhet LAI-stativvärdet som erhållits från Plant Canopy Analyzer i plot B med 3,7%. Om de totala medelvärdena från alla LAI-värden oavsett den gallringsbehandling som tillämpades beräknades och jämfördes därefter (LP 110 vs. Plant Canopy Analyzer), underskattade LP 110-enheten LAI som erhållits av Plant Canopy Analyzer med 5,8%. Därefter beräknades skillnader i specifika LAI-värden som mättes över enskilda punkter som arrangerades inom det reguljära rutnätet för båda instrumenten, och dessa avvikelser uttrycktes därefter i procent. Under dessa omständigheter skilde sig LAI-värdena mätt med LP 110 och Plant Canopy Analyzer djupt (tabell 1).
| Behandling av silvicultural | Skogsstånd LAI | Relativa skillnader (%) mellan LAI från LaiPen LP 110 jämfört med LAI-2200 PCA på nivån för enskilda mätpunkter | |
| LaiPen LP 110 (m2 m-2) | LAI-2200 PCA (m2 m-2) | ||
| A | 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) |
Tabell 1: Medelvärde av LAI på stativnivå och LAI-skillnader uttryckta som en % mellan LP 110 och Plant Canopy Analyser på nivån för enskilda mätpunkter. A: Gallring uppifrån; B: Gallring underifrån; C: Kontrollplan. Tabellen har ändrats från Černý et al.20.
För alla LAI-data som mättes på en viss punktnivå med LP 110 och Plant Canopy Analyzer utfördes linjär regression mellan båda de använda enheterna. Den linjära regressionen av y = 0,8954x (R2 = 0,94; RMSE = 2.11438) hittades för alla LAI-data från båda de testade instrumenten(figur 6).
Figur 6: Den linjära regressionen bland LAI-värden som kommer från LP 110 och Plant Canopy Analyzer på nivån för enskilda mätpunkter i studerade granstångsbestånd i Norge. Denna siffra har ändrats från Černý et al.20. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
| Geografiska koordinater | 49°29'31" N, 16°43'30" E |
| Höjd | 610-625 m a. s. l. |
| Genomsnittlig årlig lufttemperatur | 6,5 °C |
| Genomsnittlig årlig nederbörd | 717 mm |
Tabell 2: Studieplatsens egenskaper. Tabellen har ändrats från Černý et al.20.
| Komplott | Ställningens ålder (år) | Stativtäthet (träd ha-1) | Höjd (m) | DBH (cm) | BA1,3 (m2·ha-1) | Växande lager (m3·ha-1) |
| A | 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 |
Tabell 3: Dendrometriska och strukturella egenskaper hos de studerade bestånden som täcker en yta på 25 m x 25 m 2014. I varje utstuderat stativ togs 81 avläsningar under baldakin inom ett vanligt rutnät (3 m x 3 m) under standard mulet luftrum (för mer information, följ Černý et al.20). Alla LAI-mätningar utfördes i juli och augusti när LAI-värdena är som mest stabila9,38. A: Gallring uppifrån; B: Gallring underifrån; C: Kontrollplan; DBH: stamdiameter i brösthöjd; BA1.3:det basala området i brösthöjd. För BA1.3 på stativnivå summerades de basala områdena i varje träd som presenteras i det studerade stativet, beräknat som: BA1,3 = (∏*DBH 2)/4. Tabellen har ändrats från Černý et al.20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vilka är skillnaderna mellan LP 110 som en nyligen presenterad anordning för att uppskatta LAI (eller ta PAR-intensitetsmätningar) och LAI-2200 PCA som en förbättrad version av den tidigare standarden LAI-2000 PCA för att uppskatta LAI via en indirekt metod? Utöver att priset är ungefär fyrfaldigt högre för Plant Canopy Analyzer jämfört med LP 110, kan antalet utgångsparametrar, mätförhållanden, metodologiska metoder och möjligheter att uppskatta LAI för olika baldakin, resultatnoggrannhet etc., jämföras.
När du jämför hårdvaran verkar LP 110 vara mer användarvänlig. LP 110 är en lättare enhet och kräver inga kabelanslutningar mellan sensorerna och dataloggern. Båda sensorerna (dvs. för mätningar av LAI och PAR, se figur 1)är integrerade i enhetens kropp, vilket gör det möjligt för operatören att enkelt röra sig i hela det studerade ekosystemet (t.ex. i buskar eller täta skogar). För att säkerställa avläsningsvärdets noggrannhet är en korrekt sensorposition och värdelagring avgörande. Denna position (antingen i zenit- eller förinställda vinklar) identifieras genom en föränderlig ljudfrekvens om sensorn är nära eller långt från målpositionen. Även under det mest intensiva ljudet (volymen kan korrigeras) sparar LP 110 som hålls automatiskt läsvärdet. Tvärtemot måste man hitta rätt sensorposition för Plant Canopy Analyzer med en manuell bubbelnivå på en handhållen pinne. Operatören måste trycka på knappen för att spara läsvärdet samtidigt när du kontrollerar bubbelnivån. Rätt sensorposition går dock rutinmässigt förlorad när du trycker på knappen, vilket resulterar i minskad noggrannhet i läsvärdet. Eftersom visuell kontroll av en bubbelnivå inte är nödvändig för att ta LP 110-avläsningar, finns det också möjlighet att hålla instrumentet på en förlängningsstång, vilket gör det möjligt för användaren att mäta över canopies av naturlig eller konstgjord regenerering, höga ört- eller busklager. I detta fall kan rätt sensorposition helt enkelt hittas baserat på den förändrade ljudfrekvensen.
Det finns skillnader mellan LP 110 och Plant Canopy Analyzer när det gäller LAI-sensorkonstruktion, särskilt när det gäller sensorkänslighet och sensorernas synfält (FOV). Om LAI-sensorn på Plant Canopy Analyzer utsätts för utomhus kan den dimma upp under höga luftfuktighetsförhållanden, vilket vanligtvis förekommer tidigt på morgonen i öppna områden. I motsats till detta är LAI-sensorn på LP 110 dimfri eftersom den är placerad inuti begränsningsvykoppen (figur 1). Även om begränsningen av LP 110:s LAI-sensor är avtagbar har den en fast FOV; FOV för LAI-sensorn på Plant Canopy Analyzer kan dock modifieras både i azimuthal- och zenitriktningarna med hjälp av olika restrictorer (ogenomskinliga visningslock) och genom att använda en maskeringsprocedur under dataefterbehandling. Även om FOV för LP 110:s LAI-sensor (figur 1) är relativt smal och inte kan manipuleras jämfört med Plant Canopy Analyzer, är känsligheten hos denna sensor ungefär tiofaldig högre. Denna högre LAI-sensorkänslighet gör det möjligt för användaren att göra mätningar med LP 110 under förhållanden med låg bestrålning och även att ta ovanför baldakin (referens) avläsningar på extremt smala öppna tomter, till exempel på smala skogsvägar eller linjer. Dessutom är ovanstående till under baldakin avläsningar högre, vilket leder till ökad noggrannhet i den uppmätta transmittansen och därmed bättre LAIe-uppskattning. Å andra sidan är det nödvändigt att öka antalet avläsningar under baldakin per transect på grund av den smala FOV för LP 110:s LAI-sensor.
Det finns vissa likheter mellan LP 110 och Plant Canopy Analyzer, till exempel vid mätningsförhållanden och i modifieringar av LAI-sensorns zenitvinkelvy (i riktningar på 0°, 16°, 32°, 48° och 64° för LP 110; och 7°, 23°, 38°, 53° och 68° för Plant Canopy Analyzer) för att kvantifiera lutningsvinkeln för baldakinelement. I likhet med Plant Canopy Analyzer minskar LP 110 effekten av ljusreflektans och mäter en verklig ljusabsorptionsdel av ljuset genom lövverk på grund av specifika sensorvåglängdsegenskaper. Andra optiska instrument som SunScan, AccuPAR, TRAC39eller DEMON9,40 (för mer information, se Tabell över material)mäter under relativt bredare ljusintervall oavsett ljusreflektans. I dubbelt sensorläge är det möjligt att göra automatiska mätningar med en sensor som vanligtvis placeras i ett öppet område för att ta över baldakin (referens) avläsningar i tidsintervall från 10-360 s och 5-3 600 s för LP 110 respektive Plant Canopy Analyzer, och det finns möjlighet att lägga till GPS-positioner till enskilda mätningar. För båda instrumenten är det omöjligt att mäta LAIe: i) under och omedelbart efter regnförhållanden, eftersom våta baldakinelement, inklusive stjälkar förbättrar både ljusreflektans- och överföringsvärden under baldakinen; Således underskattas faktiskt LAIe under sådana förhållanden; ii) under blåsiga förhållanden när baldakinelement rör sig och överföringsvärdena varierar kraftigt även om sensorns position är stabil och iii) under instabila synoptiska situationer när ljusförhållandena förändras snabbt. Det sista villkoret är inte så begränsande för LP 110 på grund av sensorns smala FOV. Dessutom måste ett avstånd av hinder övervägas. En lämplig sensororientering minskar dock problemet. För båda enheterna är det också möjligt att uppskatta LAIe under en solig dag, främst nära soluppgång eller solnedgång. Med undantag för middagstid när direkta solstrålar kan komma in i LAI-sensorn genom begränsningslocket, är det möjligt att göra LAIe-mätningar under hela dagen; även om LAI-sensorn är vinkelrätt inriktad mot solen (relevant för LP 110) eller operatörens baksida (relevant för Plant Canopy Analyzer). Vissa korrigeringsförfaranden som presenteras av Leblanc och Chen41 måste dock tillämpas. Om ovanstående baldakinavläsningar varierar med mer än ±20% under en kort tidsperiod (cirka 1-2 min), är det värdelöst att fortsätta att ta LAIe-mätningar på grund av det förväntade extremt höga LAIe-uppskattningsfelet. Det problemet skulle kunna undvikas med en exakt synkron uppskattning av avläsningar ovan och under baldakin i dubbelt sensorläge med två enheter med samma exakta tidsinställning och kalibrering. Nästa kritiska steg för att uppskatta LAIe med LP 110 är ett urval av ett lämpligt öppet område för avläsningar ovanför baldakin, särskilt för en sensorläge (den maximala tidsfördröjningen mellan avläsningar ovan och under baldakin, dvs. skogsstativ och öppen tomt, måste vara 15-20 min), där storleken på det öppna området måste respektera sensorn FOV. Dessutom liknar LP 110 Plant Canopy Analyzer, inte lämplig för att exakt uppskatta LAIe i för tät (dvs. LAIe på stativnivå över 7,88)23, mycket låg baldakit gräsmark eller transmittans under 1%.
Alla erhållna värden för infallande ljus och ljusöverföring under baldakinen med en tidsinmatning efterbehandlas med hjälp av specifik programvara, vilket ger många utgångsparametrar, särskilt med Plant Canopy Analyzer. I motsats till detta måste programvaran för behandling av data som erhållits från LP 110 förbättras för att vara mer automatisk och användarvänlig, till exempel programvaran som är relevant för Plant Canopy Analyzer. Dessutom är det lämpligt att ändra begränsningskoppen för LP 110 av tillverkaren för att ändra eller justera sensorn FOV.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja. De representativa resultaten användes från artikeln Černý, J., Krejza, J., Pokorný, R., Bednář, P. LaiPen LP 100 - en ny anordning för uppskattning av skogsekosystembladområdesindex jämfört med etalon: En metodisk fallstudie. Föra journal över av skogvetenskap. 64 (11), 455–468 (2018). DOI: 10.17221/112/2018-JFS baserat på Journal of Forest Science redaktionens vänliga tillstånd.
Acknowledgments
Författarna står i skuld till Journal of Forest Science redaktion för att uppmuntra och bemyndiga oss att använda de representativa resultaten i detta protokoll från artikeln som publiceras där.
Forskningen fick ekonomiskt stöd av Tjeckiens jordbruksministerium, institutionellt stöd MZE-RO0118, National Agency of Agricultural Research (projekt nr. QK21020307) och EU:s forsknings- och innovationsprogram Horisont 2020 (bidragsavtal nr 952314).
Författarna tackar också tre anonyma recensenter för deras konstruktiva kritik, vilket förbättrade manuskriptet. Dessutom, tack gå till Dusan Bartos, Alena Hvezdova och Tomas Petr för att hjälpa till med fältmätningar och Photon Systems Instruments Ltd. företag för deras samarbete och tillhandahålla enhetsfoton.
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 |
References
- Muiruri, E. W., et al. Forest diversity effects on insect herbivores: Do leaf traits matter. New Phytologist. 221 (4), 2250-2260 (2018).
- Macfarlane, C., et al. Estimation of leaf area index in eucalypt forest using digital photography. Agricultural and Forest Meteorology. 143 (3-4), 176-188 (2007).
- Easlon, H. M., Bloom, A. J. Easy leaf area: Automated digital image analysis for rapid and accurate measurements of leaf area. Applications in Plant Sciences. 2 (7), 1400033 (2014).
- Asner, G. P., Scurlock, J. M. O., Hicke, J. A. Global synthesis of leaf area index observations: implications for ecological and remote sensing studies. Global Ecology and Biogeography. 12, 191-205 (2003).
- Vicari, M. B., et al. Leaf and wood classification framework for terrestrial LiDAR point clouds. Methods in Ecology and Evolution. 10 (5), 680-694 (2019).
- Watson, D. J. Comparative physiological studies in the growth of field crops. I. Variation in net assimilation rate and leaf area between species, varieties, and within and between years. Annals of Botany. 11, 41-76 (1947).
- Chen, J. M., Black, T. A. Defining leaf-area index for non-flat leaves. Plant, Cell and Environment. 15 (4), 421-429 (1992).
- Welles, J. M., Cohen, S. Canopy structure measurement by gap fraction analysis using commercial instrumentation. Journal of Experimental Botany. 47 (9), 1335-1342 (1996).
- Bréda, N. J. J. Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments, and current controversies. Journal of Experimental Botany. 54 (392), 2403-2417 (2003).
- Jonckheere, I., et al. Review of methods for in situ leaf area index determination. Part I: Theories, sensors and hemispherical photography. Agricultural and Forest Meteorology. 121 (1-2), 19-35 (2004).
- Weiss, M., Baret, F., Smith, G. J., Jonckheere, I., Coppin, P. Review of methods for in situ leaf area index (LAI) determination. Part II. Estimation of LAI, errors and sampling. Agricultural and Forest Meteorology. 121 (1-2), 37-53 (2004).
- Fang, H., Baret, F., Plummer, S., Schaepman-Strub, G. An overview of global leaf area index (LAI): Methods, products, validation, and applications. Reviews of Geophysics. 57 (3), 739-799 (2019).
- Yan, G., et al. Review of indirect optical measurements of leaf area index: Recent advances, challenges, and perspectives. Agricultural and Forest Meteorology. 265, 390-411 (2019).
- Parker, G. G. Tamm review: Leaf Area Index (LAI) is both a determinant and a consequence of important processes in vegetation canopies. Forest Ecology and Management. 477, 118496 (2020).
- Jiapaer, G., Yi, Q., Yao, F., Zhang, P. Comparison of non-destructive LAI determination methods and optimization of sampling schemes in an open Populus euphratica ecosystem. Urban Forestry and Urban Greening. 26, 114-123 (2017).
- Grotti, M., et al. An intensity, image-based method to estimate gap fraction, canopy openness and effective leaf area index from phase-shift terrestrial laser scanning. Agricultural and Forest Meteorology. 280, 107766 (2020).
- Gower, S. T., Kucharik, C. J., Norman, J. M. Direct and indirect estimation of leaf area index, fAPAR, and net primary production of terrestrial ecosystems. Remote Sensing of Environment. 70 (1), 29-51 (1999).
- Morisette, J. T., et al. Validation of global moderate-resolution LAI products: a framework proposed within the CEOS land product validation subgroup. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 44 (7), 1804-1817 (2006).
- Pokorný, R., Šalanská, P., Janouš, D., Pavelka, M. ALAI-02D - a new instrument in forest practice. Journal of Forest Science. 47, 164-169 (2001).
- Černý, J., Krejza, J., Pokorný, R., Bednář, P. LaiPen LP 100 - a new device for estimating forest ecosystem leaf area index compared to the etalon: A methodologic case study. Journal of Forest Science. 64 (11), 455-468 (2018).
- Larcher, W. Physiological plant ecology. Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups. , Springer-Verlag. Berlin Heidelberg. (2003).
- Taiz, L., Zeiger, E. Plant Physiology. 5th edition. , Sinauer Associates. Sunderland, Mass. 623 (2010).
- Pokorný, R., Tomášková, I., Havránková, K. Temporal variation and efficiency of leaf area index in young mountain Norway spruce stand. European Journal of Forest Research. 127, 359-367 (2008).
- Chen, J. M., Black, T. A., Adams, R. S. Evaluation of hemispherical photography for determining plant area index and geometry of a forest stand. Agricultural and Forest Meteorology. 56, 129-143 (1991).
- Black, T. A., Chen, J. M., Lee, X. H., Sagar, R. M. Characteristics of shortwave and longwave irradiances under a Douglas-fir forest stand. Canadian Journal of Forest Research. 21 (7), 1020-1028 (1991).
- Hirose, T. Development of the Monsi-Saeki theory on canopy structure and function. Annals of Botany. 95 (3), 483-494 (2005).
- Pierce, L., Running, S. rapid estimation of coniferous forest leaf area index using a portable integrating radiometer. Ecology. 69 (6), 1762-1767 (1988).
- Lang, A. R. G., McMurtrie, R. E., Benson, M. L. Validity of surface-area indexes of Pinus radiata estimated from transmittance of sun's beam. Agricultural and Forest Meteorology. 57 (1-3), 157-170 (1991).
- Zou, J., Yan, G., Zhu, L., Zhang, W. Woody-to-total area ratio determination with a multispectral canopy imager. Tree Physiology. 29 (8), 1069-1080 (2009).
- Stenberg, P. Correcting LAI-2000 estimates for the clumping of needles in shoots of conifer. Agricultural and Forest Meteorology. 79 (1-2), 1-8 (1996).
- Chianucci, F., MacFarlane, C., Pisek, J., Cutini, A., Casa, R. Estimation of foliage clumping from the LAI-2000 Plant Canopy Analyser: effect of view caps. Trees-Structure and Function. 29, 355-366 (2015).
- Zou, J., Yan, G., Chen, L. Estimation of canopy and woody components clumping indices at three mature Picea crassifolia forest stands. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 8 (4), 1413-1422 (2015).
- Bao, Y., et al. Effects of tree trunks on estimation of clumping index and LAI from HemiView and Terrestrial LiDAR. Forests. 9 (3), 144 (2018).
- Zhu, X., et al. Improving leaf area index (LAI) estimation by correcting for clumping and woody effects using terrestrial laser scanning. Agricultural and Forest Meteorology. 263, 276-286 (2018).
- Photon Systems Instruments Ltd. PSI LaiPen LP 110 Manual and User Guide. , 45 (2016).
- Černý, J., Pokorný, R., Haninec, P., Bednář, P. Leaf area index estimation using three distinct methods in pure deciduous stands. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (150), e59757 (2019).
- Fleck, S., et al. Leaf area measurements. Manual Part XVII. In: UNECE ICP Forests Programme Co-ordinating Centre (Ed.) Manual of methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests. Thünen Institute of Forest Ecosystems. , Eberswalde, Germany. (2016).
- Černý, J., Pokorný, R., Haninec, P. Leaf area index estimated by direct, semi-direct, and indirect methods in European beech and sycamore maple stands. Journal of Forestry Research. 31, 827-836 (2020).
- Leblanc, S. G., Chen, J. M., Kwong, M. Tracing radiation and architecture of canopies. TRAC MANUAL Version 2.1.3. , Ottawa, Centre for Remote Sensing Ottawa. Ottawa. 25 (2002).
- Sommer, K. J., Lang, A. R. G. Comparative analysis of two indirect methods of measuring leaf area index as applied to minimal and spur pruned grape vines. Australian Journal of Plant Physiology. 21 (2), 197-206 (1994).
- Leblanc, S. G., Chen, J. M. A practical scheme for correcting multiple scattering effects on optical LAI measurements. Agricultural and Forest Meteorology. 110 (2), 125-139 (2001).
