准确估算叶面积指数（LAI）对于许多植物生态系统内部以及生态系统与大气边界层之间物质和能量通量模型至关重要。因此，本方案中介绍了三种精确测量LAI的方法（凋落物收集法、叶针法和PCA法）。
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本文内容
摘要
摘要
叶面积指数（LAI）被定义为单位水平地面面积上总叶表面积的一半，其准确估算对于生态学、林业和农业领域中的植被结构描述至关重要。因此，本方案逐步介绍了三种 commercially 使用的方法（凋落物收集法、针刺法和植物冠层分析仪法）进行LAI估算的具体操作步骤。文中比较了各方法的具体技术路径，并讨论了它们当前的优势、争议、挑战以及未来的发展方向。凋落物收集法通常被视为参考标准。与参考值相比，针刺法和植物冠层分析仪（例如 LAI-2000）常常低估LAI数值。在每年凋落物完全分解的落叶林中（如橡树林和山毛榉林），针刺法易于应用，但需基于凋落物收集法或直接破坏性采样方法进行校准。植物冠层分析仪是生态学、林业和农业中常用的LAI估算设备，但由于叶片聚集效应以及传感器视场（FOV）中木质部分的干扰，可能存在潜在误差。本文讨论了如何消除这些潜在误差源。植物冠层分析仪非常适用于高空间尺度的LAI估算、季节性LAI动态观测以及长期LAI监测。
引言
叶面积指数（LAI）定义为单位水平地面面积上总叶表面积的一半1，是许多关注碳和水通量的生物地球物理与化学交换模型中使用的关键变量2,3,4。LAI 与叶片的活性表面积成正比，直接影响植物群落中与初级生产力（光合作用）、蒸腾作用、能量交换以及其他一系列生态系统过程相关的生理特性5。
目前已开发出多种用于进行叶面积指数（LAI）估算的方法和仪器，且这些方法和仪器已在市场上广泛应用6,7,8,9。基于地面的LAI估算方法可分为两大类：(i) 直接法和 (ii) 间接法10,11,12。第一类方法包括直接测量叶面积的技术，而间接法则基于辐射传输理论，通过测量更容易获取....
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方案
1. 利用凋落物收集器估算的叶面积指数（LAI）
- 首先，进行实地调查，考察研究样地的现场条件和林分结构（即, 坡度的坡向和坡位，森林或植被类型，森林或植被密度，树冠闭合的均匀性，冠幅大小，以及冠层基部高度。
- 根据所研究林分同化器官的大小，选择合适网眼尺寸的收集网，以确定适合放置在林冠下方的凋落物收集器类型（即, 网孔尺寸必须小于所捕获同化器官的尺寸，然后在研究样地内布置并分配捕虫器数量，随后进行标记。
- 通常，每个调查样地使用15至25个诱捕器25,48 捕获面积范围为0.18 m2 最多 0.5 m2 或更多，尤其适用于叶片较大的树种，如杨树10,17,48.
- 在研究样地内，沿一条或两条相互垂直的样线或规则网格，以相等间距布设诱捕器（图2）。Ukonmaanaho 等人也描述了凋落物采样的合理设计、方法及分析。17 或 Fleck 等人
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结果
2013年生长季所有研究样地的林分水平平均叶面积指数（LAI）值如图8所示。除A样地外，其余各样地的最高LAI值均来自凋落物收集法，该方法作为参考标准。相反，在A样地，针叶法估算的平均LAI值最高。利用凋落物收集法与植物冠层分析仪估算的LAI值之间的所有差异均不显著（p > 0.05；图8，左图）。在B、C和D样地，针叶法显著低估了凋落物收集法获得的LAI值。相反，在A样地，该方法高估了凋落物收集法测得的LAI值，但差异未达到显著水平（p = 0.01；图8，中图）。在所有情况下，植物冠层分析仪与针叶法估算的LAI值之间均存在显著差异（图8，右图）。
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讨论
凋落物收集器被认为是最准确的叶面积指数（LAI）估算方法之一8，但与本方案中所采用的间接方法相比，其劳动强度更大且耗时更长35,64。在整个使用凋落物收集器进行LAI估算的过程中，比叶面积（SLA）的精确估算是最关键的环节10，因为SLA会随植物种类65、日期和年份、在收集器中的留存时间、天气状况66以及地点肥力67而变化。尽管凋落物收集器通常被视为参考标准，并作为间接方法的校准工具38,49，但在使用凋落物收集器估算LAI时仍可能存在偏差，原因包括气流影响、林分内收集器的数量和分布（无论冠层覆盖度和林分结构如何）、林分面积的大小68.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。代表性结果来自Černý J、Haninec P、Pokorný R（2018）发表的文章《欧洲山毛榉和大叶枫林分中叶面积指数的直接、半直接和间接估算方法》。该文发表于《林业研究》期刊，doi: 10.1007/s11676-018-0809-0（在线版本），经《林业研究》编辑部许可使用。
致谢
我们感谢《林业研究杂志》（Journal of Forestry Research）编辑委员会鼓励并授权我们使用该期刊已发表文章中的代表性结果作为本实验方案的内容。我们还衷心感谢两位匿名审稿人提出的宝贵意见，这些意见显著改进了本文稿。本研究由捷克共和国农业部资助，项目编号为MZE-RO0118（机构支持）以及国家农业研究局（项目编号：QK1810126）。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 叶面积测量仪 | LI-COR Biosciences Inc., NE, USA | LI-3100C | https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LI-3100C/ |
| 计算机图像分析系统 | Regent Instruments Inc., CA | WinFOLIA | http://www.regentinstruments.com/assets/images_winfolia2/WinFOLIA2018-s.pdf |
| 文件查看软件 | LI-COR Biosciences Inc., NE, USA | FV2200C Software | https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/software.html |
| 实验室烘箱 | Amerex Instruments Inc., CA, USA | CV150 | https://www.labcompare.com/4-Drying-Ovens/2887-IncuMax-Convection-Oven-250L/?pda=4|2887_2_0||| |
| 叶片图像分析系统 | Delta-T Devices, UK | WD3 WinDIAS | https://www.delta-t.co.uk/product/wd3/ |
| 凋落物收集器 | 任意 | NA | 参见图2 |
| 针状物 | 任意 | NA | 最大直径为2 mm |
| 植物冠层分析仪 | LI-COR Biosciences Inc., NE, USA | LAI-2000 PCA | LAI-2200 PCA 或 LAI-2200C 可作为 LAI-2000 PCA 的改进型号使用，详见：https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/ |
| 便携式激光叶面积测量仪 | CID Bio-Science, WA, USA | CI-202 | https://cid-inc.com/plant-science-tools/leaf-area-measurement/ci-202-portable-laser-leaf-area-meter/ |
| 便携式叶面积测量仪 | ADC, BioScientic Ltd., UK | AM350 | https://www.adc.co.uk/products/am350-portable-leaf-area-meter/ |
| 便携式叶面积测量仪 | Bionics Scientific Technogies (P). Ltd., India | BSLM101 | http://www.bionicsscientific.com/measuring-meters/leaf-area-index-meter.html |
| 便携式叶面积测量仪 | LI-COR Biosciences Inc., NE, USA | LI-3000C | https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LI-3000C/ |
参考文献
- Chen, J. M., Black, T. A. Defining leaf area index for non-flat leaves. Plant, Cell and Environment. 15 (4), 421-429 (1992).
- Sellers, J. P., et al. Modelling the exchanges of energy, water, and carbon between continents and the atmosphere. Science
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重印与许可
