Feldmessung des effektiven Blattflächenindex mit optischem Gerät im Vegetationsdach
29. Juli 2021
Die schnelle und präzise Schätzung des Blattflächenindex (LAI) in terrestrischen Ökosystemen ist entscheidend für eine Vielzahl von ökologischen Studien und die Kalibrierung von Fernerkundungsprodukten. Hier wird das Protokoll für die Verwendung des neuen optischen Geräts LP 110 für bodengebundene In-situ-LAI-Messungen vorgestellt.
Dieses Protokoll stellt das kürzlich entwickelte Gerät LaiPen LP 110 zur Schätzung des Blattflächenindex durch indirekte optische Methode vor und vergleicht es mit dem Standard LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. Das neue Gerät misst sowohl über als auch unter dem Baldachin aufgrund seines größeren Empfindlichkeitsgefühls, des eingebauten digitalen Neigungsmessers und der automatischen Protokollierung der Messwerte an der richtigen Position problemlos. Auch die Bedienung ist intuitiv.
Das Handbuch ist notwendig. Für die Vorbereitung des Messdesigns wird dem Bediener eine kurze geplante Vermessung der Baumkronenstruktur vor der Messung empfohlen. Schalten Sie zunächst beide Instrumente ein, indem Sie die Set-Taste mindestens eine Sekunde lang gedrückt halten.
Suchen Sie die Einstellungen im Hauptmenü, indem Sie wiederholt auf die Menütaste klicken und das aktuelle Datum und die Uhrzeit beider Instrumente einstellen, indem Sie auf Set, Time, Set drücken. Wählen Sie dann Return und halten Sie die Set-Taste gedrückt, um zum Hauptmenü zurückzukehren. Stellen Sie dann beide Instrumente auf einen einzigen Winkelmessmodus ein.
Wählen Sie Einstellungen aus, halten Sie die Set-Taste gedrückt, drücken Sie Winkel, Set, Single und bestätigen Sie mit der Menütaste. Wählen Sie Return und halten Sie die Set-Taste gedrückt, um zum Hauptmenü zurückzukehren. Nachdem Sie sowohl den LAI-Sensor als auch den eingebauten Neigungsmesser kalibriert haben, kalibrieren Sie beide LP 110-Geräte, Instrument eins und Instrument zwei miteinander.
Wählen Sie einstellungen im Hauptmenü, indem Sie die Set-Taste drücken, wählen Sie LAI-Kalibrierung und drücken Sie die Set-Taste. Halten Sie als Nächstes beide Geräte in einer horizontalen Ebene in der vertikalen Position und passen Sie den konstanten Wert an, der auf dem Display als C markiert ist, indem Sie wiederholt die Set-Taste auf Instrument eins drücken, um die gleichen Werte zu erreichen, die auf dem Bildschirm des Geräts auf Instrument zwei dargestellt sind. Drücken Sie dann die Menü-Taste und kehren Sie zum Hauptmenü zurück.
Befestigen Sie das Instrument vertikal an einem Stativ, das in einem offenen Bereich oder über dem untersuchten Baldachin platziert ist. Erhalten Sie sowohl über als auch unter den Canopy-Messwerten unter konstanten Lichtverhältnissen mit Standardbewölkung vor Sonnenaufgang oder nach Sonnenuntergang, um falsche Bestrahlungsstärkewerte zu vermeiden. Wählen Sie zunächst Einstellungen im Hauptmenü und dann Auto Interval (Automatisches Intervall) aus, indem Sie die Set-Taste drücken.
Drücken Sie anschließend wiederholt die Set-Taste, und halten Sie dann die Menütaste gedrückt, um das erforderliche Intervall für die automatische Protokollierung von Referenzwerten von 10 bis 600 Sekunden auszuwählen. Stellen Sie ein kürzeres Zeitintervall ein, wenn sich die Lichtverhältnisse schnell ändern. Drücken Sie die Menütaste, wählen Sie Return aus, und halten Sie die Taste Set gedrückt, um zum Hauptmenü zurückzukehren.
Drücken Sie anschließend wiederholt die Menü-Taste und halten Sie die Set-Taste gedrückt, um die Messung im Hauptmenü erneut auszuwählen. Wählen Sie dann Auto LAI Ref und drücken Sie die Set-Taste, um nach der richtigen LAI-Sensorposition zu suchen. Überprüfen Sie das Display, neigen Sie das Instrument sowohl nach links als auch nach rechts sowie nach vorne und hinten.
Nachdem Sie den durch X- und Z-Achsen definierten Zenitwinkel mit Null oder weniger als dem Wert von fünf erreicht haben, fixieren Sie das Gerät fest an der oben genannten erforderlichen Position und drücken Sie dann die Set-Taste. Um mit der Messung der übertragenen Bestrahlungsstärke unterhalb des Vegetationsdaches mit Instrument zwei zu beginnen, wählen Sie im Hauptmenü Messung. Drücken Sie die Set-Taste und wählen Sie LAI aus.
Behalten Sie die Ausrichtung des Instruments zwei wie die von Instrument eins bei. Drücken Sie die Set-Taste, um den Modus für unsere Messung der transmittierten Bestrahlungsstärke unterhalb des Baldachins zu aktivieren. Drücken Sie erneut die Set-Taste, um den Wert der übertragenen Bestrahlungsstärke unterhalb des Baldachins zu ermitteln, und lösen Sie sowohl den eingebauten Neigungsmesser als auch die Schallanzeige aus, um die richtige LAI-Sensorposition zu finden.
Halten Sie dann das Gerät senkrecht zum Bodendienst, damit der LAI-Sensor auf den Zenit gerichtet ist. Überprüfen Sie das Display, neigen Sie das Instrument sowohl nach links als auch nach rechts sowie nach vorne und hinten. Alle unter dem Baldachin liegenden Messwerte werden automatisch erfasst und sofort gespeichert, sobald der zenitale Winkel, der sowohl von der X- als auch von der Z-Achse definiert wird, Null oder weniger als fünf erreicht.
Der Piepton hört auf. Fahren Sie mit weiteren Messungen der übertragenen Bestrahlungsstärke fort, die unter den Canopy-Messwerten liegt, und befolgen Sie die Schritte für die zuvor oben genannten Canopy-Messwerte. Nachdem Sie die folgenden Canopy-Messungen mit Instrument zwei durchgeführt haben, drücken Sie wiederholt die Menütaste und die Menütaste, bis Return ausgewählt ist, um zum Hauptmenü zurückzukehren, und drücken Sie dann die Set-Taste.
Die Daten werden nach jeder Ablesung im Gerätespeicher gespeichert. Halten Sie die Menütaste mindestens eine Sekunde lang gedrückt, um das Gerät sicher auszuschalten, ohne Daten zu löschen. Für den Plant Canopy Analyzer wurden signifikant höhere LAI-Werte im Kontrollplot beobachtet, ohne waldbauliche Eingriffe in den dünnen.
Für die LP 110 unterschied sich der Blattflächenindex bei den C- und B-Behandlungen nicht signifikant. Für LP 110 wurde ein signifikanter Unterschied in den Blattflächenindexwerten zwischen den Diagrammen C und A gefunden. Im Allgemeinen nahm der Blattflächenindex nach angewandten Ausdünnungsbehandlungen in der untersuchten Haltung signifikant ab.
Die Erfassung der Blattflächenindexwerte mit LP 110 und Plant Canopy Analyzer für jede Durchforstungsbehandlung in reinen Fichtenstangenbeständen zeigte räumliche Variabilität. Die lineare Regression wurde für alle Blattflächenindexdaten durchgeführt, die auf einer bestimmten Punktebene mit dem LP 110 und dem Plant Canopy Analyzer gemessen wurden. Stellen Sie sicher, dass unter geeigneten synoptischen Bedingungen gemessen wird, verwenden Sie eine ausreichend große offene Fläche für referenzierbare Messwerte und spiegeln Sie die Heterogenität des Standes und das Messdesign für die Werte unter dem Baldachin wider.
Da Sender in verschiedenen Neigungswinkeln des Sensors aufgezeichnet werden können, kann die Winkelausrichtung der Vordachelemente berechnet werden. Wenn die Deckschichtbreite des Blätterdachs bekannt ist, kann auch die Blattflächendichte abgeleitet werden.
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Übersicht
Dieses Protokoll stellt das LaiPen LP 110 vor, ein neues Gerät zur Schätzung des Blattflächenindex (LAI) unter Verwendung einer indirekten optischen Methode. Es vergleicht das LP 110 mit dem Standard LAI-2200 Plant Canopy Analyzer und hebt dessen Vorteile in Bezug auf Empfindlichkeit und Benutzerfreundlichkeit hervor.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Ökologie
- Fernerkundung
- Pflanzenphysiologie
Hintergrund
- Der Blattflächenindex (LAI) ist entscheidend für ökologische Studien.
- Genaue LAI-Messungen verbessern die Kalibrierung von Fernerkundungsprodukten.
- Bodenbasierte In-situ-Messungen liefern zuverlässige Daten.
- Das LP 110-Gerät bietet gegenüber herkömmlichen Methoden eine verbesserte Funktionalität.
Zweck der Studie
- Ein Protokoll für die Verwendung des LP 110 zur LAI-Schätzung vorzustellen.
- Die Vorteile des LP 110 gegenüber bestehenden Geräten zu demonstrieren.
- Genaue ökologische Bewertungen durch verbesserte Messtechniken zu erleichtern.
Verwendete Methoden
- Nutzung des LaiPen LP 110 für LAI-Messungen.
- Vergleich mit dem LAI-2200 Plant Canopy Analyzer.
- In-situ-Messungen über und unter dem Blätterdach.
- Vorbereitung des Messdesigns durch eine Blätterdachstruktur-Umfrage.
Hauptergebnisse
- Das LP 110 bietet eine höhere Empfindlichkeit bei den Messungen.
- Automatische Aufzeichnung der Messwerte verbessert die Datengenauigkeit.
- Intuitiv bedienbar zur Vereinfachung des Messprozesses.
- Effektiv sowohl für Messungen über als auch unter dem Blätterdach.
Schlussfolgerungen
- Das LP 110 ist ein wertvolles Werkzeug zur LAI-Schätzung.
- Es übertrifft herkömmliche Methoden in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Genauigkeit.
- Die Einführung dieses Geräts kann ökologische Forschungsergebnisse verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Accurate leaf area index (LAI) measurement supports predictive modeling of plant physiological processes such as photosynthetic uptake and transpiration, which are critical for agricultural yield forecasting and ecosystem productivity assessment. The LP 110 optical device enables rapid, field-deployable LAI estimation with improved sensitivity and automated data logging, reducing variability in ground-truth data used to calibrate remote sensing products. This enhances data reliability for large-scale vegetation monitoring in agriculture, forestry, and environmental R&D programs.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables quantification of canopy structure to support phenotypic screening in plant-based bioproduction systems.
- Operational Value: Provides standardized, reproducible LAI measurements for consistent experimental conditions across growth chambers and field trials.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Facilitates high-throughput screening of plant genotypes by correlating LAI with photosynthetic efficiency and biomass accumulation.
- Operational Value: Supports assay standardization through automatic logging and inclinometer-guided positioning, minimizing operator-dependent variance.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links structural canopy traits to functional outcomes like transpiration and carbon fixation in disease-relevant plant models.
- Operational Value: Enables longitudinal monitoring of plant health in preclinical efficacy studies using non-destructive, repeated LAI assessments.
Pipeline & Workflow Integration
The LP 110 integrates into plant phenotyping workflows from early growth assessment through biomass prediction, supporting data-driven decisions in crop improvement and bio-based compound production pipelines.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on genotype-phenotype relationships by providing quantitative canopy architecture data.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative LAI outputs that enable comparison of genetic or treatment effects on plant development.
- Analytics: Generates transmissivity and zenith angle data that can be used to derive leaf area density and light interception models.
- Translational Research: Connects early-stage structural measurements to end-point yield and stress response phenotypes in translational plant biology.
- Enterprise Reuse: Functions as a portable, cross-platform tool for multi-site field trials and growth facility standardization.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence in plant growth models by reducing measurement uncertainty in key canopy variables.
- Operational Value: Increases throughput and reduces training burden via intuitive controls and automatic data capture.
- Strategic Value: Enables faster go/no-go decisions in strain or genotype selection by providing timely, reliable phenotypic data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement of plant-based bioproduction candidates through standardized growth environment assessment.
Implementation Considerations
- Requires training in optical measurement principles and canopy geometry for valid data interpretation.
- Depends on consistent lighting conditions (e.g., overcast) to avoid irradiance artifacts during below-canopy readings.
- Necessitates cross-device calibration between units to ensure measurement consistency across field teams.
- Requires open reference areas for baseline readings, limiting use in densely forested or obstructed sites.
- Performance may vary with canopy clumping and leaf angle distribution, necessitating model-specific corrections for accurate LAI inversion.
