Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Bitki Örtüsü Gölgeliğinde Optik Cihaz Kullanılarak Etkili Yaprak Alanı İndeksinin Alan Ölçümü

Published: July 29, 2021 doi: 10.3791/62802
Automatic Translation
1,2, 2
1Forestry and Game Management Research Institute, Research Station at Opočno, 2Department of Silviculture, Faculty of Forestry and Wood Technology, Mendel University in Brno

Summary

Karasal ekosistemlerde hızlı ve hassas yaprak alanı indeksi (LAI) tahmini, çok çeşitli ekolojik çalışmalar ve uzaktan algılama ürünlerinin kalibre edilmesi için çok önemlidir. Burada sunulan, zemin tabanlı yerinde LAI ölçümleri almak için yeni LP 110 optik cihazını kullanma protokolüdür.

Abstract

Yaprak alanı indeksi (LAI), bir ekosistemdeki yeşillik miktarını açıklayan önemli bir gölgelik değişkenidir. Parametre, bitkilerin yeşil bileşenleri ile atmosfer arasındaki arayüz görevi görür ve orada başta fotosentetik alım, solunum ve transpirasyon olmak üzere birçok fizyolojik süreç meydana gelir. LAI ayrıca karbon, su ve enerji döngüsünü içeren birçok model için bir giriş parametresidir. Ayrıca, zemin bazlı yerinde ölçümler, uzaktan algılama ürünlerinden elde edilen LAI için kalibrasyon yöntemi olarak hizmet eder. Bu nedenle, hassas ve hızlı LAI tahminleri yapmak için basit dolaylı optik yöntemler gereklidir. Yeni geliştirilen LP 110 optik cihazının bitki örtüsü gölgelik ve gölgelik boşlukları yoluyla bulaşan radyasyon arasındaki ilişkiyi temel alan metodolojik yaklaşımı, avantajları, tartışmaları ve gelecekteki bakış açıları protokolde ele alındı. Ayrıca, cihaz dünya standardı LAI-2200 Plant Canopy Analyzer ile karşılaştırıldı. LP 110, sahada elde edilen verilerin daha hızlı ve daha basit işlenmesini sağlar ve Tesis Gölgelik Analizörü'nden daha uygun fiyatlıdır. Yeni cihaz, daha fazla sensör hassasiyeti, dahili dijital eğim ölçer ve okumaların doğru konumda otomatik olarak kaydedilmesi nedeniyle hem gölgelik üstü hem de altı okumalar için kullanım kolaylığı ile karakterizedir. Bu nedenle, elde tutulan LP 110 cihazı, temsili sonuçlara dayanarak ormancılık, ekoloji, bahçecilik ve tarımda LAI tahminini gerçekleştirmek için uygun bir araçtır. Ayrıca, aynı cihaz aynı zamanda kullanıcının olay fotosetik olarak aktif radyasyon (PAR) yoğunluğunun doğru ölçümlerini almasını sağlar.

Introduction

Kanopiler çok sayıda biyolojik, fiziksel, kimyasal ve ekolojik süreçlerden oluşan bir locidir. Çoğu gölgelik yapılarından etkilenir1. Bu nedenle, hidroloji, karbon ve besin döngüsü ve küresel iklim değişikliği2,3içeren çok çeşitli çalışmalar için doğru, hızlı, tahribatsız ve güvenilir yerinde bitki örtüsü gölgelik nicelemesi çok önemlidir. Yapraklar veya iğneler atmosfer ve bitki örtüsü arasında aktif bir arayüzü temsil ettiği için4, kritik gölgelik yapısal özelliklerinden biri yaprak alanı indeksi (LAI)5, yatay zemin yüzey alanı birimi başına toplam yeşil yaprak yüzey alanının yarısı veya bireyler için taç projeksiyonu olarak tanımlanır, m2 başına m2 boyutsuz değişken olarak ifade edilir6, 7.

Karasal LAI'yi ve bunların farklı ekosistemlerdeki artılarını ve eksilerini tahmin etmek için çeşitli araçlar ve metodolojik yaklaşımlar zaten 8 ,9,10,11,12,13,14,15. LAI tahmin yöntemlerinin iki ana kategorisi vardır: doğrudan ve dolaylı (daha fazla ayrıntı için kapsamlı incelemeler8,9,10,11,12). Esas olarak orman standlarında kullanılan, zemin tabanlı LAI tahminleri, doğrudan LAI tayininin olmaması nedeniyle dolaylı optik yöntemler kullanılarak rutin olarak elde edilir, ancak genellikle zaman alıcı, emek yoğun ve yıkıcı bir yöntemolan 9, 10,12,16'yı temsil eder. Dahası, dolaylı optik yöntemler LAI'yi ilgili parametreleri daha kolay ölçmekten (zaman gerektiren ve emek yoğun doğası açısından)türetir 17, gölgelik üstünde ve altında olay ışınlama ve gölgelik boşluklarının niceliği arasındaki oran14. Bitki Gölgelik Analizörlerinin uydu LAI alma18'idoğrulamak için de yaygın olarak kullanıldığı açıktır; bu nedenle, LP 110 karşılaştırması için bir standart olarak kabul edilmiştir (kullanılan araçlar hakkında daha fazla ayrıntı için Malzeme Tablosu'na bakın).

LP 110, başlangıçta kendi kendine yapılan basit enstrüman ALAI-02D19 ve daha sonra LP 10020'ningüncellenmiş bir sürümü olarak, Bitki Gölgelik Analizörleri için yakın bir rakip olarak geliştirilmiştir. Dolaylı optik yöntemlerin bir temsilcisi olarak, cihaz, kabarcık seviyesi yerine dijital bir eğim ölçer kullanan ve daha hızlı ve daha doğru konumlandırma ve değer okuma sağlayan sensör ve veri kaydedici arasında kablo bağlantısına gerek kalmadan el yapımı, hafif, pille çalışır. Buna ek olarak, cihaz hemen okumaları not etmek için tasarlanmıştır. Bu nedenle, LP 110 için sahada veri toplamak için gereken zaman tahmini, Bitki Gölgelik Analizörü'ne göre yaklaşık 1/3 oranında daha kısadır. Okumaların bir bilgisayara verilmesinden sonra, veriler sonraki işlemler için kullanılabilir. Cihaz, LAI hesaplaması yapmak için bir LAI sensörü kullanarak mavi ışık dalga boyları (yani, 380-490 nm)21,22 içindeki ışınlanmayı kaydeder. LAI sensörü, 16° (Z ekseni) ve 112° (X ekseni) görüş alanlarına sahip opak bir kısıtlama kapağı ile maskelenmiştir (Şekil 1). Bu nedenle, ışık geçirgenliği, gölgelik elemanlarının eğimini de çıkarabilmek için zemin yüzeyine dik olarak (yani, zenith açısı 0°) veya 0°, 16°, 32°, 48° ve 64° beş farklı açıda tutulan cihaz kullanılarak not edilebilir.

Figure 1
Şekil 1: LP 110'un fiziksel özellikleri. MENU tuşu, kullanıcının ekran boyunca yukarı ve aşağı kayarak geçişini sağlar ve SET düğmesi Enter tuşu (A) olarak hizmet verir. Farklı eğim açıları altında zenith görünümü (yan görünüm nedeniyle ±8) ve yatay görünüm LP 110 ila 112 ° (B) için Tesis Gölgelik Analizörüne benzer şekilde sabitlenir (kısıtlayıcılar tarafından değiştirilmiştir). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

LAI sensörünün daha yüksek hassasiyeti, kısıtlı görüş alanı, dahili dijital eğimölçer, düğmeye basmadan ses ile belirtilen doğru konumda okuma değerlerinin otomatik olarak kaydedilmesi nedeniyle, yeni cihaz çok çeşitli gökyüzü koşullarını ölçmek için dar vadilerde ve hatta daha geniş orman yollarında gölgelik üstü okumalar için de uygundur. Bunun yanı sıra, olgun stand kanopilerinin nispeten yüksek rejenerasyonun üzerinde nicelleştirilmesini sağlar ve bitki gölgelik analizöründen daha yüksek ışınım değerlerinin doğruluğuna sahiptir. Ayrıca, LP 110'un fiyatı Bitki Gölgelik Analizörü'nün yaklaşık 1/4'üne eşittir. Aksine, LP 110'un yoğun kullanımı (yani, 7.88'in üzerinde stand seviyesinde LAIe)23 veya çok düşük gölgelikler otlak olarak sınırlıdır.

LP 110 iki çalışma modunda çalışabilir: (i) aynı aletle alınan gölgelik altı ölçümlerden önce, sonra veya gölgelik altı ölçümler sırasında gerçekleştirilen hem alt gölgelik hem de referans okumalarını (çalışılan gölgeliklerin üzerinde veya analiz edilen bitki örtüsünün yakınında yeterince yaygın bir açıklıkta) alan tek bir sensör modu ve (ii) alt gölgelik okumaları almak için ilk cihazı kullanan çift sensör modu, ikincisi ise referans okumalarını önceden tanımlanmış düzenli bir zaman aralığında (10 ila 600 s) otomatik olarak günlüğe kaydetmek için kullanılır. LP 110, yukarıda belirtilen her iki mod için de gölgelik altı ölçüm noktasının koordinatlarını kaydetmek için uyumlu bir GPS cihazıyla (bkz. Malzeme Tablosu)eşlenebilir.

Etkili yaprak alanı indeksi (LAIe)24, topaklanma indeksi etkisini içerir ve çalışılan bitki örtüsü gölgeliği25'inüstünde ve altında alınan güneş ışını ışınlama ölçümlerinden elde edilebilir. Bu nedenle, aşağıdaki LAIe hesaplaması için, iletim (t) hem gölgeliğin (I) altında iletilen ışınlamadan hem de LP 110 cihazı tarafından ölçülen bitki örtüsünün(Io)üzerindeki olaydan hesaplanmalıdır.

t = I / I0 (1)

Işınlama yoğunluğu bir bitki örtüsünden geçerken katlanarak azaldığından, LAIe, Monsi ve Saeki9,26 tarafından değiştirilen Bira-Lambert yok olma yasasına görehesaplanabilir.

LAIe = - ln (I / I0) x k-1 (2),

Nerede, k yok olma katsayısı. Yok olma katsayısı, bilinen gölgelik elemanı eğimi ve görünüm yönü9,12ile bitki örtüsü gölgeliğindeki her elemanınşeklini,yönünü ve konumunu yansıtır. k katsayısı (bkz. denklem 2) ışınlanmanın yapraklar tarafından emilimine bağlıdır ve gölgelik elementlerinin morfolojik parametrelerine, mekansal düzenlemelerine ve optik özelliklerine göre bitki türleri arasında farklılık gösterir. Yok olma katsayısı genellikle 0.59,27civarında dalgalandığından, denklem 2, Lang ve ark.28 tarafından heterojen ve homojen kanopiler için biraz farklı bir şekilde sunulduğu gibi basitleştirilebilir:

Heterojen bir gölgelikte

LAIe = 2 x | Equation 1 Yok | (3),

veya

Homojen bir gölgelikte

LAIe = 2 x |ln T| (4),

Burada, t: her bir gölgelik ölçüm noktasında geçirgenliktir ve T: ölçülen transect veya stand başına tüm t değerlerinin ortalama geçirgenliğidir.

Orman standlarında, LAI gerçek LAI değerini elde etmek için 29 , 30 , 31,32,33,34sürgünlerindeki asimilasyon cihazının topaklanma etkisi nedeniyle LAIe daha fazla düzeltilmelidir.

Protokol, Orta Avrupa kozalaklı orman standlarının seçilmiş bir örneğinde LAIe'yi tahmin etmek için LP 110 optik cihazının pratik kullanımına ayrılmıştır (bkz. saha, yapısal ve dendrometrik özellikler için Tablo 2 ve Tablo 3). Bu cihazı kullanarak bir bitki örtüsü gölgelik laie tahmini fotonitetik aktif radyasyon ve gölgelik boşluk fraksiyonu ile ilgili yaygın olarak kullanılan bir optik yönteme dayanmaktadır. Makale, yeni LP 110 optik cihazını kullanarak LAIe tahminini gerçekleştirmek için kapsamlı bir protokol sağlamayı amaçlamaktadır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

NOT: Planlı saha ölçümleri yapmaya başlamadan önce LP 110 cihazının pilini yeterince şarj edin. Cihazı (USB konektörü, bkz. Şekil 1)ve bilgisayarı takılı kablodan bağlayın. Pil durumu, cihaz ekranının sol üst köşesinde gösterilir.

1. Ölçümden önce kalibrasyon

NOT: LP 110 için, her alan ölçüm kampanyasına başlamadan önce LAI sensörünün ve dahili eğim ölçer kalibrasyonlarının koyu bir kalibrasyonunu gerçekleştirin.

  1. LAI sensörünün koyu kalibrasyonu
    1. Set tuşuna basıp en az 1 sn basılı tutarak cihazı açın.
      NOT: Ayarla düğmesi Enter tuşu olarak hizmet verir.
    2. Ayarlar'ı seçin (Menü tuşu yukarı ve aşağı kaymaya izin verir) ve > Ayarlatuşuna basın, Ayarla tuşuna basın ve ardından LAI kalibrasyon sabitinin 1'e sabitlenip sabitlenmediğini kontrol edin (örneğin, C = 1.0); değilse, sabiti 1.0'a ayarlamak ve ana menüye geri dönmek için Ayarla tuşuna art arda basın (Menü | İade | Set).
      NOT: Tek sensör modunu kullanarak LAI ölçümleri yapılırken (bkz. bölüm 2), tüm ölçümler için sabit bir 1,0 değeri önerilir.
    3. Ayarlar'ı seçin ve | Ayarla'ya basın Lai sıfır | ayarlayın. Tüm kalibrasyon işlemi sırasında ışık parazitini önlemek için lai sensörünü, örneğin opak bir bez veya avuç içi kullanarak tamamen örtün. Daha sonra, ekranda görünen sıfır değerini korumak için Ayarla tuşuna basın.
    4. Ana menüye dönmek için Return seçilip ayarla tuşuna basın.
  2. Eğim ölçer kalibrasyonları
    NOT: Her LP 110 cihazı, okumaların doğru eğim açısını sağlamak için yerleşik bir elektronik eğim ölçer ile donatılmıştır. İç eğim ölçer su seviyesi kullanılarak kalibre edilmelidir (yeniden).
    1. Dikey kalibrasyon
      1. Cihaz kapalıysa, cihazı açmak için Set tuşunu en az 1 sn basılı tutun.
      2. Ayarlar'ı seçin ve | Ayarla'ya basın Dikey Cal. | Elektronik eğim ölçeri etkinleştirmek için ayarlayın.
      3. Cihazı dikey olarak tutun ve cihazla birlikte yan tarafına bir su seviyesi yerleştirin.
      4. X ekseni için sıfır veya sıfıra yakın bir değer elde etmek için cihazı su seviyesi kabarcığına göre sola veya sağa dengeleyin. Değilse, X ekseni için okumaları sıfıra kadar ayarlamak için Ayarla tuşuna basın.
      5. Dikey kalibrasyonu tamamlamak için su seviyesini cihazın arka tarafına yerleştirin.
      6. Cihazı tekrar sola veya sağa eğin ve cihaz ekranının X ekseni için sıfır okuyup okumadığını kontrol edin.
      7. X ekseni için sıfır açılı konumu koruyun ve aynı anda cihazı su seviyesi kabarcığına göre öne veya arkaya (Z ekseni) eğerek X ekseni açı değerini sıfırda veya sıfıra yakın tuttuğunuzdan emin olun.
      8. Z ekseni okumanın sıfıra eşit olup olmadığını veya sıfıra yaklaşıp bakmadığını denetleyin. Değilse, Set tuşunu basılı tutun ve hem X hem de Z eksenleri için sıfır okuma ayarlamak üzere cihazı yeniden ayarlayın.
      9. Ana menüye dönmek için Return seçilip ayarla tuşuna basın.
    2. Yatay kalibrasyon
      1. Ayarlar'ı seçin ve | Ayarla'ya basın Yatay Cal. | Elektronik eğim ölçeri tetikleyecek şekilde ayarlayın.
      2. Cihazı yatay olarak tutun. Ardından, su seviyesini cihazın arka tarafına yerleştirin.
      3. Cihazı su seviyesi kabarcıklarına göre yatay konumda düzleştirme. Cihazı sırasıyla X ve Y eksenleri boyunca sola veya sağa ve yukarı veya aşağı eğin.
      4. Her iki su seviyesi kabarcıklarına göre doğru sensör konumunu elde ettikten sonra, Y ekseni için okumanın sıfır veya sıfıra yakın olduğundan emin olun. Değilse, cihazın yatay konumunu yeniden ayarlamak için Set tuşuna basın.
      5. Ana menüye dönmek için Return seçilip ayarla tuşuna basın.

2. LAIe tahmini için tek sensör modu

  1. Cihaz kapalıysa, cihazı açmak için Set tuşuna en az 1 sn basın.
  2. Her alan ölçüm kampanyasına başlamadan önce cihazı 1.1 ve 1.2 adımlarına göre kalibre edin.
    NOT: Kalibrasyon zaten yapıldıysa, 2.3.
  3. Daha sonra geçerli tarih ve saati ayarlayın (Menü tuşuna art arda basarak ana menüde Ayarlar'ı bulun). Ardından Set | tuşuna basın Zaman; Ayarla düğmesine tekrar basın) ve ana menüye dönün (Döndür'e gidin ve Ayarla tuşunu basılı tutun).
    NOT: Tam bir zaman ayarı için, ilgili yazılımda görüntülendiği gibi saati bilgisayarla eşleştirin (LP 110 cihazını bağlı kablo aracılığıyla bilgisayara bağlayın). Yazılımı açın, Kur | Aygıt Kimliği | Aygıt. Çevrimiçi Denetim | seçin ve basın Zaman. Ardından, Bilgisayar Saatiyle Eşitle seçeneğini işaretleyin ve Düzenle 'yebasın.
  4. Ayarlar 'ı kullanarak cihazı tek açılı ölçüm moduna ayarlayın. Set | Açılar | | ayarla Tek (Menü tuşunu kullanarak onaylayın) ve ana menüye dönün (Döndür'e gidin ve Ayarla tuşunu basılı tutun).
    1. Yaprak açısı eğiminin tahmin edilmesi gerekiyorsa, çok açılı ölçüm modunu ayarlayın. Ayarlar | Açılar | Çoklu (Menü düğmesine basın) ve ana menüye dönün (Döndür'e gidin ve Ayarla tuşunu basılı tutun).
  5. Ölçümlerin konumlarıyla ilgili bir kayıt gerekiyorsa, ilgili GPS cihazını açın (ayrıntılı talimatlar ve Malzeme Tablosuiçin aşağıdaki bölümlere bakın); değilse, 2.6 adımına atlayın.
    1. Aygıtın saatinin bilgisayarla eşleştiğinden emin olun.
      NOT: Çalışılan konumdaki saat dilimini yansıtmak için saat doğru ayarlanmalıdır.
    2. GPS cihazını aç ve geçerli konum bulunana kadar bir dakika bekle. GPS cihazının ekranındaki konumu kontrol edin.
      NOT: Hassasiyet, çalışılan bitki örtüsünün gölgeliğinin yoğunluğuna bağlı olarak kullanılır.
    3. Tüm alan ölçümlerini yaparken hem LP 110'ı hem de GPS cihazını taşıyın.
    4. Tüm alan ölçümlerini aldıktan sonra, LP 110 Kılavuzu ve Kullanım Kılavuzu, çalışma talimatları bölüm35'egöre, her iki cihazı da bilgisayara bağlayın, ilgili yazılımdaki verileri indirin ve işleyin (bkz. Malzeme Tablosu).
  6. Açık bir alanda veya ölçülen bitki örtüsünün üzerinde (yani gölgelik üstü okuma) referans ölçümü alın. Güneşli havalarda, ışığın doğrudan görünüm kısıtlama kabına girmesini önleyin (bkz. Şekil 1).
    NOT: Tek sensör ölçüm modu için, yanlış ışınlama değerlerinin elde etmesini önlemek için standart bulutlu, gün doğumundan önce veya gün batımından sonra(Şekil 2)sabit ışık koşulları altında hem yukarıda hem de alt gölgelik okumaları alın.

Figure 2
Şekil 2: LP 110 kullanarak LAIe ölçümleri almak için en uygun hava koşulları. LP 110'un kullanımı sırasında en uygun hava koşulları, doğrudan güneş radyasyonu(A)içermeyen veya gün doğumundan önce veya gün batımından sonra(B)kullanılan eşit bulutlu gökyüzüdür. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Ana menüde Ölçü 'nün öğesini seçin (Ayarla tuşuna basın) ve ardından Lai Ref'i seçin. Ayarla tuşuna bastıktan sonra referans ölçüm modu etkinleştirilir.
    NOT: Geçerli ışınım değeri ekranda görünür. Bu değer henüz cihazın dahili belleğinde depolanmaz (ölçüm modu şu anda tetiklenir).
  2. Daha sonra, doğru LAI sensör konumunu (yani, zenith açısı 0° ) aramaya başlamak ve hem dahili eğim göstergesini hem de ses göstergesini etkinleştirmek için Set tuşuna tekrar basın.
    NOT: Aynı anda, HEM X hem de Z eksenleri için EKRANDA LAI sensörünün geçerli konumu görünür.
  3. Daha sonra, cihazı yere dik olarak tutun ve LAI sensörünün zenith'e doğru işaret olduğundan emin olun.
    NOT: Ses göstergesi doğru zenith açısına yaklaştıkça ses seviyesi artar.
  4. Ekranı kontrol edin, cihazı hem sola hem de sağa ve ileri ve geriye doğru eğin. Referans değer, hem X hem de Z eksenleri tarafından tanımlanan zenith açısı sıfıra veya 5'ten az ulaştığında (bezeleme tonu durur) otomatik olarak elde edilir ve depolanır.
    NOT: Doğru konuma çok dar bir aralıkta (yani mm) ulaşılabilir olduğu düşünüldüğünde, bu adım sıkıcı olabilir.
  1. Referans ölçümlerini aldıktan sonra Menü tuşuna basarak ölçüm menüsüne dönün. Daha sonra, gölgeliğin altındaki iletilen ışınlanma seviyesini ölçmeye başlayın.
    1. Gölgelik altı okumaları almak için konumları tanımlayın ve cihazın LAI sensörünü kullanarak ışık geçirgenliği değeri ölçümleri almaya başlayın.
      NOT: Farklı gölgelik yapılarda LAIe alan ölçümlerinin deseni Černý ve ark.36 ve Fleck vd.37tarafından ayrıntılı olarak belirtilmiştir.
    2. Ölçüm menüsünden Lai'yi seçin. İletilen ışınım ölçümlerini gölgeliğin altına alma modunu etkinleştirmek için Ayarla tuşuna basın.
      NOT: Geçerli ışınım değeri ekranda görünür. Bu değer henüz cihazın dahili belleğinde depolanmaz (ölçüm modu şu anda tetiklenir).
    3. Aşağıdaki gölgelik okumalarını kaydetmek için Set tuşuna tekrar basın. Dahili eğim ölçer ve ses göstergesi, doğru LAI sensör konumunu (yani, zenith açısı 0° ) elde etmek için tetiklenir.
      NOT: Aynı anda, HEM X hem de Z eksenleri için EKRANDA LAI sensörünün geçerli konumu görünür.
    4. Daha sonra, cihazı yere dik olarak tutun ve LAI sensörünün zenith'e doğru işaret olduğundan emin olun.
      NOT: Ses göstergesi doğru zenith açısına yaklaştıkça ses seviyesi artar.
    5. Ekranı kontrol edin, cihazı hem sola hem de sağa ve ileri ve geriye doğru eğin. Tüm alt gölgelik okumaları, hem X hem de Z eksenleri tarafından tanımlanan zenith açısı sıfıra veya 5'ten aza ulaştığında (fipleme tonu durduğunda) otomatik olarak elde edilir ve depolanır.
      NOT: Doğru konuma çok dar bir aralıkta (mm) ulaşılabilir olduğu düşünüldüğünde, bu adım sıkıcı olabilir.
  2. 2.7.3-2.7.5 adımlarını izleyerek bitki örtüsü gölgeliğinin altında iletilen ışınlamanın daha fazla ölçümünü almaya devam edin.
    NOT: Referans okumaları, gölgelik altı ölçümler arasında her zaman da alınabilir. Örneğin, her transeksi tamamladıktan sonra Menü düğmesine basın, Lai Ref'i seçin (Set tuşunu basılı tutun) ve 2.6.2-2.6.4 adımlarına göre devam edin.Gölgelik altı ölçümler sırasında ne kadar çok gölgelik okuma yapılırsa, referans hesaplamalarının doğruluğu o kadar artar.
  3. Gölgelik altı ölçümleri yapmayı bitirdikten hemen sonra (Menü düğmesine basın, Lai Ref'i seçin ve Ayarla tuşunu basılı tutun), 2.6.2 adımlarını izleyerek son referans değerini elde etmek için açık bir alanda ışınlığın ölçümünü yapın. 'yi 2.6.4'e kadar karşılastır.
  4. Ana menüye dönmek için Return seçilip ayarlanana kadar Menü tuşuna tekrar tekrar basın ve ardından Ayarla düğmesine basın.
  5. Her ölçümden sonra veriler cihazın dahili belleğinde saklanır. Herhangi bir veri silmeden cihazı güvenli bir şekilde kapatmak için Menü düğmesini en az 1 sn basılı tutun.
  6. Cihazı bilgisayara bağlayın; verileri karşıdan yükleyip işleyin. Alan ölçümü ve LAIe hesaplamasının bir örneği bölüm 4'te açıklanmıştır.

3. LAIe'nin tahmin edilmesi için çift sensör modu

  1. Set tuşunu en az 1 sn basılı tutarak her iki enstrümanı da açın.
    NOT: Instrument_1 ve Instrument_2 sırasıyla gölgelik altı ve üstü okumalar için belirlenmiştir. Çift sensör ölçüm modunda, bir cihaz (Instrument_1) açık bir alanda (veya gölgeliğin üzerindeki iklimsel bir direğin üstünde) bir tripod üzerine monte edilirken, ikincisi (Instrument_2) iletilen ışınlığın gölgelik altı ölçümlerini almaya yarar. Instrument_1, referans sinyalini önceden tanımlanmış bir zaman aralığında (10 s'den 600 sn'ye kadar) otomatik olarak günlüğe kaydeder. Bu yaklaşım önemli miktarda referans veri toplar, böylece tek tek gölgelik altı ölçümler için referans değerleri hesaplanırken doğruluğu artırır.
  2. Her iki enstrümanın geçerli tarihini ve saatini ayarlayın (Menü düğmesine tekrar tekrar basarak ana menüde Ayarlar'ı bulun. Ardından Set | tuşuna basın Zaman | ayarlayın. Ana menüye dönün (Döndür'e gidin ve Set tuşunu basılı tutun).
    NOT: Tam bir zaman ayarı için, ilgili yazılımda görüntülendiği gibi saati bilgisayarla eşleştirin (cihazı bağlı kablo aracılığıyla bilgisayara bağlayın). Yazılımı açın ve Kur | Aygıt Kimliği | Aygıt. Ardından, Çevrimiçi Denetim |'nı seçin ve basın Zaman. Bilgisayar Saatiyle Eşitle seçeneğini işaretleyin ve Düzenle 'yebasın.
  3. Daha sonra, her iki aleti de tek açılı ölçüm moduna ayarlayın. Ayarlar'ı seçin (Set tuşunu basılı tutun) | Açılar | | ayarla Tekli (Menü tuşuyla onaylayın). Ana menüye dönün (Döndür'e gidin ve Set tuşunu basılı tutun).
    1. Çalışılan bitki örtüsü gölgeliği içindeki yaprak açısı eğiminin tahmin edilmesi gerekiyorsa, Instrument_2 (gölgelik altı okumaları) çok açılı ölçüm moduna ayarlayın. Ayarlar'ı seçin (Ayarla tuşuna basın) | Açılar (Ayarla düğmesine basın). Ardından, Çoklu'ya (Menü tuşuyla onayla) seçin ve ardından ana menüye dönün (Döndür'ü seçin ve Ayarla tuşunu basılı tutun).
  4. Gölgelik altı ölçümlerin konumlarıyla ilgili bir kayıt gerekiyorsa, ilgili GPS cihazını açın (ayrıntılı talimatlar ve Malzeme Tablosuiçin aşağıdaki bölümlere bakın); değilse, 3.5 adımına atlayın.
    1. Gölgelik altı okumaları (Instrument_2) almak için kullanılan aygıtta görüntülenen sürenin bilgisayarla eşleştiğinden emin olun.
      NOT: Çalışılan konumdaki saat dilimini yansıtmak için saat doğru ayarlanmalıdır.
    2. GPS cihazını aç ve geçerli konum bulunana kadar bir dakika bekle. GPS cihazında görüntülenen konumu kontrol edin.
      NOT: Hassasiyet, çalışılan bitki örtüsünün gölgeliğinin yoğunluğuna bağlı olarak kullanılır.
    3. Tüm alan ölçümlerini yaparken hem gölgelik altı okumaları (Instrument_2) almak için kullanılan LP 110'u hem de GPS cihazını taşıyın.
    4. Tüm alan ölçümlerini yaptıktan sonra, her iki cihazı da (Instrument_2 ve GPS cihazı) bilgisayara bağlayın. LP 110 Kılavuzu ve Kullanım Kılavuzu, Çalışma talimatları bölüm35'egöre ilgili yazılımdaki verileri indirin ve işleyin (bkz. Malzeme Tablosu).
  5. Her alan ölçüm kampanyasına başlamadan önce her iki aleti de bölüm 1.1 ve 1.2'ye göre kalibre edin.
    NOT: Kalibrasyon zaten yapıldıysa, 3.5.1 adımına atlayın.
    1. Hem LAI sensör hem de dahili eğim ölçer kalibre ettikten sonra, hem LP 110 cihazlarını (Instrument_1 hem de Instrument_2) birbiriyle kalibre edin.
      1. Her iki cihaz için de ana menüden Ayarlar'ı seçin (Ayarla tuşuna basın) ve Lai Kalibrasyon'u seçin (Ayarla düğmesine basın). Ardından, her iki cihazı da dikey konumda yatay bir düzlemde tutun ve Instrument_2 cihazın ekranında gösterilen değerleri elde etmek için Instrument_1'daki Ayarla tuşuna (referans okumalar) tekrar tekrar basarak sabit değeri (ekranda C olarak işaretlenmiş) ayarlayın. Ardından, Menü düğmesine basın ve ana menüye dönün (Döndür'ü seçin ve Ayarla tuşunu basılı tutun).
  6. Güneşli havalarda, tüm gölgelik üstü okumaları alırken doğrudan güneş ışığının görüş kısıtlama kabına girmesini önleyin (bkz. Şekil 1).
    NOT: Çift sensör ölçüm modu için, yanlış ışınlama değerlerinin elde etmesini önlemek için standart bulutlu, gün doğumundan önce veya gün batımından sonra(Şekil 2)sabit ışık koşullarında hem yukarıda hem de alt gölgelik okumaları alın.
  7. Instrument_1 açık bir alana veya çalışılan gölgeliklerin üzerine (örneğin, iklim direğinin üstüne) yerleştirilmiş bir tripoda dikey olarak takın.
    NOT: Bu cihaz sürekli olarak referans değerleri (yani gölgelik üstü okumaları) kaydeder.
    1. İlk olarak, ana menüde Ayarlar'ı seçin (Ayarla tuşuna basın) ve sonra Otomatik aralık'ı seçin (yine Ayarla tuşuna basın). Ardından, Ayarla tuşuna art arda basın ve ardından başvuru değerlerini otomatik olarak günlüğe kaydetmek için gerekli aralığı seçmek için Menü düğmesini basılı tutun (10 ila 600 sn).
      NOT: Işık koşulları hızla değişirse ölçümlerin doğruluğunu artırmak için referans okumalarını otomatik olarak günlüğe kaydetmek için daha kısa bir zaman aralığı ayarlayın.
    2. Menü tuşuna basın, Döndür 'üseçin ve ana menüye dönmek için Ayarla düğmesini basılı tutun.
    3. Daha sonra, ana menüde Ölçü'nün öğesini seçmek için Menü düğmesine (Ayarla tuşunu basılı tutun) art arda basın. Ardından, doğru LAI sensör konumunu (yani, zenith açısı 0°) aramaya başlamak için Otomatik Lai Ref.'yi seçin (Ayarla tuşuna basın).
      NOT: Geçerli ışınım değeri ekranda görünür. Bu değer henüz cihazın dahili belleğinde depolanmaz (ölçüm modu şu anda tetiklenir).
    4. Ekranı kontrol edin, cihazı hem sola hem de sağa ve ileri ve geriye doğru eğin. X ve Z eksenleri tarafından tanımlanan zenith açısına sıfır veya 5 değerinden daha az (yani, 5 değerinin altındaki hem X hem de Z eksenleri) ulaştıktan sonra, cihazı yukarıda belirtilen konumda sıkıca sabitleyin ve ardından Set tuşuna basın.
      NOT: Bu adımdan itibaren, referans değerleri (yani gölgelik üstü okumalar) otomatik olarak kaydedilir ve önceden tanımlanmış zaman aralığında saklanır (her okuma bipleme eşlik eder). Instrument_1 belirlenen konumundan sapmalardan kaçının; aksi takdirde, referans ölçümü kesintiye uğrar. Doğru konuma çok dar bir aralıkta (mm) ulaşılabilir olduğu düşünüldüğünde, bu adım sıkıcı olabilir.
  8. Daha sonra, Instrument_2 kullanarak bitki örtüsü gölgeliğinin (gölgelik altı okumalar) altında iletilen ışınlamayı ölçmeye başlayın.
    NOT: Tüm gölgelik altı okumalar sırasında, lai sensörünün görüş alanının (Instrument_2) referans okumalarının LAI sensörü (Instrument_1) ile aynı yönünü koruyun, örneğin, kuzeye dik olarak.
    1. Gölgelik altı okumalar için konumları tanımlayın ve cihazın LAI sensörünü kullanarak ışık geçirgenliği değeri ölçümlerini başlatın.
      NOT: Farklı gölgelik yapılarındaki LAIe alan ölçümlerinin deseni Černý ve ark.36 ve Fleck ve ark.37'dekapsamlı bir şekilde açıklanmıştır.
    2. Ana menüde Ölçü 'nün (Ayarla tuşuna basın) ve Lai 'yiseçin. Gölgeliğin altındaki iletilen ışınım ölçümü modunu etkinleştirmek için Ayarla tuşuna basın.
      NOT: Geçerli ışınım değeri ekranda görünür. Bu değer henüz cihazın dahili belleğinde depolanmaz (şu anda yalnızca ölçüm modu tetiklenir).
    3. Gölgeliğin altındaki iletilen ışınlığın değerini elde etmek için Set tuşuna tekrar basın ve doğru LAI sensör konumunu (yani, zenith açısı 0° ) bulmak için hem dahili eğimölçer hem de ses göstergesini tetikleyin.
      NOT: Aynı anda, LAI sensörünün mevcut konumu hem X hem de Z eksenleri için ekranda görünür.
    4. Ardından, cihazı zemin yüzeyine dik olarak tutun ve lai sensörünün zirveye işaret etmesi için.
      NOT: Ses göstergesi doğru zenith açısına yaklaşarak tonunu artırır.
    5. Ekranı kontrol edin, cihazı hem sola hem de sağa, ileri ve geriye doğru eğin. Tüm alt gölgelik okumaları, hem X hem de Z eksenleri tarafından tanımlanan zenith açısı sıfıra veya 5'ten aza ulaştığında (fipleme tonu durduğunda) otomatik olarak elde edilir ve depolanır.
      NOT: Doğru konuma çok dar bir aralıkta (mm) ulaşılabilir olduğu düşünüldüğünde, bu adım sıkıcı olabilir.
  9. 3.8.3-3.8.5 adımlarını izleyerek iletilen ışınlığın (yani gölgelik altı okumaların) daha fazla ölçümünü almaya devam edin.
  10. Aşağıdaki gölgelik ölçümlerini (Instrument_2) aldıktan sonra, ana menüye dönmek için Return seçilincaya kadar Menü düğmesine ve Menü tuşuna art arda basın ve ardından Ayarla düğmesine basın.
    NOT: Tüm referans okumalarını (Instrument_1) tamamladıktan sonra, Instrument_2 için olduğu gibi kullanın.
  11. Veriler her okumadan sonra cihazın belleğine kaydedilir. Herhangi bir veri silmeden cihazı güvenli bir şekilde kapatmak için Menü düğmesini en az 1 sn basılı tutun.
  12. Cihazı bilgisayara bağlayın; verileri karşıdan yükleyip işleyin. Alan ölçümü ve LAIe hesaplamasının bir örneği bölüm 4'te açıklanmıştır.

4. Alan ölçümü ve LAIe hesaplamasının bir örneği

  1. Gölgelik altı ölçümler almak için ölçüm noktalarını tanımlayın. Farklı boyutlardaki boşlukların neden olduğu bitki örtüsü gölgeliğinin heterojenliğini yakalamak için ölçüm düzenini transeksiyonda (veya normal bir ızgarada) eşitlikçi ölçüm noktalarıyla düzenleyin.
    NOT: Şekil 3'tehomojen bir gölgelik ile sıralara ekilen bitki örtüsüne uygun bir transect düzeni tasvir edilir. Ölçüm düzeni hakkında daha fazla bilgi için Černý vd.36 ve Fleck vd.37'yi takip edin.

Figure 3
Şekil 3: Homojen bitki örtüsünde LAIe'leri tahmin etmek için Transect'in düzeni. Transect I-IV: transect'in numarası; Χ: gölgelik altı okuma almak için ölçüm noktası. İlk on pozisyon etiketlenir (1Χ-10Χ). Transects, bitki sıralarına dik olarak yönlendirilmelidir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

  1. Sırasıyla bölüm 2 veya bölüm 3'e göre tek veya çift sensör modunu kullanarak hem yukarıda hem de gölgelik altı ölçümler yapın.
  2. Tüm alan ölçümlerini tamamladıktan sonra, LAIe'yi tahmin etmek için tek veya çift sensör modunda kullanılan LP 110 cihazlarından verileri bilgisayara indirin.
    NOT: Çift sensör modu için, her iki cihaz için de (örneğin, Instrument_1 ve Instrument_2) aşağıda belirtilen adımları izleyin.
    1. Cihazı bağlı kablodan bilgisayara bağlayın.
      NOT: Çift sensör modu için, önce referans ölçümleri (yani gölgelik üstü okumalar) almak için kullanılan cihazı bağlayın.
    2. İlgili yazılımı açın (bkz. Malzeme Tablosu)ve ana çubuktaki Kurulum tuşuna basın. Ardından, Aygıt Kimliği 'niseçin ve basın.
      NOT: Cihaz: LaiPen sol alt köşede görünür.
    3. Aygıt düğmesine basın ve ardından İndir 'itıklatın.
      NOT: Yazılım ayrıca kullanıcının sol alt köşede görüntülenen Notlar başlıklı sayfadaki tüm açıklamaları yazmasını sağlar. Yazılım, yukarıdaki gölgelik okumalarını ölçüm süresine göre her bir gölgelik altı (geçirgenlik) okumasıyla otomatik olarak eşleştirir.
    4. Ana menüdeki Dosya simgesine basın; öğesini seçin ve Dışa Aktar'ı tıklatın. Ardından, ALAI işaretini işaretleyin ve verileri vermek için Tamam'a basın.
      NOT: Dışa aktarılan dosyada (txt., xls.), yukarıda ve alt gölgelik okumalarında (iletilen ışınım) sırasıyla Ref. Yoğunluğu ve geçirgenliğiolarak işaretlenmiştir.
  3. Transect (veya ızgara) içindeki her ölçüm noktası için geçirgenlik(t)değerini denklem 1'e göre hesaplayın: t = I / Io (bitki örtüsünün üzerindeki olay ışınlanmasına bölünen gölgeliğin altına iletilen ışınlama) t1, t2,..., tn, burada n: gölgelik altı ölçüm noktalarının sayısıdır.
  4. Çalışılan bitki örtüsü gölgeliğinin ortalama geçirgenliğini (T) hesaplayın, örneğin, ilk transeksiyonda (T1): T1 = (t1 + t2...+ tn) / n, burada n: ilk transekt içindeki gölgelik altı ölçüm noktalarının sayısıdır.
    NOT: Ölçümler birden fazla transeksiyonda yapılırsa, tüm transect'lerle (T2, T3ve T4)aynı şekilde devam edin.
  5. Işınlama yoğunluğu çalışılan gölgelikten geçerken katlanarak azaldığından, değiştirilmiş Bira-Lambert yokoluş yasasını izleyerek LAIe'yi hesaplayın (bkz. denklem 2).
    1. İlk olarak, çalışılan bitki örtüsü gölgeliğinin ortalama geçirgenlik değerinin(T)logaritma'sını bulun, örneğin, ilk transeksiyonda (T_I): T_I = - Ln T1.
      NOT: Ölçümler birkaç transectste alınırsa, tüm transects ile aynı şekilde devam edin (örneğin, T_II = - Ln T2; T_III = - Ln T3; T_IV = - Ln T4).
      1. Tüm bireysel transectlerden ortalama geçirgenlik değerini (T) hesaplayın: T = [(- ln T_I) + (- ln T_II) + (- ln T_III) + (- ln T_IV)] / 4.
    2. Daha sonra, denklem 2'ye göre her bitki türü için belirtilen bir yokoluş katsayısı kullanarak nihai LAIe değerini hesaplayın.
      NOT: Ana ağaç türleri için yok olma katsayıları Bréda9'da listelenmiştir. Orman standlarında, LAI gerçek LAI değerini elde etmek için 29 , 30 , 31,32,33, 34sürgünleri içindeki asimilasyon aparatının topaklanma etkisi nedeniyle LAIe düzeltilmelidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Test edilen her iki cihazdan elde edilen mekansal yapı, çalışılan tüm arazilerde, yani yukarıdan (A) inceltilmiş, aşağıdan (B) inceltilmiş ve herhangi bir silvikültürel müdahale olmadan bir kontrolde farklılık göstermiş (C; daha fazla ayrıntı için Tablo 2'ye bakın). Stand düzeyinde, LP 110 ve Plant Canopy Analyzer'dan elde edilen LAI değerlerindeki benzer farklılıklar, ANOVA ve Tukey'in testi kullanılarak çeşitli yoğunluklara (A vs.B) sahip inceltilmiş araziler arasında doğrulandı. Bitki Gölgelik Analizörü için, kontrol grafiğinde silvikültürel müdahale olmadan inceltilmiş olanlara göre (A, B) önemli ölçüde daha yüksek LAI değerleri gözlenmiştir. Ancak, değerler denetim grafiğinde LP 110'dan elde edilen LAI'yi önemli ölçüde aştı. LP 110 için LAI, C ve B tedavilerinde önemli ölçüde farklılık görmedi. Aksine, C ve A çizimleri arasında LAI değerlerinde önemli bir fark bulunmuştur. Genel olarak, çalışılan standlarda uygulanan inceltme tedavilerinden sonra LAI önemli ölçüde azaldı. LP 110 (LaiPen LP110) kullanılarak tahmin edilen LAI, A grafiğinde daha belirgin bir şekilde azalırken, Çözümleyici'den (LAI-2200 PCA) elde edilen LAI değerleri B grafiğinde daha fazla azaldı. Bununla birlikte, kaydedilen bu farklılıklar hafifti (Şekil 4).

Figure 4
Şekil 4: LP 110 ve Norveç'teki Plant Canopy Analyzer optik cihazları kullanılarak tahmin edilen LAI değerleri farklı silvikültürel tedaviler altında durmaktadır. LAI'yi tahmin etmek için, çalışılan her standda 81 gölgelik altı okuma alındı. A: Yukarıdan inceltme; B: Aşağıdan inceltme; C: Kontrol arsası. Noktalar ortalama LAI değerini ifade eder. Bıyıklar standart sapmaları gösterir. Çeşitli harfler, Tukey'in Post-hoc testini kullanan silvikültürel tedaviler ve farklı optik aletler arasında önemli farklılıklar (p < 0.05) göstermektedir. Bu rakam Černý ve ark.20'den değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

LAI değerlerinin mekansal değişkenliği, saf Norveç ladin direği standlarındaki her inceltme tedavisi için Şekil 5'te gösterilmiştir.

Figure 5
Şekil 5: LP 110 ve Bitki Gölgelik Analizörü kullanılarak çalışılan ladin gölgeliği altında bireysel ölçüm noktaları düzeyinde tahmin edilen LAI'nin mekansal heterojenliği. A: Yukarıdan inceltme; B: Aşağıdan inceltme; C: Kontrol arsası. Okların üstündeki sayılar, normal ızgaradaki ölçüm noktalarının yanal yan uzunluğunu ve aralığını belirtir. Bu rakam Černý ve ark.20'den değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

LP 110, A ve C arazilerinde sırasıyla LAI'yi %7,4 ve %10,6 oranında hafife aldı. Aksine, bu cihaz B arsasında bitki gölgelik analizöründen elde edilen LAI stand değerini% 3.7 oranında abarttı. Uygulanan inceltme arıtımından bağımsız olarak tüm LAI değerlerinden elde edilen toplam ortalamalar hesaplandıysa ve daha sonra karşılaştırıldıysa (LP 110 ve Tesis Gölgelik Analizörü), LP 110 cihazı Bitki Gölgelik Analizörü tarafından elde edilen LAI'yi% 5.8 oranında hafife aldı. Daha sonra, normal ızgara içinde düzenlenmiş bireysel noktaların üzerinde ölçülen belirli LAI değerlerindeki farklılıklar her iki enstrüman için de hesaplandı ve bu sapmalar daha sonra yüzde olarak ifade edildi. Bu koşullar altında, LP 110 ve Bitki Gölgelik Analizörü tarafından ölçülen LAI değerleri derinden farklılık gösterdi (Tablo 1).

Silvikültürel tedavi Orman standı LAI LaiPen LP 110'dan LAI arasında, bireysel ölçüm noktaları düzeyinde LAI-2200 PCA'ya kıyasla göreceli farklılıklar (%)
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)

Tablo 1: Stand seviyesinde ortalama LAI ve LP 110 ile Tesis Gölgelik Analizörü arasında bireysel ölçüm noktaları düzeyinde % olarak ifade edilen LAI farklılıkları. A: Yukarıdan inceltme; B: Aşağıdan inceltme; C: Kontrol arsası. Bu tablo Černý ve ark.20'den değiştirilmiştir.

LP 110 ve Plant Canopy Analyzer kullanılarak belirli bir nokta düzeyinde ölçülen tüm LAI verileri için, kullanılan her iki cihaz arasında doğrusal regresyon gerçekleştirildi. y = 0.8954x doğrusal gerilemesi (R2 = 0.94; RMSE = 2.11438) test edilen her iki enstrümandan da tüm LAI verileri için bulunmuştur (Şekil 6).

Figure 6
Şekil 6: LP 110 ve Plant Canopy Analyzer'dan gelen LAI değerleri arasındaki doğrusal gerileme, çalışılan Norveç ladin direği standlarında bireysel ölçüm noktaları düzeyindedir. Bu rakam Černý ve ark.20'den değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Coğrafi koordinatlar 49°29'31" N, 16°43'30" E
Yükseklik 610-625 m a. s. l.
Ortalama yıllık hava sıcaklığı 6,5 °C
Ortalama yıllık yağış 717 mm

Tablo 2: Çalışma alanının özellikleri. Bu tablo Černý ve ark.20'den değiştirilmiştir.

Arsa Stand yaşı (yıl) Stand yoğunluğu (ağaçlar ha-1) Yükseklik (m) DBH (cm) BA1.3 (m2·ha-1) Büyüyen stok (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

Tablo 3: Çalışılan standların 2014 yılında 25 m x 25 m'lik bir alanı kapsayan dendrometrik ve yapısal özellikleri. Çalışılan her standda, standart bulutlu gökyüzü altında düzenli bir ızgarada (3 m x 3 m) 81 gölgelik altı okuma alındı (daha fazla ayrıntı için Černý ve ark.20'yitakip edin). Tüm LAI ölçümleri, LAI değerlerinin en kararlı olduğu Temmuz ve Ağustos aylarında9,38. A: Yukarıdan inceltme; B: Aşağıdan inceltme; C: Kontrol arsası; DBH: meme yüksekliğinde gövde çapı; BA1.3: meme yüksekliğinde bazal alan. Stand seviyesindeki BA1.3 için, çalışılan standda sunulan her ağacın bazal alanları şöyle hesaplanır: BA1.3 = (∏*DBH2)/4, özetlenmiştir. Bu tablo Černý ve ark.20'den değiştirilmiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

LAI'yi tahmin etmek için yeni sunulan bir cihaz olarak LP 110 (veya PAR yoğunluk ölçümleri almak) ile LAI-2200 PCA arasında, LAI'yi dolaylı bir yöntemle tahmin etmek için önceki standart LAI-2000 PCA'nın geliştirilmiş bir sürümü olarak farklar nelerdir? LP 110'a kıyasla Tesis Gölgelik Analizörü için fiyatın yaklaşık dört kat daha yüksek olmasının ötesinde, çıkış parametrelerinin sayısı, ölçüm koşulları, metodolojik yaklaşımlar ve farklı gölgelikler için LAI'yi tahmin etme olanakları, sonuçların doğruluğu vb.

Donanımı karşılaştırırken, LP 110 daha kullanıcı dostu görünüyor. LP 110 daha hafif bir cihazdır ve sensörler ile veri kaydedici arasında herhangi bir kablo bağlantısı gerektirmez. Her iki sensör de (örneğin, LAI ve PAR ölçümleri için; bkz. Şekil 1)cihazın gövdesine entegre edilmiştir ve operatörün çalışılan ekosistem boyunca (örneğin çalılarda veya yoğun ormanlarda) kolayca hareket etmesini sağlar. Okuma değeri doğruluğunu sağlamak için doğru sensör konumu ve değer depolaması gereklidir. Sensör yakınsa veya hedef konumdan uzaksa, bu konum (zenith veya önceden ayarlanmış açılarda) değişen bir ses frekansı ile tanımlanır. En yoğun ses altında bile (ses seviyesi düzeltilebilir), tutulan LP 110 otomatik olarak okuma değerini kaydeder. Aksine, Bitki Gölgelik Analizörü için doğru sensör konumunu bulmak, elde tutulan bir çubukta manuel kabarcık seviyesi ile yapılmalıdır. Operatör, kabarcık seviyesini kontrol ederken okuma değerini aynı anda kaydetmek için düğmeye basmalıdır. Bununla birlikte, düğmeye basıldığında doğru sensör konumu rutin olarak kaybolur ve bu da okuma değerinin doğruluğunun azalmasına neden edilir. LP 110 okumalarını almak için bir kabarcık seviyesini görsel olarak kontrol etmek gerekli olmadığından, kullanıcının doğal veya yapay rejenerasyon, uzun otsu veya çalı katmanlarının gölgeliklerini ölçmesini sağlayan bir uzatma çubuğunda cihazı tutma imkanı da vardır. Bu durumda, değişen ses frekansı temel alınarak doğru sensör konumu bulunabilir.

LP 110 ve Tesis Gölgelik Analizörü arasında LAI sensör yapısı açısından, özellikle sensör hassasiyeti ve sensörlerin görüş alanları (FOV) açısından farklılıklar vardır. Bitki Gölgelik Analizörü'nün LAI sensörü açık havaya maruz kalırsa, genellikle sabahın erken saatlerinde açık alanlarda meydana gelen yüksek hava nem koşulları altında sislenebilir. Aksine, LP 110'un LAI sensörü, kısıtlayıcı görüş kabının içinde bulunduğundan sis içermez (Şekil 1). LP 110'un LAI sensörünün kısıtlayıcısı çıkarılabilir olsa da, sabit bir FOV'a sahiptir; bununla birlikte, Bitki Gölgelik Analizörü'nün LAI sensörünün FOV'u, farklı kısıtlayıcılar (opak görünüm kapakları) kullanılarak hem azimuthal hem de zenith yönlerinde ve veri sonrası işlem sırasında bir maskeleme prosedürü kullanılarak değiştirilebilir. LP 110'un LAI sensörünün FOV'u (Şekil 1) nispeten dar olmasına ve Bitki Gölgelik Analizörü'ne kıyasla manipüle edilememesine rağmen, bu sensörün hassasiyeti yaklaşık on kat daha yüksektir. Bu daha yüksek LAI sensör hassasiyeti, kullanıcının düşük ışınlanma koşulları altında LP 110 kullanarak ölçümler almasını ve ayrıca örneğin dar orman yollarında veya hatlarında son derece dar açık arazilerde gölgelik üstü (referans) okumalar almasını sağlar. Ayrıca, yukarıdaki gölgelik altı okuma oranı daha yüksektir, bu da ölçülen geçirgenliğin doğruluğunun artmasına ve böylece daha iyi LAIe tahminine yol açabilir. Öte yandan, LP 110'un LAI sensörünün dar FOV'u sayesinde transekt başına gölgelik altı okuma sayısını artırmak gerekir.

LP 110 ve Bitki Gölgelik Analizörü arasında bazı benzerlikler vardır. örneğin, ölçüm koşullarında ve LAI sensörünün zenith açısı görünümünün modifikasyonlarında (LP 110 için 0°, 16°, 32°, 48° ve 64° yönlerde; ve Bitki Gölgelik Analizörü için 7°, 23°, 38°, 53° ve 68° ) kanopi elemanlarının eğim açısını ölçmek için. Bitki Gölgelik Analizörü'ne benzer şekilde, LP 110 ışık yansımasının etkisini azaltır ve belirli sensör dalga boyu özellikleri nedeniyle ışığın gerçek bir ışık emilim kısmını yapraklar tarafından ölçer. SunScan, AccuPAR, TRAC39veya DEMON9,40 (daha fazla ayrıntı için bkz. Malzeme Tablosu)gibi diğer optik tabanlı cihazlar, ışık yansıtıcılığına bakılmaksızın nispeten daha geniş ışık aralıkları altında ölçülür. Çift sensör modunda, LP 110 ve Plant Canopy Analyzer için sırasıyla 10-360 s ve 5-3.600 s arasında değişen zaman aralıklarında gölgelik üstü (referans) okumalar almak için normalde açık bir alana yerleştirilmiş bir sensörle otomatik ölçümler yapmak mümkündür ve tek tek ölçümlere GPS konumları ekleme imkanı vardır. Her iki cihaz için de, LAIe'yi ölçmek imkansızdır: i) yağmur koşullarında ve hemen sonra, gövdeler de dahil olmak üzere ıslak gölgelik elemanları gölgeliğin altındaki hem ışık yansıtıcılığını hem de geçirgenlik değerlerini artırdığından; bu nedenle, gerçek LAIe bu koşullar altında küçümseniyor; ii) Gölgelik elemanların hareket ettiği rüzgarlı koşullar sırasında ve iletim değerleri sensör konumu stabil olsa bile büyük ölçüde değişir ve iii) ışık koşullarının hızla değiştiği dengesiz sinoptik durumlar sırasında. Sensörün dar FOV'undan dolayı LP 110 için son durum çok sınırlayıcı değildir. Ayrıca, engellerin bir mesafesi göz önünde bulundurulmalıdır. Ancak, uygun bir sensör yönü sorunu azaltıyor. Her iki cihaz için de, özellikle gün doğumuna veya gün batımına yakın güneşli bir günde LAIe'yi tahmin etmek mümkündür. Doğrudan güneş ışınlarının kısıtlayıcı kapak yuvasından LAI sensörüne girebildiği gün ortası hariç, LAIe ölçümleri almak tüm gün boyunca mümkündür; LAI sensörü dik olarak güneşe (LP 110 ile ilgili) veya operatörün arkasına (Tesis Gölgelik Analizörü için uygun) yönelik olsa bile. Ancak, Leblanc ve Chen41 tarafından sunulan bazı düzeltme prosedürleri uygulanmalıdır. Yukarıdaki gölgelik okumaları kısa bir süre boyunca (yaklaşık 1-2 dk) % ±20'den fazla değişirse, LAIe ölçümlerini almaya devam etmek, beklenen son derece yüksek LAIe tahmin hatası nedeniyle işe yaramaz. Bu sorun, aynı doğru zaman kurulumu ve kalibrasyona sahip iki ünite kullanan çift sensör modundaki gölgelik altı ve üstü okumaların hassas bir senkron tahminiyle önlenebilir. LP 110'u kullanarak LAIe'yi tahmin etmek için bir sonraki kritik adım, özellikle tek sensör modu için gölgelik üstü okumalar için uygun bir açık alan seçimidir (gölgelik altı okumalar arasındaki maksimum zaman gecikmesi, yani orman standı ve açık arsa, 15-20 dakika olmalıdır), burada açık alanın boyutu sensör FOV'a saygı göstermelidir. Bunun yanı sıra, LP 110 Bitki Gölgelik Analizörü'ne benzer, LAIe'yi çok yoğun (yani, 7.88'in üzerindeki stand seviyesinde LAIe)23, çok düşük gölgelik çayırlarında veya% 1'in altındaki geçirgenliği doğru bir şekilde tahmin etmek için uygun değildir.

Bir zaman girişi ile gölgeliğin altındaki olay ışığı ve ışık geçirgenliğinin elde edilen tüm değerleri, belirli bir yazılım kullanılarak işlenir ve özellikle Bitki Gölgelik Analizörü ile birçok çıkış parametresi sağlar. Aksine, LP 110'dan elde edilen verilerin işlenmesine yönelik yazılımın, Bitki Gölgelik Analizörü ile ilgili yazılım gibi daha otomatik ve kullanıcı dostu olması için geliştirilmesi gerekir. Ayrıca, sensör FOV'un değiştirilmesi veya ayarlanması için üretici tarafından LP 110 için kısıtlama kabının değiştirilmesi önerilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok. Temsili sonuçlar Černý, J., Krejza, J., Pokorný, R., Bednář, P. LaiPen LP 100 makalesinden kullanılmıştır - etalon ile karşılaştırıldığında orman ekosistemi yaprak alanı indeksini tahmin etmek için yeni bir cihaz: Metodolojik bir vaka çalışması. Orman Bilimleri Dergisi. 64 (11), 455-468 (2018). DOI: 10.17221/112/2018-JFS Orman Bilimleri Dergisi yayın kurulunun tür iznine dayanarak.

Acknowledgments

Yazarlar, bu protokoldeki temsili sonuçları orada yayınlanan makaleden kullanmamızı teşvik ettiği ve yetki verdiği için Orman Bilimleri Dergisi yayın kuruluna borçludur.

Araştırma, Çek Cumhuriyeti Tarım Bakanlığı, kurumsal destek MZE-RO0118, Ulusal Tarımsal Araştırma Ajansı (Proje No. QK21020307) ve Avrupa Birliği'nin Horizon 2020 araştırma ve inovasyon programı (952314. hibe anlaşması).

Yazarlar ayrıca, makaleyi geliştiren yapıcı eleştirileri için üç isimsiz yorumcuya teşekkür eder. Buna ek olarak, saha ölçümlerine yardımcı olduğu için Dusan Bartos, Alena Hvezdova ve Tomas Petr'e ve işbirliği ve cihaz fotoğrafları sağlayan Photon Systems Instruments Ltd. şirketine teşekkür ederiz.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Muiruri, E. W., et al. Forest diversity effects on insect herbivores: Do leaf traits matter. New Phytologist. 221 (4), 2250-2260 (2018).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Chen, J. M., Black, T. A. Defining leaf-area index for non-flat leaves. Plant, Cell and Environment. 15 (4), 421-429 (1992).
  8. Welles, J. M., Cohen, S. Canopy structure measurement by gap fraction analysis using commercial instrumentation. Journal of Experimental Botany. 47 (9), 1335-1342 (1996).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Pokorný, R., Šalanská, P., Janouš, D., Pavelka, M. ALAI-02D - a new instrument in forest practice. Journal of Forest Science. 47, 164-169 (2001).
  20. 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).
  21. Larcher, W. Physiological plant ecology. Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups. , Springer-Verlag. Berlin Heidelberg. (2003).
  22. Taiz, L., Zeiger, E. Plant Physiology. 5th edition. , Sinauer Associates. Sunderland, Mass. 623 (2010).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Hirose, T. Development of the Monsi-Saeki theory on canopy structure and function. Annals of Botany. 95 (3), 483-494 (2005).
  27. Pierce, L., Running, S. rapid estimation of coniferous forest leaf area index using a portable integrating radiometer. Ecology. 69 (6), 1762-1767 (1988).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Photon Systems Instruments Ltd. PSI LaiPen LP 110 Manual and User Guide. , 45 (2016).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).

Tags

Çevre Bilimleri Sayı 173 dolaylı optik yöntem tek sensör modu çift sensör modu ışık geçirgenliği bitki örtüsü gölgeliği zenith açısı Bira-Lambert yasası
Bitki Örtüsü Gölgeliğinde Optik Cihaz Kullanılarak Etkili Yaprak Alanı İndeksinin Alan Ölçümü
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Černý, J., Pokorný,… More

Černý, J., Pokorný, R. Field Measurement of Effective Leaf Area Index using Optical Device in Vegetation Canopy. J. Vis. Exp. (173), e62802, doi:10.3791/62802 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter