Mesure sur le terrain de l’indice effectif de la surface foliaire à l’aide d’un dispositif optique dans la canopée végétale
29 juillet 2021
L’estimation rapide et précise de l’indice de surface foliaire (LAI) dans les écosystèmes terrestres est cruciale pour un large éventail d’études écologiques et l’étalonnage des produits de télédétection. Voici le protocole d’utilisation du nouveau dispositif optique LP 110 pour prendre des mesures LAI in situ au sol.
Ce protocole introduit le dispositif récemment développé LaiPen LP 110 pour l’estimation de l’indice de surface foliaire par méthode optique indirecte, et le compare à l’analyseur de canopée de plante LAI-2200 standard. Le nouvel appareil prend facilement les lectures au-dessus et au-dessous de la verrière, en raison de sa plus grande sensibilité, de son inclinomètre numérique intégré et de l’enregistrement automatique des lectures à la bonne position. Le contrôle de fonctionnement est également intuitif.
Le manuel est nécessaire. Pour la préparation de la conception de la mesure, une brève étude planifiée de la structure de la canopée avant sa mesure est recommandée à l’opérateur. Commencez par allumer les deux instruments en maintenant la touche Set enfoncée pendant au moins une seconde.
Recherchez Paramètres dans le menu principal en appuyant à plusieurs reprises sur le bouton Menu et réglez la date et l’heure actuelles des deux instruments en appuyant sur Définir, Heure, Définir. Ensuite, choisissez Retour et maintenez la touche Définir enfoncée pour revenir au menu principal. Ensuite, réglez les deux instruments sur un seul mode de mesure d’angle.
Sélectionnez Paramètres en maintenant la touche Définir enfoncée, puis appuyez sur Angles, Définir, Simple et confirmez avec la touche Menu. Choisissez Retour et maintenez la touche Définir enfoncée pour revenir au menu principal. Après avoir étalonné à la fois le capteur LAI et l’inclinomètre intégré, calibrez les deux appareils LP 110, l’instrument un et l’instrument deux l’un avec l’autre.
Sélectionnez Paramètres dans le menu principal en appuyant sur la touche Définir, choisissez Étalonnage LAI, puis appuyez sur le bouton Définir. Ensuite, maintenez les deux appareils dans un plan horizontal en position verticale et ajustez la valeur constante marquée comme C sur l’écran en appuyant à plusieurs reprises sur la touche Définir de l’instrument un, pour obtenir les mêmes valeurs que celles représentées sur l’écran de l’appareil sur l’instrument deux. Ensuite, appuyez sur le bouton Menu et revenez au menu principal.
Fixez l’instrument un verticalement à un trépied placé dans un espace ouvert ou au-dessus de la verrière étudiée. Obtenez des lectures au-dessus et au-dessous de la canopée dans des conditions de lumière constante avec un ciel couvert standard avant le lever ou après le coucher du soleil, pour éviter d’obtenir des valeurs d’irradiance incorrectes. Tout d’abord, sélectionnez Paramètres dans le menu principal, puis choisissez Intervalle automatique en appuyant sur la touche Définir.
Ensuite, appuyez à plusieurs reprises sur la touche Définir, puis maintenez le bouton Menu enfoncé pour sélectionner l’intervalle requis pour enregistrer automatiquement les valeurs de référence de 10 à 600 secondes. Définissez un intervalle de temps plus court si les conditions d’éclairage changent rapidement. Appuyez sur la touche Menu, sélectionnez Retour, puis maintenez le bouton Définir enfoncé pour revenir au menu principal.
Appuyez ensuite plusieurs fois sur le bouton Menu, en maintenant la touche Définir enfoncée pour resélectionner la mesure dans le menu principal. Ensuite, choisissez Auto LAI Ref en appuyant sur la touche Set pour rechercher la position correcte du capteur LAI. Vérifiez l’affichage, inclinez l’instrument à gauche et à droite, et vers l’avant et vers l’arrière.
Après avoir atteint l’angle zénith défini par les axes X et Z avec zéro ou moins que la valeur de cinq, fixez fermement l’appareil à la position requise mentionnée ci-dessus, puis appuyez sur la touche Définir. Pour commencer à mesurer l’irradiance transmise sous la canopée de végétation à l’aide de l’instrument deux, choisissez Mesure dans le menu principal. Appuyez sur la touche Définir et sélectionnez LAI.
Gardez l’orientation de l’instrument deux comme celle de l’instrument un. Appuyez sur la touche Set pour activer le mode de mesure de l’irradiance transmise sous la verrière. Appuyez à nouveau sur la touche Set pour obtenir la valeur de l’irradiance transmise sous la verrière et déclenchez à la fois l’inclinomètre intégré et l’indicateur sonore servant à trouver la position correcte du capteur LAI.
Ensuite, gardez l’appareil perpendiculairement au service au sol pour que le capteur LAI pointe vers le zénith. Vérifiez l’affichage, inclinez l’instrument à gauche et à droite, et vers l’avant et vers l’arrière. Toutes les lectures sous la canopée sont automatiquement acquises et stockées immédiatement une fois que l’angle zénith défini par les axes X et Z atteint zéro ou moins de cinq.
Le bip sonore s’arrête. Procéder à d’autres mesures de l’irradiance transmise qui se trouve en dessous des lectures de la canopée, en suivant les étapes pour les lectures précédentes sous la canopée mentionnées ci-dessus. Après avoir effectué les mesures de la verrière ci-dessous à l’aide de l’instrument deux, appuyez plusieurs fois sur le bouton Menu et la touche Menu jusqu’à ce que Retour soit sélectionné pour revenir au menu principal, puis appuyez sur le bouton Définir.
Les données sont enregistrées dans la mémoire de l’instrument après chaque lecture. Maintenez le bouton Menu enfoncé pendant au moins une seconde pour éteindre l’appareil en toute sécurité sans effacer aucune donnée. Pour l’analyseur de canopée végétale, des valeurs de LAI significativement plus élevées ont été observées dans la placette témoin, sans intervention sylvicole dans les parcelles minces.
Pour le LP 110, l’indice de surface foliaire ne différait pas significativement dans les traitements C et B. Pour le LP 110, une différence significative dans les valeurs de l’indice de surface foliaire entre les diagrammes C et A a été trouvée. Généralement, l’indice de la surface foliaire a considérablement diminué après l’application de traitements d’amincissement dans la position étudiée.
Les valeurs de l’indice de surface foliaire enregistrées à l’aide de LP 110 et de Plant Canopy Analyzer pour chaque traitement d’éclaircie dans les peuplements de poteaux d’épinette de Norvège pure présentaient une variabilité spatiale. Une régression linéaire a été effectuée pour toutes les données de l’indice de surface foliaire mesurées à un niveau ponctuel particulier à l’aide du LP 110 et de l’analyseur de canopée végétale. Assurer la mesure dans des conditions synoptiques appropriées, utiliser une zone ouverte suffisamment grande pour les lectures de référence et refléter l’hétérogénéité du peuplement et la conception des mesures pour les lectures sous la canopée.
Étant donné que les émetteurs peuvent être enregistrés sous différents angles d’inclinaison de la vue du capteur, l’orientation de l’angle des éléments de la verrière peut être calculée. Si la largeur de la couche de canopée est connue, la densité de la surface foliaire peut également être déduite.
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Aperçu
Ce protocole présente le LaiPen LP 110, un nouvel appareil permettant d'estimer l'indice de surface foliaire (LAI) par une méthode optique indirecte. Il compare le LP 110 au LAI-2200 Plant Canopy Analyzer, l'appareil de référence, en mettant en évidence ses avantages en termes de sensibilité et de facilité d'utilisation.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Écologie
- Télédétection
- Physiologie végétale
Contexte
- L'indice de surface foliaire (LAI) est essentiel pour les études écologiques.
- Des mesures précises du LAI améliorent l'étalonnage des produits de télédétection.
- Les mesures in situ basées au sol fournissent des données fiables.
- L'appareil LP 110 offre une fonctionnalité améliorée par rapport aux méthodes traditionnelles.
Objectif de l'étude
- Présenter un protocole d'utilisation du LP 110 pour l'estimation de l'indice foliaire (LAI).
- Mettre en évidence les avantages du LP 110 par rapport aux dispositifs existants.
- Faciliter des évaluations écologiques précises grâce à des techniques de mesure améliorées.
Méthodes utilisées
- Utilisation du LaiPen LP 110 pour les mesures d'indice foliaire (LAI).
- Comparaison avec l'analyseur de canopée végétale LAI-2200.
- Mesures in situ au-dessus et au-dessous de la canopée.
- Préparation du plan de mesure par un relevé de la structure de la canopée.
Résultats principaux
- Le LP 110 offre une sensibilité accrue lors des mesures.
- La mémorisation automatique des relevés améliore la précision des données.
- Des commandes intuitives simplifient le processus de mesure.
- Efficient pour les mesures au-dessus et sous la canopée.
Conclusions
- Le LP 110 est un outil précieux pour l'estimation de l'indice foliaire (LAI).
- Il surpasse les méthodes traditionnelles en termes de facilité d'utilisation et de précision.
- L'adoption de cet appareil peut améliorer les résultats de la recherche écologique.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
La mesure précise de l'indice de surface foliaire (ISF) soutient la modélisation prédictive des processus physiologiques des plantes tels que l'absorption photosynthétique et la transpiration, qui sont essentiels pour la prévision des rendements agricoles et l'évaluation de la productivité des écosystèmes. L'appareil optique LP 110 permet une estimation rapide et utilisable sur le terrain de l'ISF, avec une sensibilité améliorée et un enregistrement automatisé des données, réduisant ainsi la variabilité des données de référence utilisées pour calibrer les produits de télédétection. Cela améliore la fiabilité des données pour la surveillance à grande échelle de la végétation dans les programmes agricoles, forestiers et de recherche et développement environnemental.
Applications stratégiques en recherche et développement biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Valeur scientifique : Permet la quantification de la structure du couvert végétal afin de soutenir le criblage phénotypique dans les systèmes de bioproduction à base de plantes.
- Valeur opérationnelle : Fournit des mesures standardisées et reproductibles de l'indice de surface foliaire (LAI) pour des conditions expérimentales cohérentes entre chambres de croissance et essais en champ.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Permet le criblage à haut débit de génotypes végétaux en corrélant l'indice de surface foliaire avec l'efficacité photosynthétique et l'accumulation de biomasse.
- Valeur opérationnelle : Favorise la standardisation des tests grâce à une journalisation automatique et un positionnement assisté par inclinomètre, réduisant ainsi la variabilité dépendant de l'opérateur.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Établit un lien entre les caractéristiques structurales de la canopée et des résultats fonctionnels tels que la transpiration et la fixation du carbone chez des modèles végétaux pertinents pour les maladies.
- Valeur opérationnelle : Permet une surveillance longitudinale de la santé des plantes dans des études précliniques d'efficacité, grâce à des évaluations répétées et non destructrices de l'indice de surface foliaire (LAI).
Intégration du pipeline et du flux de travail
Le LP 110 s'intègre aux flux de travail de phénotypage végétal, depuis l'évaluation précoce de la croissance jusqu'à la prédiction de la biomasse, soutenant ainsi la prise de décisions fondées sur les données dans les processus d'amélioration des cultures et de production de composés d'origine biologique.
- Biologie de la découverte : Facilite la vérification d'hypothèses sur les relations génotype-phénotype en fournissant des données quantitatives sur l'architecture de la canopée.
- Évaluation : Fournit des résultats reproductibles et quantitatifs d'indice de surface foliaire (LAI) permettant de comparer les effets génétiques ou des traitements sur le développement des plantes.
- Analytique : Génère des données de transmittance et d'angle zénithal pouvant être utilisées pour établir des modèles de densité foliaire et d'interception lumineuse.
- Recherche translationnelle : Relie les mesures structurales précoces aux phénotypes finaux de rendement et de réponse au stress en biologie végétale translationnelle.
- Réutilisation en entreprise : Fonctionne comme un outil portable et multiplateforme pour l'harmonisation des essais sur le terrain et des installations de culture multipoints.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Améliore la confiance prédictive des modèles de croissance végétale en réduisant l'incertitude de mesure des variables clés du couvert végétal.
- Valeur opérationnelle : Augmente le débit et réduit la charge de formation grâce à des commandes intuitives et à une acquisition automatique des données.
- Valeur stratégique : Permet des décisions plus rapides d'aller/arrêt dans le choix de souche ou de génotype en fournissant des données phénotypiques fiables et opportunes.
- Impact sur le portefeuille : Favorise l'avancement ajusté au risque des candidats à la bioproduction végétale grâce à une évaluation standardisée des environnements de croissance.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une formation aux principes de mesure optique et à la géométrie de la canopée pour une interprétation valide des données.
- Dépend de conditions d'éclairage constantes (par exemple, ciel couvert) afin d'éviter les artefacts d'irradiance lors des mesures sous la canopée.
- Exige une étalonnage croisé entre les appareils pour garantir la cohérence des mesures entre différentes équipes de terrain.
- Requiert des zones de référence dégagées pour les mesures de base, ce qui limite son utilisation dans les sites fortement boisés ou obstrués.
- Les performances peuvent varier selon le regroupement de la canopée et la distribution des angles des feuilles, nécessitant des corrections spécifiques au modèle pour une inversion précise de l'indice foliaire (LAI).
