Misurazione sul campo dell'indice di area fogliare efficace utilizzando un dispositivo ottico nella chioma della vegetazione
29 luglio 2021
La stima rapida e precisa dell'indice di area fogliare (LAI) negli ecosistemi terrestri è fondamentale per un'ampia gamma di studi ecologici e per la calibrazione dei prodotti di telerilevamento. Qui è presentato il protocollo per l'utilizzo del nuovo dispositivo ottico LP 110 per effettuare misurazioni LAI in situ a terra.
Questo protocollo introduce il dispositivo di recente sviluppo LaiPen LP 110 per la stima dell'indice dell'area fogliare con metodo ottico indiretto e lo confronta con lo standard LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. Il nuovo dispositivo prende facilmente le letture sia sopra che sotto il baldacchino, grazie al suo maggiore senso di sensibilità, all'inclinometro digitale integrato e alla registrazione automatica delle letture nella posizione corretta. Anche il controllo operativo è intuitivo.
Il manuale è necessario. Per la preparazione del progetto di misurazione, si consiglia all'operatore una breve indagine pianificata sulla struttura della chioma prima della misurazione. Inizia accendendo entrambi gli strumenti tenendo premuto il tasto Set per almeno un secondo.
Trova Impostazioni nel menu principale premendo ripetutamente il pulsante Menu e imposta la data e l'ora correnti di entrambi gli strumenti premendo Imposta, Ora, Imposta. Quindi, scegli Invio e tieni premuto il tasto Imposta per tornare al menu principale. Quindi, impostare entrambi gli strumenti in una modalità di misurazione ad angolo singolo.
Selezionare Impostazioni tenendo premuto il tasto Imposta, quindi premere Angoli, Imposta, Singolo e confermare con il tasto Menu. Scegliere Invio e tenere premuto il tasto Imposta per tornare al menu principale. Dopo aver calibrato sia il sensore LAI che l'inclinometro integrato, calibrare entrambi i dispositivi LP 110, lo strumento uno e lo strumento due l'uno con l'altro.
Selezionare Impostazioni nel menu principale premendo il tasto Imposta, scegliere Calibrazione LAI e premere il pulsante Imposta. Quindi, tenere entrambi i dispositivi su un piano orizzontale in posizione verticale e regolare il valore costante contrassegnato come C sul display premendo ripetutamente il tasto Imposta sullo strumento uno, per ottenere gli stessi valori raffigurati sullo schermo del dispositivo sullo strumento due. Quindi, premere il pulsante Menu e tornare al menu principale.
Attaccare lo strumento uno verticalmente a un treppiede posto in un'area aperta o sopra il baldacchino studiato. Ottenere letture sia sopra che sotto la tettoia in condizioni di luce costante con nuvoloso standard prima dell'alba o dopo il tramonto, per evitare di ottenere valori di irraggiamento errati. Innanzitutto, seleziona Impostazioni nel menu principale, quindi scegli Intervallo automatico premendo il tasto Imposta.
Quindi, premere ripetutamente il tasto Imposta e quindi tenere premuto il pulsante Menu per selezionare l'intervallo richiesto per la registrazione automatica dei valori di riferimento da 10 a 600 secondi. Impostare un intervallo di tempo più breve se le condizioni di luce cambiano rapidamente. Premere il tasto Menu, selezionare Invio e tenere premuto il pulsante Imposta per tornare al menu principale.
Successivamente premere ripetutamente il pulsante Menu, tenendo premuto il tasto Set per riselezionare la misurazione nel menu principale. Quindi, scegliere Auto LAI Ref premendo il tasto Set per cercare la posizione corretta del sensore LAI. Controlla il display, inclina lo strumento sia a sinistra che a destra, e avanti e indietro.
Dopo aver raggiunto l'angolo zenitale definito dagli assi X e Z con zero o inferiore al valore di cinque, fissare saldamente il dispositivo nella posizione richiesta sopra menzionata, quindi premere il tasto Imposta. Per iniziare a misurare l'irraggiamento trasmesso sotto la chioma della vegetazione utilizzando lo strumento due, scegliere Misurazione nel menu principale. Premere il tasto Set e selezionare LAI.
Mantenere l'orientamento dello strumento due come quello dello strumento uno. Premere il tasto Imposta per attivare la modalità per la misurazione dell'irraggiamento trasmesso sotto la tettoia. Premere nuovamente il tasto Set per ottenere il valore dell'irraggiamento trasmesso sotto la tettoia e attivare sia l'inclinometro integrato che l'indicatore sonoro che servono a trovare la corretta posizione del sensore LAI.
Quindi, mantenere il dispositivo perpendicolarmente al servizio di terra per essere il sensore LAI puntato verso l'alto. Controlla il display, inclina lo strumento sia a sinistra che a destra, e avanti e indietro. Tutte le letture sottostanti al baldacchino vengono automaticamente acquisite e memorizzate immediatamente una volta che l'angolo zenitale definito da entrambi gli assi X e Z raggiunge lo zero o meno di cinque.
Il segnale acustico si interrompe. Procedere con ulteriori misurazioni dell'irraggiamento trasmesso che si trova al di sotto delle letture della chioma, seguendo i passaggi per le precedenti letture sotto la chioma sopra menzionate. Dopo aver effettuato le misurazioni del baldacchino sottostante utilizzando lo strumento due, premere ripetutamente il pulsante Menu e il tasto Menu fino a selezionare Ritorna per tornare al menu principale, quindi premere il pulsante Imposta.
I dati vengono salvati nella memoria dello strumento dopo ogni lettura. Tieni premuto il pulsante Menu per almeno un secondo per spegnere il dispositivo in modo sicuro senza cancellare alcun dato. Per il Plant Canopy Analyzer, sono stati osservati valori LAI significativamente più elevati nel terreno di controllo, senza alcun intervento selvicolturale in quelli sottili.
Per l'LP 110, l'indice di area fogliare non differiva significativamente nei trattamenti C e B. Per LP 110, è stata riscontrata una differenza significativa nei valori dell'indice dell'area fogliare tra i grafici C e A. Generalmente, l'indice dell'area fogliare è diminuito significativamente dopo l'applicazione di trattamenti di diradamento nella posizione studiata.
I valori dell'indice dell'area fogliare registrati utilizzando LP 110 e Plant Canopy Analyzer per ogni trattamento di diradamento in puri supporti di abete rosso norvegese hanno mostrato variabilità spaziale. La regressione lineare è stata eseguita per tutti i dati dell'indice di area fogliare misurati a un particolare livello di punto utilizzando LP 110 e Plant Canopy Analyzer. Garantire la misurazione in condizioni sinottiche adeguate, utilizzare un'area aperta sufficientemente grande per le letture di riferimento e riflettere l'eterogeneità del supporto e il design di misurazione per le letture al di sotto della tettoia.
Poiché i trasmettitori possono essere registrati in diversi angoli di inclinazione della vista del sensore, è possibile calcolare l'orientamento dell'angolo degli elementi del baldacchino. Se la larghezza dello strato della chioma è nota, è possibile dedurre anche la densità dell'area fogliare.
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Panoramica
Questo protocollo introduce il LaiPen LP 110, un nuovo dispositivo per la stima dell'indice di area fogliare (LAI) utilizzando un metodo ottico indiretto. Confronta il LP 110 con l'analizzatore di chioma vegetale LAI-2200 standard, evidenziando i suoi vantaggi in termini di sensibilità e facilità d'uso.
Componenti principali dello studio
Area della scienza
- Ecologia
- Telerilevamento
- Fisiologia delle piante
Contesto
- L'indice di area fogliare (LAI) è cruciale per gli studi ecologici.
- Misure accurate del LAI migliorano la calibrazione dei prodotti di telerilevamento.
- Le misurazioni in situ forniscono dati affidabili.
- Il dispositivo LP 110 offre funzionalità migliorate rispetto ai metodi tradizionali.
Obiettivo dello studio
- Presentare un protocollo per l'utilizzo del LP 110 per la stima del LAI.
- Dimostrare i vantaggi del LP 110 rispetto ai dispositivi esistenti.
- Facilitare valutazioni ecologiche accurate attraverso tecniche di misurazione migliorate.
Metodi utilizzati
- Utilizzo del LaiPen LP 110 per le misurazioni del LAI.
- Confronto con l'analizzatore di chioma vegetale LAI-2200.
- Misurazioni in situ sopra e sotto la chioma.
- Preparazione del progetto di misurazione attraverso un'indagine sulla struttura della chioma.
Risultati principali
- Il LP 110 fornisce una maggiore sensibilità nelle letture.
- La registrazione automatica delle letture migliora l'accuratezza dei dati.
- Controlli intuitivi semplificano il processo di misurazione.
- Effettivo sia per le misurazioni sopra che sotto la chioma.
Conclusioni
- Il LP 110 è uno strumento prezioso per la stima del LAI.
- Supera i metodi tradizionali in termini di facilità d'uso e accuratezza.
- L'adozione di questo dispositivo può migliorare i risultati della ricerca ecologica.
Domande frequenti
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.
