Blad gebied index schatting met behulp van drie verschillende methoden in zuivere Bladverliedige stands

Summary

Een nauwkeurige schatting van de Leaf Area index (LAI) is cruciaal voor veel modellen van materiaal-en energiestromen in planten ecosystemen en tussen een ecosysteem en de atmosferische grenslaag. Daarom waren drie methoden (strooisel vallen, naald techniek en PCA) voor het nemen van precieze LAI-metingen in het gepresenteerde protocol.

Abstract

Nauwkeurige schattingen van de Leaf Area index (LAI), gedefinieerd als de helft van het totale bladoppervlak per eenheid horizontaal grondoppervlak, zijn van cruciaal belang voor het beschrijven van de vegetatie structuur op het gebied van ecologie, bosbouw en landbouw. Daarom werden de procedures van drie commercieel gebruikte methodes (strooisel vallen, naald techniek en een plantencanopy Analyzer) stap voor stap gepresenteerd voor het uitvoeren van LAI-schatting. Er werden specifieke methodologische benaderingen vergeleken en hun huidige voordelen, controverses, uitdagingen en toekomstige perspectieven werden in dit protocol besproken. Strooisel vallen worden meestal als referentieniveau beschouwd. Zowel de naald techniek als de plant Canopy Analyzer (bijvoorbeeld LAI-2000) onderschatten vaak de LAI-waarden in vergelijking met de referentie. De naald techniek is gemakkelijk te gebruiken in bladverliedige stands, waarbij het strooisel elk jaar volledig ontbindt (bijv. eiken-en beuken statieven). Kalibratie op basis van strooisel vallen of directe destructieve methoden is echter noodzakelijk. De plant Canopy Analyzer is een veelgebruikt apparaat voor het uitvoeren van LAI-schatting in ecologie, bosbouw en landbouw, maar is onderhevig aan mogelijke fouten als gevolg van loof klontering en de bijdrage van houtachtige elementen in het gezichtsveld (FOV) van de sensor. Het elimineren van deze potentiële foutbronnen werd besproken. De plant Canopy Analyzer is een zeer geschikt apparaat voor het uitvoeren van LAI-schattingen op het hoge ruimtelijke niveau, het observeren van een seizoensgebonden LAI-dynamiek en voor lange termijn monitoring van LAI.

Introduction

Lai, gedefinieerd als de helft van het totale bladoppervlak per eenheid horizontaal grondoppervlak¹, is een belangrijke variabele die wordt gebruikt in vele bio-geopfysische en chemische uitwisselings modellen die gericht zijn op koolstof-en water fluxen^{2,3, 4}. Lai is direct evenredig aan het actieve oppervlak van bladeren waar het de primaire productie (fotosynthese), transpiratie, energie-uitwisseling en andere fysiologische kenmerken die verbonden zijn met een reeks van ecosysteem processen in plant Gemeenschappen⁵.

Talrijke benaderingen en instrumenten voor het uitvoeren van Lai schatting zijn ontwikkeld, en ze zijn momenteel beschikbaar op de markt^6,7,8,9. Grond methoden voor het uitvoeren van LAI-schatting kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: (i) direct, en (II) indirecte methoden^10,11,12. De eerste groep omvat methoden die het blad gebied direct meten, terwijl de indirecte methoden LAI afleiden van metingen van gemakkelijker meetbare parameters, met behulp van radiatieve overdrachts theorie (in termen van tijd, arbeidsintensiteit en technologie)^{13 ,14}.

Dit protocol behandelt het praktische gebruik van strooisel vallen en de naald techniek, als niet-destructieve semi-directe methoden¹⁰; en de optische apparaat installatie Canopy Analyzer als een indirecte methode^6,7 voor het uitvoeren van Lai schatting op een gekozen monster uit gematigde bladverliezer bos stands in Midden-Europa (Zie de structurele en dendrometrische kenmerken in Bijlage A en aanhangsel B).

In bladverliedige bossen en gewassen is het mogelijk om niet-destructieve semi-directe LAI-schatting uit te voeren met strooisel vallen¹¹ die onder de Canopy Layer¹⁵worden gedistribueerd. Strooisel vallen bieden precieze LAI-waarden voor bladverliedige soorten waarin LAI in het groeiseizoen een plateau bereikt. Echter, voor soorten die bladeren kunnen vervangen tijdens het groeiseizoen, zoals populier, overschattingen de methode LAI¹¹. Bij deze methode wordt ervan uitgegaan dat de inhoud van de traps de gemiddelde hoeveelheid bladeren vertegenwoordigt die tijdens een periode van de herfst in de stand¹⁶vallen, vooral tijdens de najaarsmaanden. Vallen worden geopend dozen of netten (Figuur 1) met een vooraf bepaalde voldoende grootte (minimum 0,18 m², maar bij voorkeur meer dan 0,25 m²)^10,17, laterale zijkanten voorkomen dat de wind van blazen bladeren in/uit de vallen en met een geperforeerde bodem die de ontbinding van de bladeren vermijdt; die zich onder de Canopy laag van de onderzochte stand bevinden, echter boven het grondoppervlak¹¹. De verdeling van de vallen kan ofwel willekeurig¹⁸ of systematisch in transecten¹⁹ of een regelmatige afstand raster²⁰. Het aantal en de verdeling van vallen zijn een cruciale methodologische stap voor het uitvoeren van een nauwkeurige LAI-schatting die de unieke stand-structuur, ruimtelijke homogeniteit, verwachte windsnelheid en-richting weergeeft, vooral in het geval van sparse stands (of steegjes en en de werkcapaciteit voor het evalueren van gegevens. De precisie van Lai-schatting neemt toe met de stijgende frequentie van vallen binnen bestudeerde stands^11,21 (Zie Figuur 2).

De aanbevolen frequentie van het verzamelen van monsters van de strooisel-val van elke val is ten minste maandelijks¹⁰ en zelfs tweemaal per week in perioden van zware val, die kunnen samenvallen met zware regenval. Het is noodzakelijk om afbraak van het strooisel in de vallen en het uitlogen van voedingsstoffen uit het materiaal tijdens regen episoden in het geval van chemische analyse te voorkomen. Na het verzamelen van bladeren in een veld wordt een gemengd submonster gebruikt voor het schatten van het specifieke blad gebied (SLA, cm² g^-1)²², gedefinieerd als het verse geprojecteerde gebied van bladeren tot de droge massa gewichtsverhouding. De rest van het verzamelde strooisel wordt tot een constant gewicht gedroogd en gebruikt voor de berekening van de droge massa van het nestje als g cm^-2 in het laboratorium. Blad droge massa op elke afhaaldatum wordt omgezet in het blad gebied door de verzamelde biomassa te vermenigvuldigen met sla of blad droge massa per gebied (LMA, g cm^-2) als de inverse parameter voor sla^23,24. Een nieuw geprojecteerd gebied van bepaalde bladeren kan worden bepaald met behulp van een planimetrische benadering. De planimetrische methode is gebaseerd op de afhankelijkheid tussen het gebied van een specifiek blad en het gebied bedekt door het blad in het horizontale oppervlak. Het blad is horizontaal bevestigd aan het Scan scherm, en het gemiddelde wordt gemeten met behulp van een Leaf Area meter. Vervolgens wordt het gebied berekend. Veel bladoppervlak meters op basis van verschillende meetprincipes zijn beschikbaar op de markt. Sommigen van hen omvatten, bijvoorbeeld, de LI-3000C Portable Leaf Area meter, die gebruik maakt van de orthogonale projectie methode, en de LI-3100C gebied meter, die meet blad gemiddelde met behulp van een fluorescerende lichtbron en een semi-uitgevoerde scan camera. Het volgende apparaat, de CI-202 Portable Laser Leaf Area meter, codeert een blad lengte met behulp van een code lezer. Naast hen, de AM350 en BSLM101 Portable Leaf gebied meters worden ook vaak gebruikt voor het uitvoeren van nauwkeurige blad gebied schatting.

Bovendien zijn Leaf-gebied meters gebaseerd op systemen die video analyseren. Deze blad gebied meters bestaan uit een videocamera, een digitaliserings kader, een scherm en een PC, inclusief geschikte software voor het maken van de data-analyse zoals WD3 WinDIAS Leaf image analysesysteem¹¹. Op dit moment kunnen conventionele scanners die zijn aangesloten op een PC worden gebruikt voor een schatting van het Leaf-gebied. Daarna wordt het blad gebied berekend als een veelvoud van het aantal zwarte pixels en de grootte ervan is afhankelijk van de geselecteerde resolutie (dots per inch-dpi), of het blad gebied wordt gemeten door middel van specifieke software, bijvoorbeeld WinFOLIA. Ten slotte wordt de totale droge massa van de bladeren die binnen een bekend grondoppervlak worden opgevangen, omgezet in de LAI door vermenigvuldiging met SLA en een krimp coëfficiënt²⁵ die de veranderingen in het gebied van verse en gedroogde bladeren weerspiegelt. Krimp is afhankelijk van de boomsoort, het watergehalte en de blad zachtheid. De krimp van bladeren in lengte en breedte (wat het geprojecteerde gebied beïnvloedt) is meestal tot 10%²⁶, bijvoorbeeld varieert van 2,6 tot 6,8% voor eiken²⁷. Het sorteren van bladeren op soorten voor weging en het vaststellen van de specifieke bladoppervlak verhouding is noodzakelijk om de bijdrage van elke soort aan de totale LAI²⁸te bepalen.

Lai bepaling door de naald techniek is een goedkope methode afgeleid van de hellende punt Quadrat methode^29,30,31,32. In bladverliedige stands is het een alternatief voor het uitvoeren van LAI-schatting zonder gebruik te maken van traps¹⁰ op basis van de veronderstelling dat het totale bladnummer en hun gebied in een boom gelijk zijn aan wat wordt verzameld op het bodemoppervlak na een volledig blad-Fall²⁰ . Een dunne scherpe naald wordt verticaal doorboord in het nestje liggend op de grond direct na het blad-Fall¹⁰. Na de volledige Leaf-Fall, de bladeren worden verzameld van de grond op een naald van een verticale sonde, zijn gerelateerd aan het contactnummer en gelijk aan de werkelijke LAI waarde. Een intensieve bemonstering (100-300 bemonsteringspunten per bestudeerde stand per veld sonde) door de naald techniek is nodig om een gemiddeld contactnummer te kwantificeren en de Lai-waarde correct af te leiden^10,20,33.

Deplant Canopy Analyzer(bijvoorbeeld LAI-2000 of LAI-2200 PCA) is een algemeen gebruikt draagbaar instrument voor het uitvoeren van een indirecte LAI schatting door het nemen van een meting van de lichttransmissie door de luifel⁷binnen het gefilterde blauwe gedeelte van het lichtspectrum (320-490 nm)^34,35om de bijdrage van het licht dat door de bladeren is gepasseerd te minimaliseren, werd verstrooid door de luifel en passeert het loof^7,34. In het blauwe deel van het lichtspectrum wordt het maximale contrast tussen het blad en de lucht bereikt en wordt het loof zwart tegen de hemel³⁴. Daarom is het gebaseerd op de Canopy gap breuk analyse⁷. Het instrument is op grote schaal gebruikt voor het maken van eco-fysiologische studies in plantengemeenschappen zoals gewassen³⁶Graslanden³⁷, naald stands⁸, en bladverliedige stands³⁸. De plant Canopy Analyzer maakt gebruik van een fisheye optische sensor met een FOV van 148 °³⁵om een halfronde afbeelding van de luifel op silicium detectoren te projecteren om ze in vijf concentrische ringen te rangschikken³⁹met centrale Zenith-hoeken van 7 °, 23 °, 38 °, 53 ° en 68 °^9,40,41. Vijf weergave-caps (d.w.z.,270 °, 180 °, 90 °, 45 ° en 10 °) kunnen worden gebruikt om de Azimut weergave van de optische sensor te beperken²⁷om arcering door obstakels in een open gebied te voorkomen (voor de hierboven genoemde lezing) of de operator in de GEZICHTShoek van de sensor tijdens LAI-schatting kan de FOV-sensor worden aangepast aan een open gebied voor bovenoverkap metingen. Metingen met behulp van de plant Canopy Analyzer worden boven (of in een voldoende uitgebreide open ruimte) en onder de bestudeerde luifel⁷. Dezelfde View caps moeten worden gebruikt voor zowel boven als onder de lezingen om te voorkomen dat vooroordelen van Gap breuk schatting³⁴. De LAI-2000 PCA produceert een effectieve Leaf Area index (LAIe) zoals geïntroduceerd door Chen et al.⁴², of beter gezegd een effectieve plant area index (PAIe) als houtachtige elementen zijn opgenomen in de sensor lees waarde. In bladverliedige stands met platte bladeren is de LAIe hetzelfde als de Hemi-oppervlakte LAI. In het geval van groenblijvende bosopstanden is de Laie noodzakelijk om het klonteren-effect op het schiet niveau te corrigeren (spar, ster)⁴³, de klonteren index op schalen groter dan de shoot (Ω_E)⁴⁴en de bijdrage van houtachtige elementen, met inbegrip van stengels en takken (d.w.z.,oppervlakte-verhouding van hout tot totaal),⁴⁵die een systematische LAI onderschatting veroorzaken²⁰. De klonteren index op een hogere ruimtelijke schaal dan de shoot of Leaf kan worden gekwantificeerd als een schijnbare klonteren index (ACF), die kan worden geschat met behulp van de plant Canopy Analyzer wanneer meer beperkende weergave caps worden gebruikt²⁷. Zoals deze auteurs verklaren dat dit ACF wordt afgeleid uit een ratio van LAI-waarden, berekend op basis van doorgeleiding door verschillende procedures voor homogene en niet-homogene luifels volgens lang⁴⁶, veronderstellen we dat deze klonteren-index nogal luifel homogeniteit beschrijft. Naast de ACF-berekening, nieuwe diffusor doppen die een uitgebreidere toepassing van LAI-2200 PCA mogelijk maken met betrekking tot de weersomstandigheden, een gebruikersmenu in plaats van fct-codes, en de mogelijkheid om veel meer metingen per bestands sessie te doen, behoren tot de belangrijkste technologische upgrades in vergelijking met de voormalige LAI-2000 PCA^34,47. Metingen en daaropvolgende interne software berekeningen zijn gebaseerd op vier veronderstellingen: (1) lichtblokkerende plant elementen, waaronder bladeren, takken en stengels, worden willekeurig verdeeld in de luifel, (2) loof is een optisch zwart lichaam dat alle licht dat het ontvangt, (3) alle plant elementen zijn dezelfde projectie naar het horizontale grondoppervlak als een eenvoudige geometrische convexe vorm, (4) planten elementen zijn klein in vergelijking met het gebied bedekt door elke ring¹¹.

Protocol

1. LAI geschat met behulp van strooisel vallen

1. Voer eerst een veldonderzoek uit, onderzoekt de omstandigheden van de site en de structuur van de bestudeerde stands (d.w.z. helling en expositie van de helling, bos-of vegetatietype, bos-of vegetatie dichtheid, homogeniteit van de kap van de luifel, de kroon grootte en de hoogte van de kroon voet).
2. Selecteer een geschikt type strooisel voor plaatsing onder de luifel door de maaswijdte van het net te kiezen op basis van de grootte van het assimilatie apparaat van de bestudeerde stands (d.w.z.dat de Maas wijdte kleiner moet zijn dan de grootte van de vastgelegde assimilatie toestel), vervolgens de traps in de onderzochte stands nummeren verdelen en vervolgens labelen.
   1. Gebruik meestal een aantal traps variërend van 15 tot 25 per onderzochte stand^25,48 met een opnamegebied variërend van 0,18 m² tot 0,5 m² of meer, vooral voor boomsoorten met grote bladeren zoals populier^{10 ,17,48}.
   2. Plaats de vallen op regelmatige afstand in de onderzochte stand binnen een of twee wederzijds loodrechte transecten of een regulier raster (Figuur 2). Het juiste bemonsterings ontwerp, de procedure en de analyse van de strooisel vallen ook beschreven door Ukonmaanaho et al.¹⁷ of Fleck et al.²¹.
      1. Bepaal de afstand tussen de vallen op kroon maten, Canopy sluiting en stand textuur.
      2. Verhoog het aantal strooisel vallen, zowel met een stijgende stand en heterogeniteit in textuur.

Figuur 1: de bouw van verschillende soorten strooisel vallen en hun locatie binnen de stand.
Van links: Woody, plastic, plastic dozen en metalen constructie. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

3. Installeer de vallen aan het begin van het groeiseizoen (kort na het bladeren doorspoelen omdat er een bladval kan optreden als gevolg van ofwel beschadiging door insecten of extreem droge weersomstandigheden in de zomerperiode).
   1. Bevestig elk van de vallen boven het grondoppervlak en onder de standaard luifel, zodat er geen veranderingen zijn in het opnamegebied. Houd elk van de traps in een horizontale positie en stabiel genormaliseerd opnamegebied. Voorbeelden van verschillende soorten vallen worden weergegeven in Figuur 1 of bijvoorbeeld in Ukonmaanaho et al.¹⁷.

Figuur 2: het regelmatige schematische patroon van de verdeling van de strooisel overvulling in bosopstanden met een duidelijke homogeniteit.
De homogeniteit daalt van links af. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

4. Plaats de vallen boven het grondoppervlak (minimum 0,1 m) zodat de lucht onder het verzamel gedeelte van de vallen kan blazen. Gewoonlijk is de hoogte van de vallen 1 m boven het grondoppervlak^25,38,49.
5. Kies de tijd stap voor het verzamelen van strooisel met betrekking tot het typische verloop van het weer in de bestudeerde site en de intensiteit van het zwerfvuil. De standaard tijdstap varieert van 1 tot 4 weken (een kortere tijds stap moet tijdens regenachtig weer worden gebruikt om de decompositie van de zwerfafval en tijdens intensieve blad vallen te gebruiken).
   1. Controleer tijdens elk van de metingen de sterkte van de trap Frames, de compactheid van de netten of dozen en de nivellering van de hele val (d.w.z. de horizontale positie van de val).
6. Plaats het verzamelde zwerfvuil van elk van de vallen in eerder gelabelde papieren zakken.
   1. Alle monsters bij voorkeur in koele dozen vervoeren, of indien nodig tijdelijk bewaard bij 4 °C, maar niet¹⁷ bevroren als gevolg van beschadiging van de blad weefsels.
7. Na het transport van de monsters naar het lab, scheiden het assimilatie apparaat van de andere onderdelen van het nest (takken, zaden, schors, bloemen, indien nodig volgens boomsoorten).
8. Analyseer onmiddellijk na het sorteren een deel van een gemengd (onderling vermengd) monster van elke strooisel vanger voor het uitvoeren van de SLA-schatting (d.w.z. de verhouding tussen het geprojecteerde gebied van bladeren en het droge massa gewicht).
   1. Gezien het feit dat verschillende boomsoorten en zelfs soorten loof (zonnig en beschaduwd) met verschillen in eigenschappen optreden binnen het verticale profiel van de kroon, meng het monster grondig van elke val voordat u bladeren selecteert voor het uitvoeren van SLA (LMA) raming¹¹ . Aangezien er een verschil is tussen het geprojecteerde gebied van vers en droog blad als gevolg van krimp, schat u een correctiecoëfficiënt voor krimp af van het submonster van verse (groene) bladeren²⁶.
      1. Verzamel de bladeren proportioneel (net als in het gemengde submonster van de val) van alle boomsoorten die zich in de stand bevinden.
   2. Scheid de substeekproef tellingen ten minste 100-200 bladen uit alle gebruikte traps^21,27 voor het uitvoeren van de sla-raming.
      1. Plaats bladeren in een vlakke, rechte manier hetzij op het Scan bord of de Leaf Area meter, en het is noodzakelijk om te vérgaande overlappen de bladeren daar.
      2. Als de gedroogde strooisel bladeren kunnen vouwen of krullen, weken ze in heet water (60-70 °c) voor een korte tijd^17,21. Dit is gebleken om te afvlakken van bladeren voldoende voor het nemen van metingen, maar vooral na een lange tijd van weken, ze afvallen.
      3. Als de scanner of Leaf Area meter geen bovenste verlichting inschakelt (om reflectie en shadowing te voorkomen), gebruik dan een geschikte verdeling van bladeren op een scan plaat of een Leaf Area meter transporteur (d.w.z. dat de bladeren loodrecht op de scan koplamp worden geplaatst), zodat schaduwen vormen niet tijdens de scan koplamp beweging, omdat het moeilijk is om de schaduwen te verwijderen tijdens de volgende gegevensverwerking.
      4. Als een scanner die op een PC is aangesloten, wordt gebruikt, gebruikt u een resolutie van de zwart-witfoto's van 200 dpi op een minimum gebaseerd op voldoende nauwkeurigheid van het gebied.
         1. Om reflectie, die zichtbaar is als licht pixels binnen de bladeren, te vermijden wanneer een gewone scanner wordt gebruikt, past u de scan helderheid aan om een geschikte drempel te bereiken (Figuur 3). Software (bijv. winfolia) dan schattingen Leaf gebied door het tellen van de donkere pixels in de scan en converteert ze met behulp van de bekende dpi resolutie.
   3. Droog deze sub-sample aangewezen voor SLA schatting voor 48 uur bij 80 of 105 °C om een constant gewicht te bereiken. Gebruik een geventileerde oven met een thermostaat om de inwendige temperatuur te homogeniseren en te behouden (bijv. incumax CV150).
      Opmerking: het watergehalte in de bladeren blijft als vast water in de cellen bij een ovendroging bij lagere temperaturen. Bij droging van 105 °C blijft er geen water in het planten monster¹⁷.
   4. Weeg de droge massa van dit submonster met behulp van labweegschalen met een hoge mate van nauwkeurigheid van 1 g minimaal.
      1. Controleer de nivellering van de labweegschalen en Vermijd externe effecten (bijv. het blazen van sterke wind in het laboratorium tijdens het wegen).
   5. Bereken de SLA-waarde als het vers geprojecteerde gebied van bladeren van het submonster dat is aangewezen voor SLA-raming gedeeld door het droge massa gewicht.

Figuur 3: de scan van een blad monster met een voorbeeld van een correcte kwaliteitsscan (links) en een onjuiste scan (rechterzijde)
Wanneer de helderheid moet worden aangepast om de reflectiegraad te elimineren die zichtbaar is als witte pixels in de blad lichamen en/of waar oppervlakte vuil (a) en elk randeffect (b) moeten worden verwijderd alvorens een analyse van het gebied te maken.

9. Oven-droog de rest van het monster (d.w.z. verzamelde bladeren ) voor elke val gedurende 48 uur bij dezelfde temperatuur die werd gebruikt voor de schatting van de sla, d.w.z.bij 80 of 105 °c om een constant gewicht te bereiken.
10. Vermenigvuldig het droge massa gewicht van de rest van het monster voor elke strooisel vanger met de juiste SLA-waarde om het totale geprojecteerde blad gebied per val te bereiken.
11. Herhaal de stappen van 1,5 tot 1,9 voor elk van de bestudeerde stands en elke Verzamel datum van de nest.
12. Bereken de LAI als de verhouding van het cumulatieve totale blad gebied geschat met behulp van strooisel vallen en de opnamegebied van de strooisel vallen.

2. naald techniek voor het nemen van LAI metingen

1. Voer in eerste instantie een veldonderzoek uit, onderzoek de omstandigheden van de site en de structuur van de bestudeerde stands (d.w.z. helling en expositie van de helling, bos-of vegetatietype, bos-of vegetatie dichtheid, homogeniteit van de afsluiting van de luifel, de grootte van de kroon en de kroon voet hoogte).
2. Bereid onmiddellijk na een volledige blad-val alle benodigde apparatuur, waaronder een voldoende lange scherpe metalen naald met een zo klein mogelijke diameter (maximaal 2,0 mm in diameter).
3. Selecteer een geschikt aantal willekeurig verdeelde bemonsteringspunten (ten minste 100)^10,20,38 op basis van de Canopy-structuur van elke onderzochte stand.
   Opmerking: over het algemeen, hoe meer bemonsteringspunten, hoe hoger de nauwkeurigheid van de LAI schatting in de bestudeerde stand (het aantal bemonsteringspunten moet toenemen ten opzichte van de grootte van het onderzochte perceel en de structuur van de luifel).
4. Steek de bladeren met behulp van de metalen naald in een meer of minder vergelijkbare hoek door de laag van vers gevallen blad die op de grondoppervlak liggen op elk van de monsternemingspunten.
   1. Gebruik elke hoek van de steek, omdat deze gevallen bladeren geen relaties hebben met hun vorige positie binnen de luifel.
5. Controleer om ervoor te zorgen dat alleen vers gevallen bladeren aanwezig zijn op de naald. In het geval van de aanwezigheid van gedeeltelijk gedecomponeerde bladeren van het voorgaande jaar, verwijder ze uit de naald.
6. Tel het aantal bladeren dat door de naald doorboord wordt met elke steek op elk bemonsteringspunt.
7. Herhaal de stappen van 2,4 tot 2,6 voor alle bemonsteringspunten voor doorzochte.
8. Tel het totaal van alle bladeren die door de naald in de hele stand worden doorboord (d.w.z. voor ten minste 100 bemonsteringspunten).
9. Verdeel deze som door het aantal steken (d.w.z. het rekenkundiggemiddelde tellen) . Het resultaat rekenkundig gemiddelde is gelijk aan de werkelijke LAI waarde op het niveau van de stand. Opmerking: het gemiddelde aantal van alle verse bladeren die op de naald worden verzameld, komt overeen met de echte LAI-waarde van de onderzochte bostaop.

3. plant Canopy Analyzer optisch apparaat voor het uitvoeren van LAI-schatting

1. Voer in het begin een veldonderzoek uit, inclusief het onderzoeken van de omstandigheden van de site en de structuur van de bestudeerde stands (d.w.z. helling en expositie van de helling, bos-of vegetatietype, bos-of vegetatie dichtheid, homogeniteit van de luifel, de kroon maat en de hoogte van de kroon voet).
2. Zoek een geschikte open ruimte (clearing) met identieke lucht omstandigheden als boven de waargenomen plot, gelegen op een maximale afstand van 1 km afstand²¹, die vereist is voor bovenluifel sensor lezingen.
   1. Omdat de plant Canopy Analyzer de gebruiker in staat stelt om een andere FOV te gebruiken in zowel azimuth (door restriction View caps) als Zenith (door middel van software processing by ring masking), past u dezelfde dop (en de oriëntatie) toe voor zowel boven-als onder-Canopy Lezingen.
   2. Afleiden van de grootte van het open gebied en het gebruik van de juiste weergave Cap van het bereik van de FOV. De bekende FOV van de sensor van de verticale in de Zenith-oriëntatie en de schatting van de hoogte van de dichtstbijzijnde obstakels (bomen, terrein, gebouwen) bieden de meest geschikte oplossing, waarbij de voldoende omvang van het open gebied kan worden berekend volgens vergelijking 1:
      Y = H ∙ TG ∙ α (1),
      Waarbij Y de vereiste afstand van de dichtstbijzijnde barrière is; H: de hoogte van de hindernis; α duidt de FOV aan in een richting van verticaal (Figuur 4). In plaats van de open ruimte, kan een toren hoger zijn dan de stand die wordt onderzocht stand worden gebruikt voor het nemen van boven-Canopy lezingen²¹.
      1. Neem de helling en heterogeniteit van het terrein in overweging bij het berekenen van de grootte van het open gebied.

Figuur 4: schematische weergave van de gezichtshoek van de sensor (een grijs gebied).
α is de GEZICHTShoek van de sensor; H geeft de hoogte van het dichtstbijzijnde obstakel aan; Y: de horizontale afstand tussen de bediener en de hindernis⁶³.

3. Bepaal op basis van de structurele parameters van de standaard (Canopy homogeniteit) een geschikt bemonsteringspunt nummer, de locatie van de meetpunten die zich in een transpositie bevinden, of een rooster voor de meting van de onderluifel in de bestudeerde stand⁹.
   1. Leid de juiste afstand af van de variabiliteit van de metingen onder de luifel in het veld.
      1. Beweeg langzaam met de sensor onder de luifel in transect en kijk naar de variabiliteit van de meeste bovenste ring lezingen. Een geringe variabiliteit die wordt onderbroken door hogere waarden is een gemeenschappelijk resultaat. De helft van de afstand tussen deze piekwaarden in variabiliteit moet als passend worden beschouwd.
   2. Als er een observatie van de seizoensgebonden LAI-dynamiek wordt uitgevoerd, gebruik dan permanente fixatie van transecten of bemonsteringspunten binnen de bestudeerde stand (bijv. door houten palen of geologische metalen stokken).
      Opmerking: het aantal en de afstand van transecten is afhankelijk van de specifieke Canopy-structuur van de standaard (Figuur 5).
   3. In homogene stands varieert een voldoende aantal transecten van 1 tot 3. In het geval van hoge heterogeniteit, een regelmatig raster van bemonsteringspunten toepassen. Kies de oriëntatie van transecten met betrekking tot helling en verdeling van de bomen in de stand, vooral in het geval van rijafstand. De afstand tussen bepaalde bemonsteringspunten wordt bepaald met betrekking tot de heterogeniteit van de standaard, de kroon maten, de kroon voet hoogte en de GEZICHTShoek van de sensor (Figuur 6). In homogene stands, varieert het aantal bemonsteringspunten meestal tussen 5 en 36 ^46,50. Bepaalde bemonsterings ontwerpen worden ook beschreven door baret et al.⁵¹; Majasalmi et al.⁵²; Woodgate et al.⁵⁰; Fleck et al.²¹; Calders et al.⁵³.
      1. Met een hellend terrein oriënteer je de sensor weergave langs niveau curves.

Figuur 5: lay-outs van metingen in zuivere bladverliedige stands.
A),B) de lay-outs van de optimale plaatsing van bepaalde transecten in een zuivere plantage die is ingesteld door lijn aanplant (d.w.z. rechthoekige afstand ). C) de lay-out van de optimale plaatsing van bepaalde transecten in een zuivere plantage die is vastgesteld door lijn aanplant op een driehoekige afstand. D) de lay-out van de optimale plaatsing van bepaalde transecten in een zuivere plantage die is opgesteld door een lijn beplanting met twee duidelijk verschillende delen. E) de indeling van de optimale plaatsing van bepaalde transecten in een stand met vier duidelijk verschillende delen van de standaard. F) de lay-out van de optimale plaatsing van bepaalde transecten in een zuivere plantage die is opgesteld door een lijn beplanting met twee verschillende delen. G) de lay-out van de optimale plaatsing van bepaalde transecten in een zuivere plantage die is opgezet door een lijn beplanting met drie duidelijk onderscheiden delen die 50%, 25% en 25% van het gehele gebied van de stand vertegenwoordigen. H) de lay-out van het plaatsen van transecten in stands die door natuurlijke regeneratie zijn vastgesteld, waarbij ongeveer 12 meetpunten per transect vanuit het oogpunt van de nauwkeurigheid voldoende zijn. Grijze transecten kunnen ook uit de meting worden weggelaten.

Figuur 6: een schematische weergave van een keuze tussenafstanden tussen meetpunten binnen transecten met betrekking tot FOV, standdichtheid en hoogte van de kroon voet.
a: geschikte afstand in het geval van de schematisch weergegeven sensor hoogte en-weergave, en kroon bodemhoogte, c: ongeschikte afstand afstand aangezien sommige Canopy delen (d – in wit) niet zichtbaar zijn door de sensor. Zo moet de afstand worden gecorrigeerd (door b,d.w.z. a = c – b), c *: ook gecorrigeerd, geschikte afstand afstand door de gecorrigeerde vergrote sensor weergavehoek (fijne stippellijn).

4. Hoewel sommige mogelijkheden en correcties van Lai schatting onder zonnige omstandigheden worden gepresenteerd^47,54, voeren alle metingen onder een diffuse licht hemel (standaard overgegoten) en windstil voorwaarden^{55, 56} (Zie Figuur 7). Ondanks het feit dat de plant Canopy Analyzer de correctie van lichtverstrooiing mogelijk maakt voor metingen onder zonnige omstandigheden²¹, raadt de producent van de sensor aan deze te gebruiken onder standaard bewolkt-condities³⁴.
   1. Gebruik de plant Canopy Analyzer uit direct zonlicht, als zonovergoten loof kan verschijnen als heldere pixels op het beeld en onjuist classificeren als de lucht (het Penumbra-effect). In het ideale geval, neem de metingen onder volledig overgegoten omstandigheden (met uniforme bewolking), wanneer diffuus licht gelijkmatig over de lucht is verspreid.
   2. Reflectie is ook duidelijk hoger onder zonlicht in vergelijking met diffuse lucht omstandigheden. Als alternatief, neem metingen voor zonsopgang of na zonsondergang, wanneer de zon is verborgen onder de horizon, en de vegetatie is niet verlicht door de zon (Houd er rekening mee dat tijdens deze tijden van de dag, de lichtomgeving verandert snel). Houd er echter ook rekening mee dat, vanwege de gevoeligheid van de sensor, de Lees waarden hoger moeten zijn dan ca. 3 in een open gebied.
   3. Vermijd regen omdat regendruppels op de sensor de nauwkeurigheid van metingen beïnvloeden. Een natte luifel reflecteert meer licht, wat kan leiden tot een onderschatting van LAI.
   4. Voorkom zware wind, omdat bewegende planten elementen onder de luifel metingen kunnen beïnvloeden, waardoor ze onjuiste resultaten kunnen opleveren.
   5. Vermijd ook mistige omstandigheden in de luifel.

Figuur 7: optimale weersomstandigheden voor het uitvoeren van Lai-schatting met behulp van een plant Canopy Analyzer. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

5. Als een observatie van een seizoensgebonden kuur van de LAI niet nodig is, neem dan alle metingen van juni tot half september omdat de LAI van de meeste boomsoorten zijn maximale waarde bereikt en blijft (behalve tijdens droge zomers). Daarom is deze periode het meest geschikt voor het maken van een Lai vergelijking tijdens het groeiseizoen^38,57,58,59.
   Let op: deze periode moet korter of gewijzigd worden onder droogte condities van op blad vallen of senescentie.
6. Schat de houtachtige gebieds index (WAI, Figuur 10) tijdens de blad periode (dat wil zeggen, zowel vóór het breken van de kiem in het vroege voorjaar als na het volledige blad-vallen in de late herfst).
   Opmerking: gezien het feit dat de plant Canopy Analyzer slechts één zichtbare band heeft (320-490 nm)^34,35 en geen blad-en houtachtige componenten kan onderscheiden, vertegenwoordigen de resultaten die tijdens een groeiseizoen zijn verkregen een planten gebied index (PAI) die de som is van de LAI en WAI (PAI = LAI + WAI)⁶⁰. Trek daarom de gemiddelde waarde van beide Wai-metingen af die zijn genomen in een uitschakel periode van elk van de Pai-metingen die in de blad periode zijn geschat om de juiste Lai-waarden te verkrijgen (Lai = Pai – WAI)^20,38.
   1. Voer de bovenstaande Canopy-metingen uit als de eerste meting van elke stand trans ect of raster in een voldoende open ruimte (zie stap 3,2).
      Let op: het is mogelijk om dual-mode metingen te doen omdat de LAI-2000 PCA (of de verbeterde versies LAI-2200 PCA en LAI-2200C) het maken van gelijktijdige schattingen met twee sensoren samen (d.w.z. één voor onder-en één voor bovenlezingen) inschakelen. In dit geval moeten de sensoren worden gekalibreerd volgens de gebruiksaanwijzing (LI-COR 2011). In het kort wordt aanbevolen dat de gebruiker beide sensoren op één besturingseenheid aansluit om de meetwaarden en tijd te verenigen, de sensor boven op een statief in een open gebied te plaatsen, te egaliseren en dezelfde restrictie weergave te gebruiken. De oriëntatie van de sensor weergave moet hetzelfde zijn in de Azimut richting zoals die werd gebruikt voor het nemen van onder-Canopy lezingen.
   2. Voer de onderstaande afdekkings waarden uit in het ontwerp voor ruimtelijke afmetingen dat in detail wordt beschreven in 3,3. De sensor wordt meestal gehouden van 0,5 tot 2,0 m boven de grond^21,38,d.w.z. boven under Story vegetatie, onder de luifel en met de zichtbare sensor Bubble-level.
      1. Een bubbel niveau is een onderdeel van de sensor. Gebruik de beperkings weergave doppen als de sensor onder de 2,0 m wordt gehouden om de operator van de FOV uit te sluiten. Gebruik de identieke weergave-dop voor zowel onder-als boven-lezingen.
      2. Gebruik een minimale afstand tussen de sensor en het dichtstbijzijnde element van de bovengrondse delen van de plant (stengels, takken) van ten minste vier maal de diameter of breedte van de component.
   3. Bereken de WAI-waarden van veld gemeten onbewerkte gegevens met behulp van de LAI-2200 File Viewer (FV2200) freeware, die beschikbaar is op https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/software.html.
      1. Beperk de gezichtshoek van de sensor in de Zenith-richting tot de bovenste drie ringen (d.w.z. 0-43 ° ) om een randeffect en grote spleet groottes^20,61,62uit te sluiten.
      2. Verwerken van de gegevens met behulp van de standaard algoritmen voor LAI-2000 PCA, en stel parameters voor het maken van evaluaties met behulp van FV2200 volgens de gebruikershandleiding³⁴.
   4. Bepaal de jaarlijkse WAI-waarde als rekenkundig gemiddelde van beide metingen uitgevoerd vóór het begin van het groeiseizoen (d.w.z. vóór het breken van de kiem) en na het voltooien van de blad-val (Figuur 10).
7. Bereken PAI volgens dezelfde procedure als voor het maken van de WAI-schatting (vanaf stap 3.6.1-3.6.3).
8. Bereken de werkelijke Lai-waarde op het stand niveau als het verschil tussen de gemiddelde Pai-en Wai-waarden (Lai = Pai – WAI)^20,38.

Results

De gemiddelde LAI-waarden op het standniveau van alle bestudeerde stands in het 2013-groeiseizoen worden weergegeven in Figuur 8. Op alle waarnemingspunten, behalve A, werden de hoogste waarden gemeten met strooisel vallen, die als referentieniveau dienen. In tegenstelling werd de hoogste gemiddelde LAI-waarde geschat door de naald techniek op plot A. Alle verschillen tussen de LAI-waarden geschat met behulp van strooisel vallen en een plantencanopy Analyzer waren niet significant (p > 0,05;...

Discussion

Strooisel vallen worden beschouwd als een van de meest accurate methoden voor het uitvoeren van Lai schatting⁸, maar ze zijn arbeidsintensieve en tijdrovend dan de indirecte methoden^35,64 die in dit protocol zijn opgenomen. Binnen de hele LAI schattings procedure met behulp van strooisel vallen is een precieze schatting van de SLA het meest kritieke punt¹⁰ , omdat de sla kan variëren met plantensoorten

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Area Meter	LI-COR Biosciences Inc., NE, USA	LI-3100C	https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LI-3100C/
Computer Image Analysis System	Regent Instruments Inc., CA	WinFOLIA	http://www.regentinstruments.com/assets/images_winfolia2/WinFOLIA2018-s.pdf
File Viewer	LI-COR Biosciences Inc., NE, USA	FV2200C Software	https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/software.html
Laboratory oven	Amerex Instruments Inc., CA, USA	CV150	https://www.labcompare.com/4-Drying-Ovens/2887-IncuMax-Convection-Oven-250L/?pda=4|2887_2_0|||
Leaf Image Analysis System	Delta-T Devices, UK	WD3 WinDIAS	https://www.delta-t.co.uk/product/wd3/
Litter traps	Any	NA	Zie Fig. 2
Needle	Any	NA	Maximale diameter van 2 mm
Plant Canopy Analyser	LI-COR Biosciences Inc., NE, USA	LAI-2000 PCA	LAI-2200 PCA of LAI-2200C als verbeterde versies van LAI-2000 PCA kunnen worden gebruikt, zie: https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/
Portable Laser Leaf Area Meter	CID Bio-Science, WA, USA	CI-202	https://cid-inc.com/plant-science-tools/leaf-area-measurement/ci-202-portable-laser-leaf-area-meter/
Portable Leaf Area Meter	ADC, BioScientic Ltd., UK	AM350	https://www.adc.co.uk/products/am350-portable-leaf-area-meter/
Portable Leaf Area Meter	Bionics Scientific Technogies (P). Ltd., India	BSLM101	http://www.bionicsscientific.com/measuring-meters/leaf-area-index-meter.html
Portable Leaf Area Meter	LI-COR Biosciences Inc., NE, USA	LI-3000C	https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LI-3000C/