Veldmeting van effectieve bladgebiedindex met behulp van optisch apparaat in vegetatiedak
29 juli 2021
Snelle en nauwkeurige schatting van de bladoppervlakte-index (LAI) in terrestrische ecosystemen is cruciaal voor een breed scala aan ecologische studies en het kalibreren van teledetectieproducten. Hier wordt het protocol gepresenteerd voor het gebruik van het nieuwe LP 110 optische apparaat voor het uitvoeren van grondgebaseerde in situ LAI-metingen.
Dit protocol introduceert het recent ontwikkelde apparaat LaiPen LP 110 voor bladoppervlakte-indexschatting door middel van indirecte optische methode en vergelijkt het met de standaard LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. Het nieuwe apparaat neemt zowel boven als onder de luifel metingen gemakkelijk, vanwege het grotere gevoel van gevoeligheid, ingebouwde digitale inclinometer en automatische registratie van metingen op de juiste positie. Ook de bediening is intuïtief.
De handleiding is noodzakelijk. Voor de voorbereiding van het meetontwerp wordt een kort gepland onderzoek van de overkappingsstructuur vóór de meting ervan aanbevolen aan de operator. Begin met het inschakelen van beide instrumenten door de Set-toets minstens één seconde ingedrukt te houden.
Zoek Instellingen in het hoofdmenu door herhaaldelijk op de menuknop te drukken en de huidige datum en tijd van beide instrumenten in te stellen door op Set, Time, Set te drukken. Kies vervolgens Return en houd de Set-toets ingedrukt om terug te keren naar het hoofdmenu. Stel vervolgens beide instrumenten in op een enkele hoekmeetmodus.
Selecteer Instellingen met de settoets en druk op Hoeken, Instellen, Enkelvoudig en bevestig met de menutoets. Kies Return en houd de Set-toets ingedrukt om terug te keren naar het hoofdmenu. Na het kalibreren van zowel de LAI-sensor als de ingebouwde inclinometer, kalibreer je beide LP 110-apparaten, instrument één en instrument twee met elkaar.
Selecteer Instellingen in het hoofdmenu door op de settoets te drukken, LAI-kalibratie te kiezen en op de knop Instellen te drukken. Houd vervolgens beide apparaten in een horizontaal vlak in de verticale positie en pas de constante waarde aan die op het display als C is gemarkeerd door herhaaldelijk op de Set-toets op instrument één te drukken om dezelfde waarden te bereiken als op het scherm van het apparaat op instrument twee. Druk vervolgens op de menuknop en keer terug naar het hoofdmenu.
Bevestig instrument één verticaal aan een statief dat in een open ruimte of boven de bestudeerde luifel is geplaatst. Verkrijg zowel boven als onder de luifelmetingen onder constante lichtomstandigheden met standaard bewolking voor zonsopgang of na zonsondergang, om onjuiste instralingswaarden te voorkomen. Selecteer eerst Instellingen in het hoofdmenu en kies vervolgens Automatisch interval en druk op de settoets.
Druk vervolgens herhaaldelijk op de settoets en houd vervolgens de menuknop ingedrukt om het vereiste interval te selecteren voor het automatisch registreren van referentiewaarden van 10 tot 600 seconden. Stel een korter tijdsinterval in als de lichtomstandigheden snel veranderen. Druk op de menutoets, selecteer Return en houd de knop Instellen ingedrukt om terug te keren naar het hoofdmenu.
Druk vervolgens herhaaldelijk op de menuknop en houd de settoets ingedrukt om de meting opnieuw te selecteren in het hoofdmenu. Kies vervolgens Auto LAI Ref en druk op de settoets om naar de juiste LAI-sensorpositie te zoeken. Controleer het display, kantel het instrument zowel naar links als naar rechts, en vooruit en achteruit.
Nadat u de zenithoek hebt bereikt die wordt gedefinieerd door X- en Z-assen met nul of minder dan de waarde van vijf, bevestigt u het apparaat stevig op de hierboven genoemde vereiste positie en drukt u vervolgens op de toets Instellen. Om te beginnen met het meten van de uitgezonden straling onder het vegetatiedak met behulp van instrument twee, kiest u Meten in het hoofdmenu. Druk op de settoets en selecteer LAI.
Houd de oriëntatie van instrument twee als die van instrument één. Druk op de settoets om de modus voor onze verzonden bestralingsmeting onder de luifel te activeren. Druk nogmaals op de set-toets om de waarde van de verzonden straling onder de luifel te verkrijgen en activeer zowel de ingebouwde inclinometer als de geluidsindicator om de juiste LAI-sensorpositie te vinden.
Houd het apparaat vervolgens loodrecht op de gronddienst om de LAI-sensor naar het zenit te richten. Controleer het display, kantel het instrument zowel naar links als naar rechts, en vooruit en achteruit. Alle onderluifelmetingen worden automatisch verkregen en onmiddellijk opgeslagen zodra de zenithoek gedefinieerd door zowel de X- als de Z-as nul of minder dan vijf bereikt.
De pieptoon stopt. Ga verder met het nemen van verdere metingen van de overgedragen bestraling die zich onder de luifelmetingen bevindt, volgens de stappen voor eerdere metingen onder het bladerdak die hierboven zijn vermeld. Nadat u de onderstaande luifelmetingen hebt uitgevoerd met behulp van instrument twee, drukt u herhaaldelijk op de menuknop en de menutoets totdat Return is geselecteerd om terug te keren naar het hoofdmenu en drukt u vervolgens op de knop Instellen.
De gegevens worden na elke lezing opgeslagen in het geheugen van het instrument. Houd de menuknop ten minste één seconde ingedrukt om het apparaat veilig uit te schakelen zonder gegevens te wissen. Voor de Plant Canopy Analyzer werden significant hogere LAI-waarden waargenomen in het controleperceel, zonder bosbouwkundige interventie in de dunne.
Voor de LP 110 verschilde de bladoppervlakte-index niet significant in de C- en B-behandelingen. Voor LP 110 werd een significant verschil in bladoppervlakte-indexwaarden tussen de C- en A-percelen gevonden. Over het algemeen nam de bladoppervlakte-index significant af na het toepassen van verdunningsbehandelingen in de bestudeerde houding.
De bladoppervlakte-indexwaarden die werden geregistreerd met LP 110 en Plant Canopy Analyzer voor elke verdunningsbehandeling in zuivere fijnsparrenstokopstanden vertoonden ruimtelijke variabiliteit. Lineaire regressie werd uitgevoerd voor alle bladoppervlakte-indexgegevens gemeten op een bepaald puntniveau met behulp van de LP 110 en de Plant Canopy Analyzer. Zorg voor metingen onder geschikte synoptische omstandigheden, gebruik voldoende groot open gebied voor een referentiemeting en reflecteer standheterogeniteit en meetontwerp voor onder de luifelmetingen.
Omdat zenders in verschillende hellingshoeken van het sensorbeeld kunnen worden vastgelegd, kan de hoekoriëntatie van de canopy-elementen worden berekend. Als de breedte van de bladerdaklaag bekend is, kan ook de bladoppervlaktedichtheid worden afgeleid.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol introduceert de LaiPen LP 110, een nieuw apparaat voor de schatting van de bladoppervlakindex (LAI) met behulp van een indirecte optische methode. Het vergelijkt de LP 110 met de standaard LAI-2200 Plant Canopy Analyzer, waarbij de voordelen op het gebied van gevoeligheid en gebruiksgemak worden benadrukt.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Ecologie
- Remote Sensing
- Plantenfysiologie
Achtergrond
- De bladarea-index (LAI) is van cruciaal belang voor ecologische studies.
- Nauwkeurige LAI-metingen verbeteren de kalibratie van remote sensing-producten.
- In situ metingen op de grond leveren betrouwbare gegevens op.
- Het LP 110-apparaat biedt verbeterde functionaliteit ten opzichte van traditionele methoden.
Doel van de studie
- Om een protocol te presenteren voor het gebruik van de LP 110 voor de schatting van de LAI.
- Om de voordelen van de LP 110 ten opzichte van bestaande apparaten aan te tonen.
- Om nauwkeurige ecologische beoordelingen te vergemakkelijken door verbeterde meettechnieken.
Gebruikte methoden
- Gebruik van de LaiPen LP 110 voor LAI-metingen.
- Vergelijking met de LAI-2200 Plant Canopy Analyzer.
- In situ metingen boven en onder het bladerdak.
- Voorbereiding van het meetontwerp via een survey van de bladerdakstructuur.
Belangrijkste resultaten
- De LP 110 biedt een grotere gevoeligheid bij de metingen.
- Automatische registratie van metingen verbetert de nauwkeurigheid van de gegevens.
- Intuïtieve bediening vereenvoudigt het meetproces.
- Effectief voor metingen zowel boven als onder het bladerdak.
Conclusies
- De LP 110 is een waardevol instrument voor de schatting van de LAI.
- Het presteert beter dan traditionele methoden wat betreft gebruiksgemak en nauwkeurigheid.
- De adoptie van dit apparaat kan de resultaten van ecologisch onderzoek verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor executives
Een nauwkeurige meting van de bladareaindex (LAI) ondersteunt voorspellende modellering van plantenfysiologische processen, zoals fotosynthetische opname en transpiratie, die cruciaal zijn voor het voorspellen van landbouwopbrengsten en het beoordelen van de ecosystemproductiviteit. Het optische apparaat LP 110 maakt een snelle, in het veld toepasbare LAI-schatting mogelijk met verbeterde gevoeligheid en geautomatiseerde datalogging, waardoor de variabiliteit in ground-truth-gegevens die worden gebruikt voor het kalibreren van remote sensing-producten wordt verminderd. Dit verhoogt de betrouwbaarheid van de gegevens voor grootschalige vegetatiemonitoring in de landbouw, bosbouw en milieugerelateerde R&D-programma's.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt kwantificering van de kroonstructuur mogelijk ter ondersteuning van fenotypische screening in op planten gebaseerde bioproductiesystemen.
- Operationele waarde: Biedt gestandaardiseerde, reproduceerbare LAI-metingen voor consistente experimentele condities in groeikamers en veldproeven.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert high-throughput screening van plantgenotypes door LAI te correleren met fotosynthetische efficiëntie en biomassa-accumulatie.
- Operationele waarde: Ondersteunt de standaardisatie van assays via automatische logging en inclinometer-gestuurde positionering, waardoor operator-afhankelijke variatie wordt geminimaliseerd.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Koppelt structurele kenmerken van het bladerdak aan functionele resultaten, zoals transpiratie en koolstoffixatie, in ziekterelevante plantmodellen.
- Operationele waarde: Maakt longitudinale monitoring van de plantgezondheid in preklinische effectiviteitsstudies mogelijk door middel van niet-destructieve, herhaalde LAI-beoordelingen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De LP 110 integreert in workflows voor plantfenotypering, van vroege groeibeoordeling tot biomassapredictie, ter ondersteuning van datagestuurde beslissingen in pijplijnen voor gewasverbetering en de productie van biobased verbindingen.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing van genotype-fenotype-relaties door het leveren van kwantitatieve gegevens over de architectuur van het bladerdek.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve LAI-outputs die vergelijking mogelijk maken van genetische effecten of behandelingseffecten op de plantontwikkeling.
- Analytiek: Genereert transmissiviteits- en zenithhoekgegevens die kunnen worden gebruikt om bladoppervlakte-dichtheid en lichtinterceptiemodellen af te leiden.
- Translationeel onderzoek: Verbindt structurele metingen in een vroeg stadium met eindpunt-opbrengst en stressrespons-fenotypes in de translationele plantbiologie.
- Bedrijfsvoering en hergebruik: Fungeert als een draagbaar, platformonafhankelijk hulpmiddel voor veldproeven op meerdere locaties en standaardisatie van kweekfaciliteiten.
Operationele impact & impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verbetert het voorspellingsvertrouwen in plantgroeimodellen door de meetonzekerheid in belangrijke canopy-variabelen te verminderen.
- Operationele waarde: Verhoogt de doorvoer en vermindert de trainingslast via intuïtieve bediening en automatische gegevensvastlegging.
- Strategische waarde: Maakt snellere go/no-go-beslissingen mogelijk bij de selectie van stammen of genotypen door tijdige, betrouwbare fenotypische gegevens te leveren.
- Portefeuille-impact: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde voortgang van kandidaten voor plantgebaseerde bioproductie via gestandaardiseerde beoordeling van de groeimgeving.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist training in optische meetprincipes en kroonarchitectuur voor een geldige interpretatie van de gegevens.
- Is afhankelijk van consistente lichtomstandigheden (bijv. bewolkt) om artefacten door instraling tijdens metingen onder het bladerdak te voorkomen.
- Vereist kruiskalibratie tussen verschillende apparaten om meetconsistentie tussen veldteams te waarborgen.
- Vereist open referentiegebieden voor basismetingen, wat het gebruik op dichtbeboste of belemmerde locaties beperkt.
- De prestaties kunnen variëren afhankelijk van de klumping van het bladerdak en de bladhoekverdeling, waardoor model-specifieke correcties nodig zijn voor een nauwkeurige LAI-inversie.
