Pomiar terenowy efektywnego wskaźnika powierzchni liści za pomocą urządzenia optycznego w koronie roślinności
29 lipca 2021
Szybkie i precyzyjne szacowanie wskaźnika powierzchni liści (LAI) w ekosystemach lądowych jest kluczowe dla szerokiego zakresu badań ekologicznych i kalibracji produktów teledetekcyjnych. Przedstawiono protokół wykorzystania nowego urządzenia optycznego LP 110 do wykonywania naziemnych pomiarów LAI in situ.
Protokół ten wprowadza niedawno opracowane urządzenie LaiPen LP 110 do szacowania wskaźnika powierzchni liści za pomocą pośredniej metody optycznej i porównuje je ze standardowym analizatorem koron roślin LAI-2200. Nowe urządzenie z łatwością wykonuje odczyty zarówno nad, jak i pod baldachimem, dzięki większemu wyczuciu czułości, wbudowanemu inklinometrowi cyfrowemu i automatycznemu rejestrowaniu odczytów we właściwej pozycji. Również sterowanie obsługą jest intuicyjne.
Instrukcja jest konieczna. W celu przygotowania projektu pomiaru, operatorowi zaleca się krótkie zaplanowane badanie konstrukcji czaszy przed jej pomiarem. Zacznij od włączenia obu instrumentów, przytrzymując Set przez co najmniej jedną sekundę.
Znajdź Ustawienia w menu głównym, kilkakrotnie naciskając przycisk Menu i ustaw aktualną datę i godzinę obu instrumentów, naciskając Set, Time, Set. Następnie wybierz Return i przytrzymaj Set, aby powrócić do menu głównego. Następnie ustaw oba przyrządy w jednym trybie pomiaru kąta.
Wybierz Ustawienia przytrzymując Set, a następnie naciśnij Kąty, Ustaw, Pojedynczy i potwierdź Menu. Wybierz Return i przytrzymaj Set, aby powrócić do menu głównego. Po skalibrowaniu zarówno czujnika LAI, jak i wbudowanego klinometru, skalibruj ze sobą oba urządzenia LP 110, przyrząd pierwszy i instrument drugi.
Wybierz Ustawienia w menu głównym, naciskając Set, wybierz kalibrację LAI i naciśnij przycisk Set. Następnie przytrzymaj oba urządzenia w płaszczyźnie poziomej w pozycji pionowej i wyreguluj stałą wartość oznaczoną jako C na wyświetlaczu, kilkakrotnie naciskając Set na instrumencie pierwszym, aby osiągnąć te same wartości, które przedstawiono na ekranie urządzenia na instrumencie drugim. Następnie naciśnij przycisk Menu i wróć do menu głównego.
Przymocuj instrument pionowo do statywu umieszczonego na otwartej przestrzeni lub nad badanym baldachimem. Uzyskaj odczyty zarówno powyżej, jak i poniżej baldachimu w stałych warunkach oświetleniowych ze standardowym zachmurzeniem przed wschodem lub po zachodzie słońca, aby uniknąć uzyskania nieprawidłowych wartości natężenia promieniowania. Najpierw wybierz Ustawienia w menu głównym, a następnie wybierz Automatyczny interwał, naciskając Ustaw.
Następnie kilkakrotnie naciśnij Set, a następnie przytrzymaj przycisk Menu, aby wybrać żądany interwał automatycznego rejestrowania wartości referencyjnych od 10 do 600 sekund. Ustaw krótszy przedział czasu, jeśli warunki oświetleniowe zmieniają się szybko. Naciśnij Menu, wybierz Return i przytrzymaj przycisk Set, aby powrócić do menu głównego.
Następnie naciśnij kilkakrotnie przycisk Menu, przytrzymując Set, aby ponownie wybrać pomiar w menu głównym. Następnie wybierz Auto LAI Ref, naciskając Set, aby wyszukać prawidłową pozycję czujnika LAI. Sprawdź wyświetlacz, przechyl instrument zarówno w lewo, jak i w prawo oraz do przodu i do tyłu.
Po osiągnięciu kąta zenitalnego wyznaczonego przez osie X i Z o wartości zero lub mniejszej niż pięć, należy mocno ustawić urządzenie w wymaganej pozycji, o której mowa powyżej, a następnie wcisnąć Set. Aby rozpocząć pomiar natężenia promieniowania emitowanego poniżej baldachimu roślinności za pomocą instrumentu drugiego, wybierz Pomiar w menu głównym. Naciśnij Set i wybierz LAI.
Utrzymuj orientację instrumentu drugiego jako instrumentu pierwszego. Naciśnij przycisk Set, aby aktywować tryb naszego pomiaru transmitowanego natężenia promieniowania poniżej baldachimu. Naciśnij ponownie przycisk Set, aby uzyskać wartość przepuszczanego natężenia promieniowania poniżej baldachimu i uruchom zarówno wbudowany inklinometr, jak i wskaźnik dźwiękowy służący do znalezienia prawidłowej pozycji czujnika LAI.
Następnie trzymaj urządzenie prostopadle do usługi naziemnej, aby czujnik LAI był skierowany do zenitu. Sprawdź wyświetlacz, przechyl instrument zarówno w lewo, jak i w prawo oraz do przodu i do tyłu. Wszystkie odczyty poniżej czaszy są automatycznie rejestrowane i zapisywane natychmiast, gdy kąt zenitalny zdefiniowany przez obie osie X i Z osiągnie zero lub mniej niż pięć.
Sygnał dźwiękowy ustaje. Kontynuuj wykonywanie dalszych pomiarów promieniowania przepuszczanego, które znajduje się poniżej odczytów baldachimu, wykonując czynności dla poprzednich odczytów poniżej baldachimu wymienionych powyżej. Po wykonaniu poniższych pomiarów czaszy za pomocą przyrządu drugiego, naciśnij kilkakrotnie przycisk Menu i Menu, aż zostanie wybrana Powrót, aby powrócić do menu głównego, a następnie naciśnij przycisk Set.
Dane są zapisywane w pamięci przyrządu po każdym odczycie. Przytrzymaj przycisk Menu przez co najmniej jedną sekundę, aby bezpiecznie wyłączyć urządzenie bez usuwania jakichkolwiek danych. W przypadku analizatora koron roślin zaobserwowano znacznie wyższe wartości LAI na poletku kontrolnym, bez interwencji w gospodarkę leśną na cienkich powierzchniach.
W przypadku LP 110 wskaźnik powierzchni liści nie różnił się istotnie w przypadku zabiegów C i B. Dla LP 110 stwierdzono istotną różnicę w wartościach wskaźnika powierzchni liści pomiędzy działkami C i A. Ogólnie rzecz biorąc, wskaźnik powierzchni liści uległ istotnemu obniżeniu po zastosowaniu zabiegów przerzedzania w badanej postawie.
Wartości wskaźnika powierzchni liści rejestrowane za pomocą LP 110 i Plant Canopy Analyzer dla każdego zabiegu trzebieży w drzewostanach z czystego świerka pospolitego wykazywały zmienność przestrzenną. Regresję liniową przeprowadzono dla wszystkich danych wskaźnika powierzchni liści mierzonych na określonym poziomie punktowym za pomocą LP 110 i analizatora koron roślin. Upewnij się, że pomiar odbywa się w odpowiednich warunkach synoptycznych, należy wykorzystać wystarczająco dużą otwartą przestrzeń do odczytów referencyjnych oraz odzwierciedlić niejednorodność podstawy i konstrukcję pomiarową dla odczytów poniżej czaszy
.Ponieważ nadajniki mogą być rejestrowane pod różnymi kątami nachylenia widoku czujnika, można obliczyć orientację kątową elementów czaszy. Jeśli znana jest szerokość warstwy baldachimu, można również wywnioskować gęstość powierzchni liści.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten protokół przedstawia LaiPen LP 110, nowe urządzenie do estymacji indeksu powierzchni liściowej (LAI) za pomocą pośredniej metody optycznej. Porównuje LP 110 ze standardowym analizatorem korony roślin LAI-2200, podkreślając jego zalety pod względem wrażliwości i łatwości użycia.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Ekologia
- Zdalne badanie
- Fizjologia roślin
Tło
- Indeks powierzchni liściowej (LAI) jest kluczowy dla badań ekologicznych.
- Dokładne pomiary LAI poprawiają kalibrację produktów zdalnego badania.
- Pomiar in situ zapewnia wiarygodne dane.
- Urządzenie LP 110 oferuje lepszą funkcjonalność w porównaniu z tradycyjnymi metodami.
Cel badania
- Przedstawienie protokołu użycia LP 110 do estymacji LAI.
- Wykazanie zalet LP 110 w porównaniu z istniejącymi urządzeniami.
- Ułatwienie dokładnych ocen ekologicznych poprzez ulepszone techniki pomiarowe.
Stosowane metody
- Wykorzystanie LaiPen LP 110 do pomiarów LAI.
- Porównanie z analizatorem korony roślin LAI-2200.
- Pomiar in situ powyżej i poniżej korony.
- Przygotowanie projektu pomiarów poprzez analizę struktury korony.
Główne wyniki
- LP 110 zapewnia większą wrażliwość w odczytach.
- Automatyczne rejestrowanie odczytów poprawia dokładność danych.
- Intuicyjne sterowanie upraszcza proces pomiarowy.
- Skuteczna zarówno w pomiarach powyżej, jak i poniżej korony.
Wnioski
- LP 110 jest cennym narzędziem do estymacji LAI.
- Przeważa nad tradycyjnymi metodami pod względem łatwości użycia i dokładności.
- Zastosowanie tego urządzenia może poprawić wyniki badań ekologicznych.
Często zadawane pytania
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.
