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Estimation de l'indice de la zone des feuilles à l'aide de trois méthodes distinctes dans les peuplements à feuilles caduques pures

doi: 10.3791/59757 Published: August 29, 2019

Summary

Une estimation précise de l'indice de la surface foliaire (LAI) est cruciale pour de nombreux modèles de flux de matériaux et d'énergie dans les écosystèmes végétaux et entre un écosystème et la couche limite atmosphérique. Par conséquent, trois méthodes (pièges de litière, technique d'aiguille, et PCA) pour prendre des mesures précises de LAI étaient dans le protocole présenté.

Abstract

Des estimations précises de l'indice de la surface foliaire (LAI), définie comme la moitié de la surface totale des feuilles par unité de surface horizontale du sol, sont cruciales pour décrire la structure de la végétation dans les domaines de l'écologie, de la foresterie et de l'agriculture. Par conséquent, les procédures de trois méthodes utilisées commercialement (pièges à litière, technique d'aiguille et analyseur de la canopée végétale) pour effectuer l'estimation de LAI ont été présentées étape par étape. Des approches méthodologiques spécifiques ont été comparées, et leurs avantages actuels, controverses, défis, et perspectives futures ont été discutés dans ce protocole. Les pièges à litière sont généralement considérés comme le niveau de référence. La technique de l'aiguille et l'analyseur de la canopée végétale (p. ex., LAI-2000) sous-estiment fréquemment les valeurs de LAI par rapport à la référence. La technique de l'aiguille est facile à utiliser dans les peuplements à feuilles caduques où la litière se décompose complètement chaque année (p. ex., peuplements de chênes et de hêtres). Cependant, l'étalonnage basé sur des pièges à litière ou des méthodes destructrices directes est nécessaire. L'analyseur de la canopée végétale est un dispositif couramment utilisé pour effectuer l'estimation DE LAI en écologie, en foresterie et en agriculture, mais il est sujet à une erreur potentielle due à l'amas de feuillage et à la contribution d'éléments ligneux dans le champ de vision (FOV) du capteur. L'élimination de ces sources d'erreurs potentielles a été discutée. L'analyseur de la canopée végétale est un dispositif très approprié pour effectuer des estimations LAI au niveau spatial élevé, en observant une dynamique saisonnière DE LAI, et pour la surveillance à long terme de LAI.

Introduction

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LAI, défini comme la moitié de la surface totale des feuilles par unité de surface horizontale du sol1, est une variable clé utilisée dans de nombreux modèles d'échange biogéophysique et chimique axés sur les flux de carbone et d'eau2,3, 4. LAI est directement proportionnelle à la surface active des feuilles où elle conduit la production primaire (photosynthèse), la transpiration, l'échange d'énergie, et d'autres attributs physiologiques liés à une gamme de processus d'écosystème dans la plante communautés5.

De nombreuses approches et instruments d'exécution de l'estimation LAI ont été développés, et ils sont actuellement disponibles sur le marché6,7,8,9. Les méthodes au sol pour effectuer l'estimation de LAI peuvent être regroupées en deux catégories principales : (i) directe, et (ii) les méthodes indirectes10,11,12. Le premier groupe comprend des méthodes mesurant directement la surface des feuilles, tandis que les méthodes indirectes infèrent l'ILA à partir de mesures de paramètres plus facilement mesurables, en utilisant la théorie du transfert radiatif (en termes de temps, d'intensité de main-d'œuvre et de technologie)13 ,14.

Ce protocole traite de l'utilisation pratique des pièges à litière et de la technique de l'aiguille, comme méthodes semi-directes non destructives10; et l'analyseur de la canopée de l'usine d'appareils optiques comme méthode indirecte6,7 pour effectuer l'estimation DE LAI sur un échantillon choisi à partir de peuplements de forêts à feuilles caduques tempérées en Europe centrale (voir ses caractéristiques structurelles et dendrométriques dans L'Annexe A et l'Annexe B).

Dans les forêts à feuilles caduques et les cultures, il est possible d'effectuer une estimation semi-directe non destructive de la LAI à l'aide de pièges à litière11 distribués sous la couche de canopée15. Les pièges à litière fournissent des valeurs LAI précises pour les espèces à feuilles caduques dans lesquelles LAI atteint un plateau au cours de la saison de croissance. Cependant, pour les espèces qui peuvent remplacer les feuilles pendant la saison de croissance, comme le peuplier, la méthode surestime LAI11. Cette méthode suppose que le contenu des pièges représente la quantité moyenne de feuilles qui tombent au cours d'une période de chute des feuilles dans le stand16,surtout pendant les mois d'automne. Les pièges sont des boîtes ou des filets ouverts (figure 1) avec une taille suffisante prédéterminée (minimum 0,18 m2, mais de préférence plus de 0,25 m2)10,17, côtés latéraux empêchant le vent de souffler des feuilles dans / hors de les pièges, et avec un fond perforé en évitant la décomposition des feuilles; qui sont situés sous la couche de la canopée du support étudié, cependant, au-dessus de la surface du sol11. La distribution des pièges peut être soit aléatoire18 ou systématique dans les transects19 ou une grille d'espacement régulier20. Le nombre et la distribution des pièges sont une étape méthodologique cruciale pour effectuer une estimation précise de LAI reflétant la structure unique du peuplement, l'homogénéité spatiale, la vitesse et la direction du vent attendus, en particulier dans le cas des peuplements clairsemés (ou des ruelles et vergers) et la capacité de travail pour l'évaluation des données. La précision de l'estimation de LAI augmente avec la fréquence croissante des pièges dans les peuplements étudiés11,21 (voir Figure 2).

La fréquence recommandée pour prélever des échantillons de la litière-chute de chaque piège est au moins mensuelle10 et même deux fois par semaine dans les périodes de forte chute, qui peuvent coïncider avec de fortes pluies. Il est nécessaire d'empêcher la décomposition de la litière dans les pièges et le lessivage des nutriments de la matière pendant les épisodes de pluie dans le cas de l'analyse chimique. Après la collecte des feuilles dans un champ, un sous-échantillon mixte est utilisé pour estimer la zone spécifique des feuilles (SLA, cm2 g-1)22, définie comme la zone fraîche projetée des feuilles à son rapport de poids de masse sèche. Le reste de la litière recueillie est séché à un poids constant et utilisé pour calculer la masse sèche de la litière comme g cm-2 dans le laboratoire. La masse sèche des feuilles à chaque date de collecte est convertie en zone foliaire en multipliant la biomasse collectée par SLA ou la masse sèche des feuilles par zone (LMA, g cm-2) comme paramètre inverse à SLA23,24. Une nouvelle zone projetée de feuilles particulières peut être déterminée à l'aide d'une approche planimétrique. La méthode planitmétrique est basée sur la dépendance entre la zone d'une feuille spécifique et la zone couverte par la feuille dans la surface horizontale. La feuille est fixée horizontalement à l'écran d'analyse, et sa moyenne est mesurée à l'aide d'un mètre de surface foliaire. Ensuite, sa superficie est calculée. De nombreux compteurs de surface de feuille basés sur différents principes de mesure sont disponibles sur le marché. Certains d'entre eux comprennent, par exemple, le compteur de surface de feuilles portative LI-3000C, qui utilise la méthode de projection orthogonale, et le compteur de zone LI-3100C, qui mesure la moyenne des feuilles à l'aide d'une source de lumière fluorescente et d'une caméra de balayage semi-conduite. Le dispositif suivant, le compteur portatif CI-202 de la zone des feuilles laser, code une longueur de feuille à l'aide d'un lecteur de code. En plus d'eux, les compteurs AM350 et BSLM101 Portable Leaf Area sont également couramment utilisés pour effectuer une estimation précise de la surface des feuilles.

En outre, les compteurs de surface de feuille basés sur des systèmes qui analysent la vidéo existent. Ces compteurs de zone de feuille se composent d'une caméra vidéo, d'un cadre de numérisation, d'un écran, et d'un PC, y compris le logiciel approprié pour faire l'analyse de données telle que wD3 WinDIAS Leaf Image Analysis System11. Actuellement, les scanners conventionnels connectés à un PC peuvent être utilisés pour estimer la surface des feuilles. Ensuite, la zone de la feuille est calculée comme un multiple du nombre de pixels noirs et sa taille dépend de la résolution sélectionnée (points par pouce - dpi), ou la zone de la feuille est mesurée par un logiciel spécifique, par exemple, WinFOLIA. Enfin, la masse sèche totale de feuilles récoltées dans une surface de surface connue est convertie en LAI en se multipliant par LLA et un coefficient de rétrécissement25 qui reflète les changements dans la zone des feuilles fraîches et séchées. Le rétrécissement dépend de l'espèce d'arbre, de la teneur en eau et de la douceur des feuilles. Le rétrécissement des feuilles dans la longueur et la largeur (ce qui affecte la zone projetée) est généralement jusqu'à 10%26, par exemple, il varie de 2,6 à 6,8% pour le chêne27. Le tri des feuilles par espèce pour la pesée et l'établissement du rapport spécifique de la superficie foliaire est nécessaire pour déterminer la contribution de chaque espèce au LAI28total.

LAI détermination par la technique de l'aiguille est une méthode peu coûteuse dérivée de la méthode de quadrat point incliné29,30,31,32. Dans les peuplements à feuilles caduques, il s'agit d'une solution de rechange pour effectuer l'estimation de LAI sans utiliser de pièges10 en partant du principe que le nombre total de feuilles et leur superficie dans un arbre sont égaux à ce qui est recueilli à la surface du sol après une chute complète de feuilles20 . Une fine aiguille pointue est percée verticalement dans la litière couchée sur le sol immédiatement après la chute des feuilles10. Après la chute complète des feuilles, les feuilles sont prélevées du sol sur une aiguille d'une sonde verticale, sont liées au numéro de contact et égales à la valeur réelle de LAI. Un échantillonnage intensif (100-300 points d'échantillonnage par stand étudié par sonde de champ) par la technique de l'aiguille est nécessaire pour quantifier un nombre de contact moyen et pour obtenir correctement la valeur LAI10,20,33.

leanalyseur de la canopée végétale(p. ex., LAI-2000 ou LAI-2200 PCA) est un instrument portatif couramment utilisé pour effectuer une estimation indirecte de LAI en prenant une mesure de la transmission de lumière dans toute la canopée7dans la partie bleue filtrée du spectre lumineux (320-490 nm)34,35pour minimiser la contribution de la lumière qui a traversé les feuilles, a été dispersée par la canopée et passe à travers le feuillage7,34. Dans la partie bleue du spectre lumineux, le contraste maximal entre la feuille et le ciel est atteint, et le feuillage apparaît noir contre le ciel34. Par conséquent, il est basé sur l'analyse de la fraction de l'écart de la canopée7. L'instrument a été largement utilisé pour réaliser des études écophysiologiques dans les communautés végétales telles que les cultures36Prairies37, stands de conifères8, et les stands à feuilles caduques38. L'analyseur de la canopée de la plante utilise un capteur optique fisheye avec un FOV de 14835projeter une image hémisphérique de la canopée sur des détecteurs de silicium pour les organiser en cinq anneaux concentriques39avec des angles de zénith central de 7, 23, 38, 53 et 68 degrés9,40,41. Cinq bouchons d'vue (c.-à-d.,270, 180, 90, 45 et 10 degrés) peuvent être utilisés pour restreindre la vue azimuth du capteur optique27pour éviter l'ombrage par des obstacles dans une zone ouverte (pour la lecture ci-dessus) ou l'opérateur dans le FOV du capteur pendant l'estimation DE LAI peut ajuster le capteur FOV à une zone ouverte pour les lectures au-dessus de la canopée. Les mesures à l'aide de l'analyseur de la canopée végétale sont prises ci-dessus (ou dans une zone ouverte suffisamment étendue) et au-dessous de la canopée étudiée7. Les mêmes plafonds de vue doivent être utilisés pour les lectures ci-dessus et ci-dessous afin d'éviter les biais de l'estimation des fractions d'écart34. Le PCA LAI-2000 produit un indice efficace de surface foliaire (LAIe) tel qu'introduit par Chen et coll.42, ou plutôt un indice efficace de la zone végétale (PAIe) car les éléments ligneux sont inclus dans la valeur de lecture du capteur. Dans les peuplements à feuilles caduques avec des feuilles plates, le LAIe est le même que le LAI hemi-surface. Dans le cas des peuplements forestiers à feuilles persistantes, le LAIe est nécessaire pour corriger l'effet d'agglutination au niveau du pousse (SPAR, STAR)43, l'indice d'agglutination à des échelles plus grandes que le tournageE)44, et la contribution d'éléments ligneux, y compris les tiges et les branches (c.-à-d.,rapport de zone ligneuse/totale),45qui causent une sous-estimation systématique DE LAI20. L'indice d'agglutination à une échelle spatiale plus élevée que la pousse ou la feuille pourrait être quantifié comme un indice d'agglutination apparent (ACF), qui peut être estimé à l'aide de l'analyseur de la canopée végétale lorsque des bouchons de vue plus restrictifs sont utilisés.27. Comme ces auteurs affirment que cet ACF est déduit d'un rapport de valeurs LAI calculéeà de la transmission par différentes procédures pour les auvents homogènes et non homogènes selon Lang46, nous supposons que cet indice agglomérant décrit plutôt l'homogénéité de la canopée. Outre le calcul ACF, les nouveaux bouchons de diffuseur qui permettent une application plus étendue de LAI-2200 PCA en ce qui concerne les conditions météorologiques, un menu utilisateur au lieu de codes Fct, et la possibilité de prendre beaucoup plus de mesures par session de fichier sont parmi les principaux mises à niveau technologiques par rapport à l'ancien LAI-2000 PCA34,47. Les mesures et les calculs logiciels internes subséquents sont basés sur quatre hypothèses : (1) les éléments de la lumière bloquant les plantes, y compris les feuilles, les branches et les tiges, sont distribués au hasard dans la canopée, (2) le feuillage est un corps électriquement noir qui absorbe tous les la lumière qu'il reçoit, (3) tous les éléments de la plante sont la même projection à la surface horizontale du sol comme une forme géométrique simple convexe, (4) éléments végétaux sont petits par rapport à la zone couverte par chaque anneau11.

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Protocol

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1. LAI estimé à l'aide de pièges à litière

  1. Tout d'abord, effectuer un levé sur le terrain, étudier les conditions du site et la structure des peuplements étudiés (c.-à-d., inclinaison et exposition de la pente, du type de forêt ou de végétation, densité forestière ou végétale, homogénéité de la fermeture de la canopée, la couronne taille, et la hauteur de base de la couronne).
  2. Sélectionnez un type approprié de piège à litière pour le positionnement sous la canopée en choisissant la taille du filet en fonction de la taille de l'appareil d'assimilation des peuplements étudiés (c.-à-d.que la taille du maillage doit être plus petite que la taille de l'assimilation capturée l'appareil), puis numérotez et distribuez les pièges dans les peuplements étudiés, puis les étiquetez.
    1. En règle générale, utilisez un certain nombre de pièges allant de 15 à 25 par peuplement étudié25,48 avec une zone de capture allant de 0,18 m2 jusqu'à 0,5 m2 ou plus, en particulier pour les espèces d'arbres avec de grandes feuilles telles que le peuplier10 ,17,48.
    2. Placez les pièges à l'espacement régulier tout au long du stand étudié dans un ou deux transects perpendiculaires mutuels ou une grille régulière (figure 2). La conception, la procédure et l'analyse appropriées de la chute de la litière sont également décrites par Ukonmaanaho et coll.17 ou Fleck et coll.21.
      1. Déterminer la distance entre les pièges sur la taille de la couronne, la fermeture de la verrière et la texture du support.
      2. Augmentez le nombre de pièges à litière avec la surface de stand montante et l'hétérogénéité de la texture.

Figure 2
Figure 1 : Différents types de pièges à litière, la construction et leur emplacement à l'intérieur du stand.
De gauche à contre- Bois, plastique, boîtes en plastique et construction métallique. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

  1. Installer les pièges au début de la saison de croissance (peu de temps après le rinçage des feuilles parce qu'une chute de feuilles peut se produire en raison soit de dommages causés par des insectes ou d'événements météorologiques extrêmement secs pendant la période estivale).
    1. Fixez fermement chacun des pièges au-dessus de la surface du sol et sous la verrière de stand de sorte qu'il n'y ait aucun changement de la zone de capture. Maintenir chacun des pièges en position horizontale et une zone de capture normalisée stable. Des exemples de différents types de pièges sont présentés à la figure 1 ou, par exemple, à Ukonmaanaho et à al.17 .

Figure 1
Figure 2 : Le modèle schématique régulier de distribution des pièges à litière dans les peuplements forestiers avec une homogénéité distincte.
L'homogénéité diminue à partir de la gauche. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

  1. Placez les pièges au-dessus de la surface du sol (minimum 0,1 m) pour permettre à l'air de souffler sous la partie collectée des pièges. Généralement, la hauteur des pièges est de 1 m au-dessus de la surface du sol25,38,49.
  2. Choisissez l'étape de temps pour la collecte des déchets en ce qui concerne le cours typique de la météo dans le site étudié et l'intensité de la litière-chute. L'étape temporelle standard varie de 1 à 4 semaines (une étape de temps plus courte doit être utilisée par temps pluvieux pour éviter la décomposition des déchets et pendant les chutes intensives de feuilles).
    1. Au cours de chacune des mesures, vérifiez la résistance des cadres de piégeage, la compacité des filets ou des boîtes, et le nivellement de l'ensemble du piège (c.-à-d.la position horizontale du piège).
  3. Placez la litière recueillie dans chacun des pièges dans des sacs en papier préalablement étiquetés.
    1. Transporter tous les échantillons de préférence dans des boîtes froides, ou si nécessaire, entreposés temporairement à 4 oC, mais pas congelés17 en raison d'endommager les tissus foliaires.
  4. Après avoir transporté les échantillons au laboratoire, séparer l'appareil d'assimilation des autres composants de la litière (branches, graines, écorce, fleurs; selon les espèces d'arbres si nécessaire).
  5. Immédiatement après le tri, analyser une partie d'un échantillon mixte (entremêlé) de chaque piège à litière pour effectuer l'estimation de l'ALS (c.-à-d., le rapport entre la zone projetée des feuilles et son poids de masse sèche).
    1. Étant donné que différentes espèces d'arbres et même des types de feuillage (ensoleillés et ombragés) avec des différences de propriétés se produisent dans le profil vertical de la couronne, mélangez soigneusement l'échantillon de chaque piège avant de sélectionner les feuilles pour effectuer l'estimation SLA (LMA)11 . Comme il y a une différence entre la zone projetée des feuilles fraîches et sèches en raison du rétrécissement, estimez un coefficient de correction de rétrécissement du sous-échantillon de feuilles fraîches (vertes)26.
      1. Recueillir les feuilles proportionnellement (de la même façon que dans le sous-échantillon mixte du piège) de toutes les espèces d'arbres situées dans le stand.
    2. Séparez le sous-échantillon comptant au moins 100-200 feuilles de tous les pièges utilisés21,27 pour effectuer l'estimation SLA.
      1. Placez les feuilles d'une manière plate et droite sur la planche d'analyse ou sur le compteur de la surface des feuilles, et il est nécessaire d'éviter de chevaucher les feuilles.
      2. Comme les feuilles de litière séchées peuvent se plier ou se courber, trempez-les dans de l'eau chaude (60-70 oC) pendant une courte période17,21. Cela a été trouvé pour aplatir les feuilles suffisamment pour prendre des mesures, mais surtout après une longue période de trempage, ils perdent du poids.
      3. Si le scanner ou le compteur de la surface foliaire ne permet pas l'éclairage supérieur (pour éviter la réflectance et l'ombrage), utilisez une distribution appropriée des feuilles soit sur une planche à balayage ou sur un convoyeur de mesure de la zone des feuilles (c.-à-d. les feuilles sont placées perpendiculairement au phare de l'analyse) de sorte que les ombres ne se forment pas pendant le mouvement des phares de balayage parce qu'il est difficile d'enlever les ombres pendant le traitement ultérieur des données.
      4. Si un scanner connecté à un PC est utilisé, utilisez une résolution des images en noir et blanc de 200 dpi au minimum sur la base d'une précision suffisante de la zone.
        1. Pour éviter la réflectoflence, qui est visible sous forme de pixels lumineux à l'intérieur des feuilles, lorsqu'un scanner ordinaire est utilisé, ajustez la luminosité de l'analyse pour atteindre un seuil approprié (Figure 3). Le logiciel (par exemple, WinFOLIA) estime ensuite la surface des feuilles en comptant les pixels sombres de l'analyse et les convertit à l'aide de la résolution dpi connue.
    3. Séchez ce sous-échantillon désigné pour l'estimation de l'ALS pendant 48 heures à 80 ou 105 oC pour atteindre un poids constant. Utilisez un four ventilé avec un thermostat pour homogénéiser et maintenir la température interne (p. ex., IncuMax CV150).
      REMARQUE : La teneur en eau des feuilles reste comme eau fixe dans les cellules lorsque le séchage au four se produit à des températures plus basses. Lors du séchage à 105 oC, il ne reste plus d'eau dans l'échantillon de la plante17.
    4. Peser la masse sèche de ce sous-échantillon à l'aide d'échelles de laboratoire avec un degré élevé de précision de 1 g au minimum.
      1. Vérifier le nivellement des échelles de laboratoire et éviter les effets externes (p. ex., le souffle du vent fort dans le laboratoire pendant la pesée).
    5. Calculer la valeur de l'ALS en tant que zone projetée de feuilles du sous-échantillon désignée pour l'estimation de l'ALS divisée par son poids de masse sèche.

Figure 3
Figure 3 : L'analyse d'un échantillon de feuilles à l'exemple d'un balayage de qualité correct (sur le côté gauche) et d'un balayage incorrect (côté droit)
lorsque la luminosité doit être ajustée pour éliminer la réflectofloire visible sous forme de pixels blancs à l'intérieur du corps des feuilles et/ou lorsque la saleté de surface (a) et tout effet de bord (b) doivent être supprimés avant de faire une analyse de la zone.

  1. Sécher au four le reste de l'échantillon (c.-à-d.les feuilles collectées) pour chaque piège pendant 48 heures à la même température que celle utilisée pour l'estimation de l'ALS, c'est-à-dire à 80 ou 105 oC pour atteindre un poids constant.
  2. Multipliez le poids de masse sèche du reste de l'échantillon pour chaque piège à litière particulier par la valeur sLA correcte pour atteindre la superficie totale projetée des feuilles par piège.
  3. Répétez les étapes de 1,5 à 1,9 pour chacun des stands étudiés et chaque date de collecte des déchets.
  4. Calculer le LAI comme le rapport de la superficie totale cumulative des feuilles estimée à l'aide de pièges à litière et de la zone de capture des pièges à litière.

2. Technique d'aiguille pour prendre des mesures de LAI

  1. Au départ, effectuer un levé sur le terrain, étudier les conditions du site et la structure des peuplements étudiés (c.-à-d., inclinaison et exposition de la pente, du type de forêt ou de végétation, densité de la forêt ou de la végétation, homogénéité de la fermeture de la canopée, taille de la couronne, et la hauteur de base de la couronne).
  2. Immédiatement après une chute complète des feuilles, préparer tout l'équipement nécessaire, y compris une aiguille métallique assez longue et pointue avec un diamètre aussi petit que possible (maximum de 2,0 mm de diamètre).
  3. Sélectionnez un nombre approprié de points d'échantillonnage distribués au hasard (au moins 100)10,20,38 en fonction de la structure de la canopée de chaque stand étudié.
    REMARQUE : En général, plus il y a de points d'échantillonnage, plus l'estimation de LAI dans le stand étudié est élevée (le nombre de points d'échantillonnage devrait augmenter par rapport à la taille de la parcelle étudiée et à la structure de la canopée).
  4. À l'aide de l'aiguille métallique, percer les feuilles à un angle plus ou moins similaire à travers la couche de feuilles fraîchement tombées qui se trouvent sur la surface du sol à chacun des points d'échantillonnage sondés.
    1. Utilisez n'importe quel angle de poignard puisque ces feuilles tombées n'ont aucun rapport avec leur position précédente dans la canopée.
  5. Vérifiez que seules les feuilles fraîchement tombées sont présentes sur l'aiguille. Dans le cas de la présence de feuilles partiellement décomposées de l'année précédente, retirez-les de l'aiguille.
  6. Comptez le nombre de feuilles percées par l'aiguille à chaque coup de couteau à chaque point d'échantillonnage.
  7. Répétez les étapes de 2,4 à 2,6 pour tous les points d'échantillonnage sondés.
  8. Comptez le total de toutes les feuilles percées par l'aiguille à l'intérieur de l'ensemble du support (c.-à-d.pour au moins 100 points d'échantillonnage).
  9. Divisez cette somme par le nombre de coups de couteau (c.-à-d., en comptant la moyenne arithmétique). La moyenne arithmétique résultante est égale à la valeur réelle de LAI au niveau du stand. Remarque : Le nombre moyen de feuilles fraîches récoltées sur l'aiguille correspond à la valeur réelle de LAI du stand forestier étudié.

3. Dispositif optique d'analyseur de canopée de plante pour effectuer l'estimation de LAI

  1. Au début, effectuer un levé sur le terrain, y compris l'étude de l'état du site et de la structure des peuplements étudiés (c.-à-d., inclinaison et exposition du type de pente, de forêt ou de végétation, densité forestière ou végétale, homogénéité de la la fermeture de la canopée, la taille de la couronne et la hauteur de base de la couronne).
  2. Trouver un espace ouvert approprié (défrichage) avec des conditions de ciel identiques comme au-dessus de la parcelle observée, situé à une distance maximale de 1 km21, qui est nécessaire pour les lectures de capteur au-dessus de la canopée.
    1. Comme l'analyseur de la canopée végétale permet à l'utilisateur d'utiliser un FOV différent à la fois dans les directions azimut (par les bouchons de vue de restriction) ainsi que dans les directions zénith (par le traitement logiciel par le masquage de l'anneau), appliquer le même bouchon (et son orientation) pour les directions au-dessus et au-dessous de la canopée Lectures.
    2. Tirer la taille de la zone ouverte et l'utilisation du plafond de vue approprié de la portée du FOV. Le FOV connu du capteur de la verticale dans l'orientation zénith et l'estimation de la hauteur des obstacles les plus proches (arbres, terrain, bâtiments) fournissent la solution la plus appropriée, où la taille suffisante de la zone ouverte peut être calculée en fonction équation 1 :
      Y et H-tg (1),
      Où Y est la distance requise de la barrière la plus proche; H signifie la hauteur de l'obstacle; - désigne le FOV dans une direction à partir de la verticale (Figure 4). Au lieu de la zone ouverte, une tour plus haute que le stand à l'étude peut être utilisée pour prendre des lectures au-dessus de la canopée21.
      1. Prenez en considération la pente et l'hétérogénéité du terrain lors du calcul de la taille de la zone ouverte.

Figure 4
Figure 4 : Représentation schématique du FOV du capteur (zone grise).
est le FOV du capteur; H désigne la hauteur de l'obstacle le plus proche; Y signifie la distance horizontale entre l'opérateur et l'obstacle63.

  1. En se basant sur les paramètres structurels du stand (homogénéité de la canopée), déterminer un nombre approprié de points d'échantillonnage, l'emplacement des points d'échantillonnage équidistants situés dans l'un ou l'autre transect, ou une grille pour prendre des relevés sous la canopée dans le stand étudié9.
    1. Déduiser la distance appropriée par rapport à la variabilité des relevés sous la canopée dans le champ.
      1. Déplacez-vous lentement avec le capteur sous la canopée en transect et observez la variabilité des lectures d'anneau les plus supérieures. Une légère variabilité interrompue par des valeurs plus élevées est un résultat courant. La moitié de la distance entre ces valeurs de pointe dans la variabilité devrait être considérée comme appropriée.
    2. Si une observation de la dynamique saisonnière de LAI est effectuée, utilisez une fixation permanente des transects ou des points d'échantillonnage à l'intérieur du stand étudié (p. ex., par des piquets en bois ou des bâtons géologiques en métal).
      REMARQUE : Le nombre et l'espacement des transects dépendent de la structure particulière de la canopée du stand (figure 5).
    3. Dans les peuplements homogènes, un nombre suffisant de transects varie de 1 à 3. Dans le cas d'une hétérogénéité élevée, appliquez une grille régulière de points d'échantillonnage. Choisissez l'orientation des transects en ce qui concerne la pente et la répartition des arbres dans le stand, en particulier en cas d'espacement des rangs. L'espacement entre les points d'échantillonnage particuliers est déterminé en ce qui concerne l'hétérogénéité du stand, la taille de la couronne, la hauteur de base de la couronne et le FOV du capteur (figure 6). Dans les peuplements homogènes, le nombre de points d'échantillonnage varie généralement entre 5 et 36 46,50. Baret et coll.51décrivent également des modèles d'échantillonnage particuliers; Majasalmi et coll.52; Woodgate et coll.50; Fleck et coll.21; Calders et coll.53.
      1. Avec un terrain en pente, orientez la vue du capteur le long des courbes de niveau.

Figure 5
Figure 5 : Mise en page des mesures dans les peuplements à feuilles caduques pures.
(A), (B) Dispositions de la mise en place optimale de transects particuliers dans une plantation pure établie par plantation en ligne (c.-à-d., espacement rectangulaire). (C) La disposition de la mise en place optimale de transects particuliers dans une plantation pure établie par la plantation en ligne à l'espacement triangulaire. (D) La disposition de la mise en place optimale de transects particuliers dans une plantation pure établie par la plantation en ligne avec deux parties distinctement différentes. (E) La disposition du placement optimal de transects particuliers dans un support avec quatre parties nettement distinctes du stand. (F) La disposition de la mise en place optimale de transects particuliers dans une plantation pure établie par la plantation en ligne avec deux parties différentes. (G) La disposition de l'établissement optimal de transects particuliers dans une plantation pure établie par plantation en ligne avec trois parties nettement distinctes représentant 50%, 25%, et 25% de la superficie entière du stand. (H) La disposition de placer les transects dans les peuplements établis par régénération naturelle, où environ 12 points de mesure par transect sont suffisants du point de vue de la précision. Les transects gris pourraient être omis de la mesure.

Figure 6
Figure 6 : Représentation schématique d'un choix d'espacement entre les points de mesure à l'intérieur des transects en ce qui concerne le FOV, la densité du peuplement et la hauteur de la base de la couronne.
a: distance d'espacement appropriée dans le cas de la hauteur et de la vue du capteur schematically affichées, et de la hauteur de base de couronne, c : distance d'espacement inadaptée pendant que certaines parties de la canopée (d - en blanc) ne sont pas visibles par le capteur. Ainsi, l'espacement doit être corrigé (par b, c'est-à-dire, a 'c 'b' ), c ': également corrigé, la distance d'espacement appropriée en raison de l'angle de vue du capteur agrandi corrigé (ligne pointillée fine).

  1. Bien que certaines possibilités et corrections de l'estimation LAI dans des conditions ensoleillées sont présentés47,54, effectuer toutes les mesures sous un ciel clair diffus (couvert standard) et des conditions sans vent55, 56 (voir la figure 7). Malgré le fait que l'analyseur de la canopée de la plante permet la correction de la diffusion de la lumière pour les mesures dans des conditions ensoleillées21, le producteur du capteur recommande de l'utiliser dans des conditions nuageuses standard34.
    1. Utilisez l'analyseur de la canopée végétale à partir de la lumière directe du soleil, car le feuillage éclairé par le soleil peut apparaître comme des pixels lumineux sur l'image et classer indûment comme le ciel (l'effet de la pénombre). Idéalement, prenez les mesures dans des conditions entièrement nuageuses (avec une couverture nuageuse uniforme), lorsque la lumière diffuse est uniformément dispersée dans le ciel.
    2. La réflectoflence est également évidemment plus élevée sous la lumière du soleil par rapport aux conditions diffuses du ciel. Comme alternative, prendre des mesures avant le lever ou après le coucher du soleil, lorsque le soleil est caché sous l'horizon, et la végétation n'est pas rétroéclairée par le soleil (gardez à l'esprit que pendant ces moments de la journée, l'environnement lumineux change rapidement). Toutefois, gardez également à l'esprit qu'en raison de la sensibilité du capteur, les valeurs de lecture devraient être supérieures à environ 3 dans une zone ouverte.
    3. Évitez la pluie parce que les gouttes de pluie sur le capteur affectent la précision des mesures. Un auvent humide réfléchit plus de lumière, ce qui peut conduire à la sous-estimation LAI.
    4. Prévenir les vents violents parce que les éléments végétaux en mouvement peuvent influencer les lectures au-dessous de la canopée, et donc ils pourraient causer des résultats incorrects.
    5. Évitez également les conditions brumeuses à l'intérieur de la canopée.

Figure 7
Figure 7 : Conditions météorologiques optimales pour effectuer l'estimation DE LAI à l'aide d'un analyseur de canopée végétale. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

  1. Si l'observation d'un cours saisonnier de la LAI n'est pas nécessaire, prenez toutes les mesures de juin à la mi-septembre parce que le LAI de la plupart des espèces d'arbres atteint sa valeur maximale et reste (sauf pendant les étés secs). Par conséquent, cette période est la plus appropriée pour faire une comparaison LAI au cours de la saison de croissance38,57,58,59.
    REMARQUE : Cette période devrait être plus courte ou modifiée dans des conditions de sécheresse de la chute des feuilles ou de la sénescence.
  2. Estimer l'indice de la zone ligneuse (WAI, figure 10) pendant la période d'arrêt des feuilles (c.-à-d.avant la rupture des bourgeons au début du printemps et après l'automne complet à la fin de l'automne).
    REMARQUE : Étant donné que l'analyseur de la canopée végétale n'a qu'une seule bande visible (320-490 nm)34,35 et ne peut distinguer les composants des feuilles et des bois, les résultats obtenus au cours d'une saison de croissance représentent un indice de superficie végétale (IAP) qui est la somme de la LAI et wai (PAI et LAI et WAI)60. Par conséquent, soustrayez la valeur moyenne des deux mesures WAI prises au cours d'une période de congé de chacune des mesures PAI estimées au cours de la période de feuilles afin d'obtenir des valeurs LAI correctes (LAI et PAI et WAI)20,38.
    1. Effectuer les lectures ci-dessus de la canopée comme première mesure de chaque transect ou grille de support dans une zone ouverte suffisante (voir l'étape 3.2).
      REMARQUE: Il est possible de prendre des mesures en double mode parce que le PCA LAI-2000 (ou ses versions améliorées LAI-2200 PCA et LAI-2200C) permettent de faire des estimations simultanées avec deux capteurs ensemble (c.-à-d., un pour ci-dessous et un pour les lectures ci-dessus). Dans ce cas, les capteurs doivent être étalonnés conformément au manuel d'instructions (LI-COR 2011). En bref, il est recommandé que l'utilisateur connecte les deux capteurs à une unité de contrôle pour unifier les lectures et le temps, en plaçant le capteur pour les lectures au-dessus de la canopée au sommet d'un trépied dans une zone ouverte, en le nivelant, et en utilisant le même plafond de vue de restriction. L'orientation de vue du capteur doit être la même dans la direction de l'azimuth que pour la prise de lectures sous la canopée.
    2. Effectuez les lectures ci-dessous-canopée dans la conception de mesure spatiale décrite en détail dans 3.3. Le capteur est généralement maintenu de 0,5 à 2,0 m au-dessus du sol21,38, c'est-à-dire, au-dessus de la végétation sous-étage, sous la canopée et avec le capteur visible au niveau des bulles.
      1. Un niveau de bulle est un composant du capteur. Utilisez les bouchons de vue de restriction si le capteur est maintenu en dessous de 2,0 m pour exclure l'opérateur du FOV. Utilisez le bouchon de vue identique pour les lectures ci-dessous et au-dessus.
      2. Utilisez une distance minimale entre le capteur et l'élément le plus proche des parties hors-sol de la plante (tiges, branches) d'au moins quatre fois le diamètre ou la largeur du composant.
    3. Calculez les valeurs WAI à partir de données brutes mesurées sur le terrain à l'aide du freeware LAI-2200 File Viewer (FV2200), qui est disponible à https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/software.html.
      1. Limiter le FOV du capteur dans la direction du zénith aux trois anneaux supérieurs (c.-à-d. 0-43 ) pour exclure un effet de bord et de grandes tailles d'écart20,61 ,62.
      2. Traiter les données à l'aide des algorithmes standard pour LAI-2000 PCA, et définir des paramètres pour faire des évaluations en utilisant FV2200 selon le manuel d'utilisation34.
    4. Déterminer la valeur annuelle de l'AJA comme moyenne arithmétique des deux mesures effectuées avant le début de la saison de croissance (c.-à-d.avant la rupture des bourgeons) et après la chute complète des feuilles (figure 10).
  3. Estimer l'IAP en utilisant la même procédure que pour l'estimation wai (de l'étape 3.6.1-3.6.3.)
  4. Calculez la valeur réelle de LAI au niveau du stand comme la différence entre les valeurs moyennes PAI et WAI (LAI et PAI et WAI)20,38.

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Representative Results

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Les valeurs moyennes de LAI au niveau du stand de tous les stands étudiés au cours de la saison de croissance 2013 sont présentées à la figure 8. Sur toutes les parcelles sauf A, les valeurs les plus élevées ont été mesurées par des pièges à litière, qui servent de niveau de référence. En revanche, la valeur moyenne la plus élevée de LAI a été estimée par la technique d'aiguille sur la parcelle A. Toutes les différences entre les valeurs DE LAI estimées à l'aide de pièges à litière et d'un analyseur de canopée végétale n'étaient pas significatives (p .gt; 0,05; Figure 8, à gauche). Sur les parcelles B, C et D, la technique de l'aiguille sous-estimait considérablement le LAI obtenu des pièges à litière. Inversement, sur la parcelle A, cette technique a surestimé le LAI mesuré à l'aide des pièges à litière, cependant, à un niveau non significatif (p - 0,01; Figure 8, milieu). Des différences significatives entre les valeurs de LAI estimées par l'analyseur de la canopée végétale et la technique de l'aiguille ont été constatées dans tous les cas (figure8, à droite).

Figure 8
Figure 8 : Comparaison des différences statistiquement significatives entre les valeurs moyennes de l'IA estimées à l'aide de pièges à litière, de la technique de l'aiguille et des approches LAI-2000 PCA.
A-C: parcelles de hêtres européens, D: parcelle d'érable sycomore, p lt; 0,05 (en), p 'lt; 0,001 (en), p 0,05 (ns). Les moustaches présentent des écarts types. Ce chiffre a été modifié avec la permission38. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Les déviations de sous-estimation ou de surestimation du LAI obtenues par l'analyseur de la canopée végétale et la technique de l'aiguille, toutes deux comparées aux valeurs LAI obtenues à partir des pièges à litière considérés comme le niveau de référence sont affichées à la figure 9. Les estimations inférieures des valeurs DE LAI mesurées à l'aide de pièges à litière et de l'analyseur de la canopée végétale sur les parcelles A, B, C et D étaient respectivement de 15,3 %, 11,0 %, 18,9 % et 5,8 %. La déviation moyenne des valeurs DE LAI sur les parcelles de hêtres et toutes les parcelles étudiées ensemble était de 15,1 % et 12,7 %, respectivement. Sur les parcelles B, C et D, la technique de l'aiguille sous-estimée LAI obtenue à partir des pièges à litière de 41,0 %, 38,0 % et 40,0 %, respectivement. En revanche, sur la parcelle A, une surestimation de 13,0 % a été constatée entre les valeurs LAI obtenues par la technique de l'aiguille et les pièges à litière. Les déviations moyennes des valeurs LAI sur le hêtre et toutes les parcelles étudiées, quelle que soit la composition des espèces d'arbres, étaient respectivement de 39,7 % et 26,5 %.

Figure 9
Figure 9 : Déviation moyenne des valeurs LAI estimées à l'aide de la technique de l'aiguille et d'un APC LAI-2000 à partir des valeurs LAI obtenues à partir de pièges à litière considérés comme la référence.
A-C: Parcelles de hêtres européennes, D: parcelle d'érable sycomore, TOUS - déviation moyenne de toutes les parcelles indépendamment des espèces d'arbres. Les moustaches présentent des écarts types. Ce chiffre a été modifié avec la permission38. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Après la chute complète des feuilles et avant la rupture des bourgeons (c.-à-d.en avril), l'AJA peut être facilement mesurée à l'aide d'un analyseur de la canopée végétale. Les valeurs saisonnières moyennes de l'OAA pour les parcelles A, B, C et D ont atteint 1,33, 0,26, 0,99 et 0,38, respectivement (figure 10). Le développement le plus rapide de LAI a été noté au cours de la période de rupture de bourgeon se produisant en avril jusqu'au début de mai (partie 1, figure 10). De mai à fin juin (partie 2, figure 10),on a observé la poursuite du développement rapide des feuilles de LAI; cependant, avec moins d'intensité par rapport à la partie 1. De la deuxième moitié de juin à la fin de juillet, la valeur de LAI a diminué de 0,46 sur la parcelle B. La parcelle A a été délibérément sélectionnée pour une surveillance plus détaillée de la LAI où les mesures saisonnières de LAI ont été prises à des intervalles de temps plus courts. Par conséquent, la stagnation de LAI était plus évidente pendant les mois d'été sur cette parcelle (partie 3, Figure 10). Dans tous les peuplements forestiers étudiés, les feuilles ont commencé à tomber à la fin de septembre, illustrées par la diminution de la courbe DE la LAI (partie 4, figure 10).

Figure 10
Figure 10 : Dynamique saisonnière de LAI pendant la saison de croissance 2013.
LAI: indice de surface foliaire, WAI: indice de zone boisée, A-C: parcelles de hêtres européennes, D: parcelle d'érable, DOY: jour de l'année. Les diamants vides signifient la moyenne des WAI saisonniers soustraits de l'IA PAI pour obtenir le LAI correct (LAI et PAI - WAI). La période 3 semble être la phase la plus appropriée pour comparer le LAI des peuplements à feuilles caduques pendant toute la saison de croissance. Les moustaches affichent des écarts standard de l'estimation LAI, et la zone grise signifie l'intervalle de confiance de la courbe lala moyenne. Ce chiffre a été modifié avec la permission38. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

intrigue un B C D
Coordonnées géographiques 49'26'29.946" N 49'19'27.6" N 49'19'32.6" N 49'19'20.7" N
16'42'06.237" E 16 '43'4.3" E 16'43'54.8" E 16'43'48.2" E
altitude 600 m a. s. l. 450 m a. s. l. 460 m a. s. l.
fondement Granodiorit acide Granodiorit Granodiorit
Classification du sol (type de sol) Cambisol oligotrophe modal Cambisol mésotrophique modal
Précipitations annuelles moyennes (mm) 592 596
Température annuelle moyenne (C) 7.0 7.0
Orientation de la pente Nw W n Nw
Inclinaison de pente (%) 10 15 20 10
Type de forêt Abieto-Fagetum oligo-mesotrophicum; Sapin-Beech moyen nutritif Fagetum calcarium; Hêtre calcaire Fagetum mesotrophicum; Hêtre riche en nutriments Fagetum illimerosum mesotrophicum; Hêtre de Loamy

Annexe A : Caractéristiques des parcelles de l'étude. A-C: Hêtre européen, D: érable sycomore. La classification du type de forêt est basée sur des facteurs écologiques (c.-à-d.le sol et le climat) et leurs relations avec les peuplements forestiers. Chacune des parcelles avait une superficie de 400 m2 (20 x 20 m). Ce tableau a été modifié avec la permission38.

intrigue un B C D
L'âge du stand (années) 46 19 77 13
Densité de stand (arbres ha-1) 2300 2700 900 5800
Hauteur m) De 18,3 à 4,6 6,0 à 1,3 22,6 à 11,3 De 5,6 à 0,8
DBH (En) (cm) 13,4 à 5,7 7,0 à 1,3 24,1 à 4,1 3,9 à 1,6
BA1,3 (m2 ha-1) 38,8 à 0,01 De 10,4 à 0,01 40,9 à 0,10 De 6,9 à 0,01
Représentation des espèces d'arbres (%) EB (100) EB (100) EB (100) SM (100)

Annexe B : Caractéristiques structurelles (moyenne et DD) des peuplements étudiés. A-C: Parcelles de hêtres européennes, D: parcelle d'érable sycamore, DBH: diamètre à la hauteur des seins, BA1.3: zone basale à la hauteur des seins à la fin de la saison de croissance 2013, EB: hêtre européen, SM: érable sycomore. Ce tableau a été modifié avec la permission38.

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Discussion

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Les pièges à litière sont considérés comme l'une des méthodes les plus précises pour effectuer l'estimation LAI8, mais ils sont plus laborieux et longs que les méthodes indirectes35,64 qui ont été incorporées dans ce protocole. Dans l'ensemble de la procédure d'estimation LAI à l'aide de pièges à litière, une estimation précise de l'ALS est le point le plus critique10 parce que l'ALS peut varier avec les espèces végétales65, date et année, la durée dans les pièges, le temps66, et le site fécondité67. Bien que les pièges à litière soient généralement considérés comme le niveau de référence, et un outil d'étalonnage pour les méthodes indirectes38,49, un écart possible de l'estimation LAI à l'aide de pièges à litière peut se produire en raison de l'écoulement du vent, le nombre et la distribution des pièges à l'intérieur du support, indépendamment de la couverture de la canopée et de la structure du support, de la taille de la zone de support,68,69 ou elle peut également être causée par une déviation du piège à litière à partir de son niveau, position horizontale. En outre, les valeurs LAI obtenues par les pièges à litière peuvent également être affectées par les conditions météorologiques et climatiques70, en particulier par la décomposition de la litière-chute10,11 ou le flétrissement des feuilles dans les pièges, qui peut être obtenu par sécheresse sévère pendant les mois d'été. Par conséquent, un coefficient de correction de rétrécissement devrait être appliqué dans ce cas25,26,27. Le nombre suffisant de pièges à litière pour effectuer une estimation de LAI variait entre 15 et 25 25,48, cependant, la plus grande zone de capture totale des pièges par stand étudié, l'estimation plus précise de LAI. Les pièges à litière ne permettent pas aux utilisateurs d'estimer la répartition des feuilles dans le profil vertical des couronnes11, ou de déterminer une valeur LAI précise à un seul moment dans le temps au cours de la saison de croissance60, mais dans la période de chute des feuilles, il est utile dans l'estimation de la dynamique de LAI et pour faire une comparaison interannuelle de sa dynamique48,71. Bien qu'une estimation précise de LAI par des pièges à litière soit liée à la chute annuelle complète des feuilles16, cette approche a également déjà été appliquée avec succès dans les forêts mixtes à feuilles persistantes72.

La technique de l'aiguille est facile à utiliser et applicable uniquement pour les peuplements forestiers à feuilles caduques et convient particulièrement aux peuplements forestiers d'espèces à grandes feuilles comme le chêne(Quercus sp.) ou le hêtre (Fagus sp.). Il est le plus facile à utiliser sur les sites où la litière se décompose entièrement chaque année10. Si une aiguille mince et pointue est utilisée, cette méthode fournit des estimations précises DE LAI. Les principaux avantages de la technique de l'aiguille sont son utilisation simple, ne nécessitant pas un compteur de surface de feuille ou d'équilibre, et il est beaucoup moins long que l'utilisation de pièges à litière classique20. En outre, il est attrayant pour l'application, parce que l'hypothèse de la distribution aléatoire des feuilles n'est pas nécessaire et en raison de son caractère non destructif11. Néanmoins, les mesures LAI basées sur cette méthode sous-estiment systématiquement les valeurs LAI obtenues à partir de pièges à litière (de 6 à 37 %),20 qui sont également soutenus par les 'ern' et autres38. La sous-estimation de LAI (Figure 8, Figure 9) peut être principalement causée soit par le diamètre de l'aiguille utilisée, soit par un micro-relief de la surface du sol sous la canopée étudiée où les feuilles peuvent être soufflées par le vent, soit dans une dépression du terrain, soit par de minuscules bosses de la surface, ou une combinaison des deux facteurs mentionnés. Outre ces lacunes, la méthode de l'aiguille est compliquée à utiliser dans une espèce de conifère à feuilles caduques comme Le mélèze sp. en raison de la taille et de la forme de son appareil d'assimilation.

L'analyseur de la canopée végétale est l'une des méthodes non destructives optiques indirectes. Le principal avantage de son application de terrain facile pour l'estimation LAI réside dans la possibilité de prendre des mesures répétées, ce qui permet d'évaluer le cours saisonnier LAI pendant toute la saison de croissance,11 et il permet une grande échelle mise en œuvre et le suivi à long terme de la LAI28. Le LA LAI-2000 exige des conditions météorologiques relativement spécifiques pour effectuer une estimation précise de l'IA (étape 3.4). Cet inconvénient potentiel est nettement éliminé par les versions améliorées, LAI-2200 PCA et LAI-2200C, qui sont plus robustes par rapport à la situation synoptique lors de la prise d'une estimation LAI41 en raison de sa meilleure capacité à effectuer la diffusion de la lumière conversion47. Malgré cela, l'estimation LAI à l'aide de ces capteurs est recommandée soit dans des conditions nuageuses standard34 ou des conditions ensoleillées où un ciel lumineux stable avec le soleil au-dessus de l'horizon21. Cette méthode nécessite de ne mesurer que 1252 jusqu'à 25 points d'échantillonnage21 par stand pour atteindre le niveau de précision requis. Cependant, les mesures optiques basées sur les fractions d'écart ne conviennent pas aux peuplements à haute surface de feuilles parce que ces estimations indirectes de LAI sont saturées aux valeurs DE LAI autour de 614. Pour effectuer une estimation précise de LAI, une autre faiblesse potentielle de l'approche PCA LAI-2x00 est l'exigence d'une lecture de référence au-dessus de la canopée6. Cependant, cet inconvénient peut être éliminé par la possibilité de prendre des mesures simultanées et automatisées en mode double lorsque deux capteurs sont contrôlés par une unité de la LAI-2000 PCA73 ou ses successeurs améliorés LAI-2200 PCA et LAI-2200C34 ,41.

L'utilisation de l'analyseur de la canopée végétale pour estimer le WAI dans les périodes sans feuilles et sa soustraction de l'IAP optique (c.-à-d., indice efficace de la zone végétale) en période feuillue semble être pratique72. En revanche, le potentiel de cet instrument est limité par sa tendance générale à sous-estimer LAI dans les auvents discontinus et hétérogènes15,20,43,49,74 qui est principalement attribué à la contribution des matériaux ligneux et des effets d'agglutination dans la canopée10,72. Au contraire, la surestimation de la LAI peut être observée dans les peuplements composés d'espèces (p. ex., peuplier) qui peuvent remplacer leurs feuilles pendant la saison de croissance11. Deblonde et coll.75 ont quantifié le matériau boisé par des méthodes destructrices directes qui prennent beaucoup de temps et qui demandent beaucoup de main-d'œuvre. Il est également possible d'estimer la contribution ligneuse à l'aide de la mesure indirecte la distinguant dans la bande proche infrarouge76, ou par balayage laser terrestre soit à l'aide d'un scanner laser77 ou nuages point de LIDAR78 . La sous-estimation de LAI a été particulièrement observée dans ces auvents avec une distribution non aléatoire (p. ex., forêt à feuilles persistantes) où l'analyseur de canopée végétale sous-estime les valeurs de LAI d'environ 35 à 40 % en raison de l'agglutination du feuillage au niveau de pousse39. , 79. Comme l'une des méthodes possibles pour effectuer une estimation précise de LAI, Chen et coll.8 et Leblanc et coll.80 recommandent de combiner un analyseur de la canopée végétale et Le rayonnement de traçage et l'architecture des canopies (TRAC), qui quantifie l'effet d'agglutination et les composants ligneux. Cependant, il est également possible de corriger l'agglutination soit par la méthode de moyenne de longueur finie81 ou la méthode de distribution de la taille de l'écart82, soit par une combinaison de la distribution de la taille de l'écart et des méthodes de moyenne de longueur finie83 ou méthode de distribution de la longueur du chemin84, comme l'ont indiqué Yan et coll.35 dans leur étude d'examen. Bien que des progrès significatifs aient été accomplis dans l'élaboration de calculs LAI utilisant des méthodes optiques indirectes, certains défis demeurent, en particulier l'estimation de la distribution de l'angle des feuilles lorsque l'application de la numérisation laser active la technologie est l'une des méthodes qui peuvent la détecter, mais ses informations tridimensionnelles n'ont pas encore été entièrement explorées et mises en œuvre35.

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Disclosures

Les auteurs n'ont rien à révéler. Les résultats représentatifs ont été utilisés à partir de l'article 'ern' J, Haninec P, PokornA R (2018) Indice de surface foliaire estimé par des méthodes directes, semi-directes et indirectes dans les peuplements européens de hêtres et d'érables sycomores. Journal of Forest Research. doi: 10.1007/s11676-018-0809-0 (version en ligne) sur la base de l'autorisation aimable du comité de rédaction du Journal of Forestry Research.

Acknowledgments

Nous sommes redevables au comité de rédaction du Journal of Forestry Research de nous avoir encouragés et autorisés à utiliser les résultats représentatifs de ce protocole de l'article publié là-bas. Nous remercions également avec bienveillance deux critiques anonymes pour leurs précieux commentaires, qui ont considérablement amélioré le manuscrit. La recherche a été financée par le Ministère de l'agriculture de la République tchèque, le soutien institutionnel MZE-RO0118 et l'Agence nationale de la recherche agricole (Projet No. QK1810126).

Materials

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 See Fig. 2
Needle Any NA Maximum diameter of 2 mm
Plant Canopy Analyser LI-COR Biosciences Inc., NE, USA LAI-2000 PCA LAI-2200 PCA or LAI-2200C as improved versions of LAI-2000 PCA can be used, see: 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/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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Estimation de l'indice de la zone des feuilles à l'aide de trois méthodes distinctes dans les peuplements à feuilles caduques pures
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Černý, J., Pokorný, R., Haninec, P., Bednář, P. Leaf Area Index Estimation Using Three Distinct Methods in Pure Deciduous Stands. J. Vis. Exp. (150), e59757, doi:10.3791/59757 (2019).More

Černý, J., Pokorný, R., Haninec, P., Bednář, P. Leaf Area Index Estimation Using Three Distinct Methods in Pure Deciduous Stands. J. Vis. Exp. (150), e59757, doi:10.3791/59757 (2019).

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