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식물 캐노피에서 광학 장치를 사용하여 효과적인 잎 영역 지수의 현장 측정

Published: July 29, 2021 doi: 10.3791/62802
Automatic Translation
1,2, 2
1Forestry and Game Management Research Institute, Research Station at Opočno, 2Department of Silviculture, Faculty of Forestry and Wood Technology, Mendel University in Brno

Summary

지상 생태계의 빠르고 정확한 리프 영역 지수(LAI) 추정은 광범위한 생태학적 연구와 원격 감지 제품을 교정하는 데 매우 중요합니다. 여기에 제시된 새로운 LP 110 광학 장치를 사용하여 현장 LAI 측정에서 지상 기반을 취하는 프로토콜이 있습니다.

Abstract

리프 영역 인덱스(LAI)는 생태계의 단풍 양을 설명하는 필수 캐노피 변수입니다. 매개 변수는 식물과 대기의 녹색 구성 요소 사이의 인터페이스 역할을하며, 많은 생리 적 과정이 발생, 주로 광합성 섭취, 호흡, 및 발생. LAI는 또한 탄소, 물 및 에너지 사이클과 관련된 많은 모델에 대한 입력 매개 변수입니다. 또한 현장 측정에 기반을 둔 것은 원격 감지 제품에서 얻은 LAI의 교정 방법 역할을 합니다. 따라서 정확하고 빠른 LAI 추정을 하기 위해서는 간단한 간접 광학 방법이 필요합니다. 새로 개발된 LP 110 광학 장치의 방법론적 접근법, 장점, 논쟁 및 향후 관점은 식물 캐노피와 캐노피 갭을 통해 전달되는 방사선 사이의 관계에 기초하여 프로토콜에서 논의되었다. 또한, 이 계측기는 세계 표준 LAI-2200 플랜트 캐노피 분석기와 비교되었습니다. LP 110은 현장에서 획득한 데이터를 보다 빠르고 간단하게 처리할 수 있으며 플랜트 캐노피 분석기보다 더 저렴합니다. 새로운 계측기는 센서 감도 향상, 내장된 디지털 경사계, 올바른 위치에서의 자동 판독값 로깅으로 인해 위 및 아래 캐노피 판독값모두에 사용할 수 있는 용이성을 특징으로 합니다. 따라서, 휴대용 LP(110) 장치는 대표적인 결과에 기초하여 임업, 생태, 원예 및 농업에서 LAI 추정을 수행하기에 적합한 가제트이다. 더욱이, 동일한 장치는 또한 사용자가 입사 광합성 활성 방사선 (PAR) 강도의 정확한 측정을 할 수 있습니다.

Introduction

캐노피는 수많은 생물학적, 물리적, 화학적 및 생태 학적 과정의 궤적입니다. 그들 대부분은 캐노피 구조1의영향을받습니다. 따라서, 시상 식물 캐노피 정량화에서 정확하고 신속하고 비파괴적이며 신뢰할 수 있는 수문학, 탄소 및 영양 순환 및 지구 기후 변화2,3을포함하는 광범위한 연구에 매우 중요합니다. 나뭇잎 또는 바늘은 대기와 식물4사이의 활성 인터페이스를 나타내기 때문에, 중요한 캐노피 구조적 특성 중 하나는 잎 영역 지수(LAI)5이며,개인을 위한 수평 지표면적 또는 크라운 프로젝션의 단위당 전체 녹색 잎 표면적의절반으로 정의되며,m2당 m2에서 치수 변수6로표현된다. 7.

다양한 생태계에서 지상사 LAI및 이들의 장단점을 추정하기 위한 다양한계측기 및 방법론적 접근법은 이미8,9,10,11,12,13,14,15를제시했다. LAI 추정 방법의 두 가지 주요 범주가 있습니다: 직접 및 간접(자세한 내용은 포괄적인 리뷰8,9,10,11,12 참조). 주로 산림 스탠드에 사용되는 지상 기반 LAI 추정치는 직접 LAI 결정의 부족으로 인해 간접 광학 방법을 사용하여 일상적으로 수득되지만 일반적으로 시간이많이 소요되고 노동 집약적이며 파괴적인 방법9,10,12,16을나타낸다. 더욱이, 간접 광학 방법은 관련 파라미터(시간 요구및 노동강도 성질의 관점에서)(17)캐노피 위와 아래 의 사고 조사 비율 및 캐노피 갭의 정량화와 같은 관련파라미터(시간요구 및 노동 강도의 관점에서)를 보다 쉽게 측정할 수 있다. 식물 캐노피 분석기는 위성 LAI 검색의 유효성을 검사하는 데 널리 사용된 것이 분명하다18; 따라서 LP 110 비교의 표준으로 간주되었습니다(사용 된 계측에 대한 자세한 내용은 재료 표 참조).

LP 110은 처음에는 자체 제작된 간단한 기기 ALAI-02D19 및 이후 LP100 20의업데이트 버전으로 플랜트 캐노피 분석기의 가까운 경쟁업체로 개발되었습니다. 간접 광학 방법의 대표로서 이 장치는 버블 레벨 대신 디지털 경사계를 사용하는 센서와 데이터 로거 사이의 케이블 연결이 필요 없이 핸드헬드, 경량, 배터리 구동, 더 빠르고 정확한 위치 지정 및 값 판독을 가능하게 합니다. 또한 이 장치는 즉각적인 판독을 기록하도록 설계되었습니다. 따라서 현장에서 데이터를 수집하는 데 필요한 시간 추정치는 플랜트 캐노피 분석기보다 LP 110에 대해 약 1/3보다 짧습니다. 컴퓨터에 판독을 내보낸 후 후속 처리에 데이터를 사용할 수 있습니다. 이 장치는 LAI 계산을 위해 LAI 센서를 사용하여 파란색 광파장(즉, 380-490 nm)21,22 내에서 조도를 기록합니다. LAI 센서는 16°(Z축) 및 112°(X축) 시야(그림 1)를 가진 불투명 한 제한 캡으로 가려지고있습니다. 따라서, 광 투과는 지표면(즉, 정육점 0°)에 수직으로 고정된 장치를 사용하거나 0°, 16°, 32°, 48°및 64°의 5개 각도로 캐노피 요소의 경사를 추론할 수 있도록 주목될 수 있다.

Figure 1
그림 1: LP 110의 물리적 특징. MENU 키를 사용하면 디스플레이 전체에서 사용자가 위아래로 이동할 수 있으며 SET 버튼은 Enter키(A)역할을합니다. 다른 경사 각도(측면 보기로 인해 ±8)와 수평 뷰하에서 의정뷰는 LP 110 ~ 112°(B)에 대해 고정되어 식물 캐노피 분석기(제한제에 의해 수정됨). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

LAI 센서의 높은 감도, 제한된 시야, 내장 된 디지털 경사계, 버튼 누르지 않고 소리로 표시된 올바른 위치에서 판독 값의 자동 로깅으로 인해 새로운 악기는 좁은 계곡이나 넓은 숲 도로에서 광범위한 하늘 조건을 측정하기 위해 더 넓은 숲 도로에서 위의 캐노피 판독값에도 적합합니다. 게다가, 상대적으로 높은 재생 보다 성숙한 스탠드 캐노피의 정량화를 가능하게 하고, 식물 캐노피 분석기 보다 조도 값의 높은 정확도를 달성. 또한 LP 110의 가격은 식물 캐노피 분석기의 약 1/4와 같습니다. 반대로, LP 110의 밀도(즉, 7.88 이상의 스탠드 레벨에서 LAIe)23 또는 초원으로서 매우 낮은 캐노피의 활용이 제한됩니다.

LP 110은 두 가지 작동 모드 내에서 작동할 수 있습니다: (i) 아래 캐노피 및 참조 판독값(연구된 캐노피 위 또는 분석된 식물 부근에 위치한 충분히 광범위하게 클리어링)을 모두 취하는 단일 센서 모드는 동일한 계측기와 (ii) 동일한 계측기를 사용하여 수행된 이중 센서 모드와 (ii) 아래 를 판독할 수 있는 이중 센서 모드로 수행할 수 있습니다. 두 번째 는 정기적으로 미리 정의된 시간 간격(10에서 600초까지)내에서 참조 판독값을 자동으로 로깅하는 데 사용됩니다. LP 110은 호환되는 GPS 장치(재료 표참조)와 일치하여 위에서 언급한 두 모드모두에 대해 각 아래 캐노피 측정 지점의 좌표를 기록할 수 있습니다.

유효 잎 영역 지수(LAIe)(24)는 응집 지수 효과를 통합하고 연구된 식물캐노피(25)위와 아래에서 취해진 태양광선 의 조도측정으로부터 유래될 수 있다. 따라서, 다음 LAIe 계산을 위해, 전송(t)은 LP 110 장치에 의해 측정된 식물(I o)위에 캐노피(I) 및 인시던트(io) 이하로 전송되는 조사로부터 계산되어야 한다.

t = I / I0 (1)

식물 캐노피를 통과할 때 조사 강도가 기하급수적으로 감소하기 때문에, LAIe는 몬시와 새키9,26에 의해 수정된 맥주-램버트 멸종법에 따라 계산될 수있습니다.

LAIe = - ln (I / I0)x k-1 (2),

여기서, K는 멸종 계수입니다. 소멸 계수는 알려진 캐노피 요소 경사와 뷰 방향9,12와함께 식물 캐노피에서 각 요소의 모양, 방향 및 위치를 반영한다. k 계수(방정식 2 참조)는 단풍에 의한 돌이킬 수 없는 흡수에 따라 달라지며, 캐노피 원소의 형태학적 파라미터, 공간 배치 및 광학 적 특성에 따라 식물 종간에 다릅니다. 멸종 계수는 일반적으로 약 0.59,27로변동하기 때문에, 방정식 2는 이질적이고 균일한 캐노피에 대해 약간 다른 방법으로 Lang 외28에 의해 제시된 대로 단순화될 수 있습니다.

이질적인 캐노피

LAIe = 2 x | Equation 1 ln t| (3),

또는

균일한 캐노피

LAIe = 2 x |ln T| (4),

여기서, t: 각 아래 캐노피 측정 지점에서 전송되며, T: 측정된 트랜지드 또는 스탠드당 모든 t 값의 평균 전송입니다.

산림 스탠드에서, LAIe는 실제 LAI 값을 얻기 위해 촬영29,30,31,32,33, 34 내의 동화 장치의 응집 효과로 인해 더욱 수정되어야 한다.

이 프로토콜은 중앙 유럽 침엽수 포리스트 스탠드의 선택된 예에서 LAIe를 추정하기 위한 LP 110 광학 장치의 실용적인 활용에 전념한다(사이트, 구조 및 덴드로메트릭 특성에 대한 표 2 및 표 3 참조). 이 장치를 이용한 식물 캐노피에서의 LAIe 추정은 광합성 활성 방사선 및 캐노피 갭 분획의 투과와 관련된 널리 사용되는 광학 방법을 기반으로 한다. 이 논문은 새로운 LP 110 광학 장치를 사용하여 LAIe 추정을 수행하기위한 포괄적 인 프로토콜을 제공하는 것을 목표로합니다.

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Protocol

참고: 계획된 현장 측정을 시작하기 전에 LP 110 장치의 배터리를 충분히 충전합니다. 연결된 케이블을 통해 기기(USB 커넥터, 그림 1참조)와 컴퓨터를 연결합니다. 배터리 상태는 장치 디스플레이의 왼쪽 위 모서리에 표시됩니다.

1. 측정 하기 전에 교정

참고: LP 110의 경우 각 필드 측정 캠페인을 시작하기 전에 LAI 센서와 내장된 경사계 교정의 어두운 보정을 수행합니다.

  1. LAI 센서의 어두운 교정
    1. 설정 키를 1s 이상 길게 누르고 길게 눌러 계측기를 켭니다.
      참고: 설정 버튼은 Enter 키역할을 합니다.
    2. 설정을 선택하고(메뉴 키는 위아래로 이동할 수 있음) 라이 칼 > 세트를 누릅니다. 그렇지 않은 경우 세트 키를 반복해서 눌러 상수를 1.0으로 조정하고 기본 메뉴로 돌아갑니다(메뉴 | 반환 | 설정).
      참고: 단일 센서 모드(섹션 2 참조)를 사용하여 LAI 측정을 수행할 때 모든 측정에 대해 1.0의 일정한 값을 권장합니다.
    3. 설정 및 | 라이 제로 | 설정합니다. 전체 교정 과정에서 가벼운 간섭을 피하기 위해 불투명한 천이나 손바닥을 사용하여 LAI 센서를 완전히 덮습니다. 그런 다음 설정 키를 눌러 디스플레이에 나타나는 제로 값을 유지합니다.
    4. 반환이 기본 메뉴로 돌아가기 위해 선택될 때까지 메뉴 키를 반복해서 누릅니다.
  2. 경사계 교정
    참고: 각 LP 110 장치에는 올바른 경사각도를 보장하기 위해 내장된 전자 경사계가 장착되어 있습니다. 내부 경사계는 수위를 사용하여 교정해야 합니다( 다시) 보정되어야 합니다.
    1. 수직 교정
      1. 장치가 꺼져 있으면 Set 키를 길게 눌러 서 계측기를 켜려면 최소 1s에 대해 누릅니다.
      2. 설정 및 | 수직 칼 | 전자 경사계를 활성화하도록 설정합니다.
      3. 장치를 수직으로 잡고 악기와 함께 측면 측에 수위를 배치합니다.
      4. 수위 버블에 따라 장치를 왼쪽 또는 오른쪽으로 균형을 맞추어 X축에 대해 0 또는 0에 가까운 값을 달성합니다. 그렇지 않은 경우 Set 키를 눌러 X축에 대해 0이 판독될 때까지 판독값을 조정합니다.
      5. 수직 보정을 완료하기 위해 장치의 후면을 따라 수위를 배치합니다.
      6. 장치를 왼쪽 또는 오른쪽으로 다시 기울이고 장치 디스플레이가 X축에 대해 0을 읽는지 확인합니다.
      7. X축의 영각 위치를 잡고 수위 버블에 따라 장치를 앞뒤로 기울이거나 동시에 기울어X축 각도 값을 0 또는 0에 가깝게 유지합니다.
      8. Z축 판독값이 0과 같는지 또는 0에 접근하는지 확인합니다. 그렇지 않은 경우 Set 키를 잡고 장치를 다시 보정하여 X 축과 Z 축 모두에 대해 0개의 판독값을 설정합니다.
      9. 반환이 선택될 때까지 메뉴 키를 반복적으로 눌러 메인 메뉴로 돌아가서 세트 키를 누릅니다.
    2. 수평 보정
      1. 설정을 선택하고 세트 | 누릅니다. 수평 칼 | 전자 경사계를 트리거하도록 설정합니다.
      2. 장치를 수평으로 유지합니다. 그런 다음 장치의 뒤쪽을 따라 수위를 배치합니다.
      3. 수위 기포에 따라 수평 위치에서 장치를 레벨. 악기를 X 축과 Y축을 따라 왼쪽 또는 오른쪽 또는 위 또는 아래로 기울입니다.
      4. 두 수위 기포에 따라 올바른 센서 위치를 달성한 후 Y축의 판독값이 0또는 0에 가깝습니까? 그렇지 않은 경우 Set 키를 눌러 계측기의 수평 위치를 다시 보정합니다.
      5. 반환이 선택될 때까지 메뉴 키를 반복적으로 눌러 메인 메뉴로 돌아가서 세트 키를 누릅니다.

2. LAIe 추정을 위한 단일 센서 모드

  1. 장치가 꺼져 있으면 Set 키를 1s 이상 눌러 계측기를 켭분으로 전환합니다.
  2. 1.1 단계와 1.2 단계에 따라 각 필드 측정 캠페인을 시작하기 전에 계측기를 교정합니다.
    참고: 교정이 이미 수행된 경우 2.3단계로 건너뜁니다.
  3. 그런 다음 현재 날짜와 시간을 설정합니다(메뉴 키를 반복적으로 눌러 메인 메뉴의 설정 찾기). 그런 다음 세트 | 누릅니다. 시간; 설정 버튼을 다시 누르고 기본 메뉴로 돌아갑니다(반환 및 설정 키 보류).
    참고: 정확한 시간 설정의 경우 관련 소프트웨어에 표시된 컴퓨터와 시간을 일치시합니다(연결된 케이블을 통해 LP 110 장치를 컴퓨터에 연결합니다. 소프트웨어를 열고 설치 | 누릅니다. 장치 ID | 장치. 온라인 제어 | 선택하고 누르기 시간. 그런 다음 컴퓨터 시간 옵션으로 동기화를 체크하고 편집을누릅니다.
  4. 설정을 사용하여 기기를 단일 각도 측정 모드로 설정합니다. | 프레스 세트 각도 | | 설정 단일(메뉴 키 사용 확인) 메인 메뉴로 돌아갑니다(반환 및 세트 키 보류 선택).
    1. 리프 각도 경사를 추정해야 하는 경우 다각 측정 모드를 설정합니다. 설정 | 각도 | 멀티(메뉴 버튼을 누르고) 기본 메뉴로 돌아갑니다(반환 및 설정 키 보류).
  5. 측정 위치에 관한 기록이 필요한 경우 관련 GPS 장치를 켜십시오(자세한 지침 및 재료 표에대한 아래 섹션 참조). 그렇지 않은 경우 2.6단계로 건너뜁니다.
    1. 장치의 시간이 컴퓨터와 일치하는지 확인합니다.
      참고: 연구된 위치에 있는 시간대를 반영하려면 시간을 올바르게 설정해야 합니다.
    2. GPS 장치를 켜고 현재 위치가 발견될 때까지 잠시 기다립니다. GPS 장치 디스플레이의 위치를 확인합니다.
      참고 : 정밀도는 연구 된 식물의 캐노피의 밀도에 달려 있습니다.
    3. 모든 필드 측정을 수행할 때 LP 110과 GPS 장치를 모두 휴대할 수 있습니다.
    4. 모든 필드 측정을 수행한 후, LP 110 매뉴얼 및 사용자 가이드, 운영 지침 섹션35에따라 두 장치를 컴퓨터에 연결하고 관련 소프트웨어(재료 표 참조)의데이터를 다운로드하고 처리합니다.
  6. 열린 영역 또는 측정된 식물(즉, 위의 캐노피 판독)에서 참조 측정을 수행합니다. 화창한 날씨에는 빛이 직접 보기 제한 컵에 들어오는 것을 방지하십시오(그림 1참조).
    참고: 단일 센서 측정 모드의 경우 표준 흐린 동안, 일출 전 또는 일몰후(그림 2)표준 흐림 시 일정한 조명 조건에서 위 및 아래 캐노피 판독값을 모두 사용하여 잘못된 돌격 값을 얻지 않도록 하십시오.

Figure 2
그림 2: LP 110을 사용하여 LAIe 측정을 위한 최적의 기상 조건. LP(110)를 사용할 때 최적의 기상 조건은 직접 태양복사(A)가없는 하늘을 균일하게 흐리거나 일출 전이나일몰(B)을사용합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 메인 메뉴에서 측정을 선택한 다음(설정 키 누릅니다)를 선택한 다음 라이 참조를 선택합니다. 설정 키를 누른 후 참조 측정 모드가 활성화됩니다.
    참고: 현재 의 돌이킬 수 있는 값이 디스플레이에 나타납니다. 이 값은 장치의 내부 메모리에 아직 저장되지 않습니다(현재 측정 모드가 트리거됨).
  2. 그런 다음 Set 키를 다시 눌러 올바른 LAI 센서 위치(예: 정성 각도 0°)에 대한 검색을 시작하고 내장 된 경사계와 사운드 표시기를 모두 활성화합니다.
    참고: 동시에 LAI 센서의 현재 위치는 X 축과 Z 축 모두에 대해 디스플레이에 나타납니다.
  3. 그 후 장치를 지상에 수직으로 잡고 LAI 센서가 정성쪽으로 뾰족하게 겨누고 있는지 확인합니다.
    참고: 올바른 정점에 도달하면 사운드 표시등이 볼륨이 증가합니다.
  4. 디스플레이를 확인하고 기기를 왼쪽과 오른쪽으로 기울이고 앞뒤로 기울입니다. 참조 값은 X 축과 Z 축 모두에 의해 정의된 zenith 각도가 0 이하 또는 5 미만에 도달하면 자동으로 획득되고 저장됩니다(비프음 톤이 중지됨).
    참고: 올바른 위치를 고려하면 매우 좁은 범위(즉, mm)에서 달성되어야 한다는 점을 고려하면 이 단계는 지친 수 있습니다.
  1. 참조 측정을 한 후 메뉴 키를 눌러 측정 메뉴로 돌아갑니다. 그런 다음 캐노피 아래의 전송된 돌이킬 수 있는 수준을 측정하기 시작합니다.
    1. 캐노피 아래 판독값을 측정하기 위한 위치를 정의하고 장치의 LAI 센서를 사용하여 광 송신 값 측정을 시작합니다.
      참고: 다른 캐노피 구조에서 LAIe 필드 측정의 패턴은 Černý 외36 및 Fleck 외37에의해 자세히 언급된다.
    2. 측정 메뉴에서 라이를 선택합니다. 세트 키를 눌러 캐노피 아래에서 전송된 돌이킬 수 없는 측정을 위한 모드를 활성화합니다.
      참고: 현재 의 돌이킬 수 있는 값이 디스플레이에 나타납니다. 이 값은 장치의 내부 메모리에 아직 저장되지 않습니다(현재 측정 모드가 트리거됨).
    3. 설정 키를 다시 눌러 아래 캐노피 판독값을 기록합니다. 내장된 경사계와 사운드 표시기가 트리거되어 올바른 LAI 센서 위치(예: 정성 각도 0°)를 얻습니다.
      참고: 동시에 LAI 센서의 현재 위치는 X 축과 Z 축 모두에 대해 디스플레이에 나타납니다.
    4. 그 후 장치를 지상에 수직으로 잡고 LAI 센서가 정점을 향해 뾰족하게 겨누고 있는지 확인합니다.
      참고: 올바른 정점에 도달하면 사운드 표시등이 볼륨이 증가합니다.
    5. 디스플레이를 확인하고 기기를 왼쪽과 오른쪽으로 기울이고 앞뒤로 기울입니다. X 축과 Z 축모두에 의해 정의된 정육점이 0 이하 또는 5미만에 도달하면 모든 아래 캐노피 판독값이 자동으로 획득되고 저장됩니다(비프음이 멈춥니다).
      참고: 올바른 위치를 매우 좁은 범위(mm)에서 달성해야 한다는 점을 고려하면 이 단계는 지친 수 있습니다.
  2. 2.7.3-2.7.5 단계에 따라 식물 캐노피 아래에서 전송된 돌이킬 수없는 추가 측정을 진행하십시오.
    참고: 아래 캐노피 측정 사이에 언제든지 참조 판독값을 수행할 수도 있습니다. 예를 들어, 각 트랜지크를 완료한 후 메뉴 버튼을 누르고 라이 참조(세트 키 보유)를 선택하고 2.6.2-2.6.4 단계에 따라 계속합니다.아래 캐노피 측정 중에 수행되는 캐노피 판독값이 많을수록 참조 계산의 정확도가 높아진다.
  3. 아래 캐노피 측정(메뉴 버튼을 누르고 라이 참조를 선택하고 세트 키를 길게 유지)를 마친 직후, 2.6.2 단계에 이어 마지막 참조 값을 얻기 위해 열린 영역에서 돌이킬 수 없는 측정을 수행합니다. 2.6.4.
  4. 반환이 선택될 때까지 메뉴 키를 반복적으로 눌러 메인 메뉴로 돌아가서 세트 버튼을 누릅니다.
  5. 각 측정 후 데이터는 장치의 내부 메모리에 저장됩니다. 메뉴를 최소 1s에 대 고 눌러 데이터를 지워지지 않고 장치를 안전하게 끕채세요.
  6. 기기를 컴퓨터에 연결합니다. 데이터를 다운로드하고 처리합니다. 필드 측정 및 LAIe 계산의 예는 섹션 4에 설명되어 있습니다.

3. LAIe를 추정하기위한 듀얼 센서 모드

  1. 설정 키를 1s 이상 유지하여 두 계측기를 켭니다.
    참고: Instrument_1 및 Instrument_2 각각 위(참조) 및 아래 캐노피 판독값으로 지정됩니다. 듀얼 센서 측정 모드에서는 한 장치(Instrument_1)가 열린 영역(또는 캐노피 위의 기후 돛대 상단)의 삼각대에 장착되며, 두 번째 장치(Instrument_2)는 전송된 돌이킬 수 없는 측정을 하는 역할을 합니다. Instrument_1 미리 정의된 시간 간격(10s에서 600s까지)으로 참조 신호를 자동으로 기록합니다. 이 방법은 상당한 양의 참조 데이터를 수집하므로 캐노피 이하 개별 측정에 대한 참조 값을 계산할 때 정확도가 높아지므로 정확도가 높아지므로 정확도가 높아지습니다.
  2. 두 악기의 현재 날짜와 시간을 설정합니다(메뉴 버튼을 반복적으로 눌러 메인 메뉴의 설정 찾기). 그런 다음 세트 | 누릅니다. 시간 | 설정합니다. 기본 메뉴로 돌아갑니다(반환 을 선택하고 설정 키를 길게 유지).
    참고: 정확한 시간 설정의 경우 관련 소프트웨어에 표시된 컴퓨터와 시간을 일치시합니다(연결된 케이블을 통해 장치를 컴퓨터에 연결합니다. 소프트웨어를 열고 설치 | 누릅니다. 장치 ID | 장치. 다음으로 온라인 제어 | 선택하고 누릅니다. 시간. 컴퓨터 시간 옵션으로 동기화를 선택하여 편집을누릅니다.
  3. 그런 다음 두 계측기를 단일 각도 측정 모드로 설정합니다. 설정(세트 키 보류) 선택| 각도 | | 설정 단일(메뉴 키로 확인). 기본 메뉴로 돌아갑니다(반환 을 선택하고 설정 키를 길게 유지).
    1. 연구된 식물 캐노피 내의 잎 각도 경사를 추정해야 하는 경우 Instrument_2(캐노피 아래 판독값)을 다각 측정 모드로 설정합니다. 설정(설정 키 누릅니다) | 각도(설정 버튼을 누릅니다). 그런 다음 멀티를 선택한 다음(메뉴 키로 확인) 메인 메뉴로 돌아갑니다(반환 및 설정 키 보류 선택).
  4. 아래 캐노피 측정의 위치에 관한 기록이 필요한 경우 관련 GPS 장치를 켜십시오 (자세한 지침 및 재료 표에대한 아래 섹션 참조). 그렇지 않은 경우 3.5단계로 건너뜁니다.
    1. 캐노피 아래 판독값(Instrument_2)을 사용하는 장치에 표시되는 시간이 컴퓨터와 일치하는지 확인합니다.
      참고: 연구된 위치에 있는 시간대를 반영하려면 시간을 올바르게 설정해야 합니다.
    2. GPS 장치를 켜고 현재 위치가 발견될 때까지 잠시 기다립니다. GPS 장치에 표시된 위치를 확인합니다.
      참고 : 정밀도는 연구 된 식물의 캐노피의 밀도에 달려 있습니다.
    3. 모든 현장 측정을 수행할 때 캐노피 판독값(Instrument_2)과 GPS 장치를 모두 휴대합니다.
    4. 모든 필드 측정을 수행한 후 장치(Instrument_2 및 GPS 장치)를 모두 컴퓨터에 연결합니다. LP 110 매뉴얼 및 사용자 가이드, 운영 지침 섹션35에따라 관련 소프트웨어에서 데이터를 다운로드하고 처리합니다(자료 표참조).
  5. 섹션 1.1과 1.2에 따라 각 필드 측정 캠페인을 시작하기 전에 두 계측기를 모두 보정합니다.
    참고: 교정이 이미 수행된 경우 3.5.1단계로 건너뜁니다.
    1. LAI 센서와 내장 된 경사계를 모두 보정 한 후 LP 110 장치 (Instrument_1 및 Instrument_2)를 서로 보정합니다.
      1. 두 장치의 경우 기본 메뉴에서 설정을 선택하고(설정 키 를 누릅니다)를 선택하고 라이 보정을 선택합니다(설정 단추 누릅니다). 그런 다음, 수직 위치에 수평 평면에 두 장치를 잡고, 반복적으로 Instrument_1 (참조 판독값)에 설정 키를 눌러 일정한 값 (디스플레이에 C로 표시)를 조정하여 Instrument_2 장치의 화면에 표시된 것과 동일한 값을 달성한다. 그런 다음 메뉴 버튼을 누르고 기본 메뉴로 돌아갑니다(반환 을 선택하고 설정 키를 길게 유지).
  6. 화창한 날씨에는 직사광선이 모든 위의 캐노피 판독값을 복용할 때 보기 제한 컵에 유입되는 것을 방지합니다(그림 1참조).
    참고: 듀얼 센서 측정 모드의 경우 표준 흐림, 일출 전 또는 일몰후(그림 2)가잘못된 돌격 값을 얻지 않도록 일정한 조명 조건에서 위와 아래 캐노피 판독값을 모두 수행합니다.
  7. Instrument_1 수직으로 열린 영역 또는 연구된 캐노피 위에 배치된 삼각대에 붙입니다(예: 기후 돛대 의 상단에 있음).
    참고: 이 장치는 참조 값(예: 위 캐노피 판독값)을 지속적으로 기록합니다.
    1. 먼저 기본 메뉴에서 설정을 선택한 다음 자동 간격을 선택합니다(다시 설정 키를 누릅니다). 그런 다음 세트 키를 반복적으로 누릅니다.
      참고: 짧은 시간 간격을 설정하여 참조 판독값을 자동으로 기록하여 조명 조건이 빠르게 변하는 경우 측정 정확도를 높입니다.
    2. 메뉴 키를 누르고 반환을선택하고 설정 버튼을 길게 눌러 기본 메뉴로 돌아갑니다.
    3. 그런 다음 메뉴 버튼(세트 키 보류)을 반복해서 눌러 메인 메뉴에서 측정을 선택합니다. 그런 다음 자동 라이 Ref.(세트 키 를 누름)를 선택하여 올바른 LAI 센서 위치(예: zenith angle 0°)를 검색하기 시작합니다.
      참고: 현재 의 돌이킬 수 있는 값이 디스플레이에 나타납니다. 이 값은 장치의 내부 메모리에 아직 저장되지 않습니다(현재 측정 모드가 트리거됨).
    4. 디스플레이를 확인하고 기기를 왼쪽과 오른쪽으로 기울이고 앞뒤로 기울입니다. X 축에 의해 정의된 정점에 도달한 후 5(즉, X 및 Z 축 모두 5값 이하)보다 작아진 후 위에서 언급한 필수 위치에서 장치를 단단히 고정한 다음 Set 키를 누릅니다.
      참고: 이 단계에서 참조 값(예: 위의 캐노피 판독값)이 미리 정의된 시간 간격에 자동으로 기록되고 저장됩니다(각 판독값은 비프음이 동반됨). Instrument_1 설정된 위치에서 편차를 피하십시오. 그렇지 않으면 참조 측정이 중단됩니다. 올바른 위치를 고려하면 매우 좁은 범위 (mm)에서 달성되어야하며,이 단계는 지친 수 있습니다.
  8. 그 후, Instrument_2 사용하여 식물 캐노피 (아래 캐노피 판독값) 아래에 전송 된 돌이킬 수없는 측정을 시작합니다.
    참고: 아래 캐노피 판독 값 동안, 참조 판독값의 LAI 센서(Instrument_1)와 같은 LAI 센서 시야(Instrument_2)의 동일한 방향을 유지합니다( 예: 북쪽에 수직으로.
    1. 아래 캐노피 판독값의 위치를 정의하고 장치의 LAI 센서를 사용하여 광 송신 값 측정을 시작합니다.
      참고: 다른 캐노피 구조에서 LAIe 필드 측정의 패턴은 Černý 외36 및 Fleck 외37에포괄적으로 설명된다.
    2. 메인 메뉴에서 측정(설정 키 누름)을 선택하고 라이를선택합니다. 세트 키를 눌러 캐노피 아래에 전송된 돌이킬 수 없는 측정 모드를 활성화합니다.
      참고: 현재 의 돌이킬 수 있는 값이 디스플레이에 표시됩니다. 이 값은 아직 장치의 내부 메모리에 저장되지 않습니다(현재 측정 모드만 트리거됨).
    3. 세트 키를 다시 눌러 캐노피 아래에서 전송된 돌격값을 얻고 내장된 경사계와 사운드 표시기를 모두 트리거하여 올바른 LAI 센서 위치(예: 정성 각도 0°)를 찾습니다.
      참고: 동시에 LAI 센서의 현재 위치는 X 축과 Z 축 모두에 표시됩니다.
    4. 그런 다음, 장치를 지면 표면에 수직으로 유지하여 LAI 센서가 정점에 닿도록 한다.
      참고: 사운드 표시등이 올바른 정점 각도에 접근하여 톤을 증가시킵니다.
    5. 디스플레이를 확인하고 기기를 왼쪽과 오른쪽으로, 앞뒤로 기울이세요. X 축과 Z 축모두에 의해 정의된 정육점이 0 이하 또는 5미만에 도달하면 모든 아래 캐노피 판독값이 자동으로 획득되고 저장됩니다(비프음이 멈춥니다).
      참고: 올바른 위치를 매우 좁은 범위(mm)에서 달성해야 한다는 점을 고려하면 이 단계는 지친 수 있습니다.
  9. 3.8.3-3.8.5 단계에 따라 전송된 돌이킬 수 없는(즉, 캐노피 아래 판독값)의 추가 측정을 진행합니다.
  10. 아래 캐노피 측정(Instrument_2)을 수행한 후, 리턴을 선택하면 기본 메뉴로 돌아가려면 메뉴 버튼과 메뉴 키를 반복해서 눌러 세트 버튼을 누릅니다.
    참고: Instrument_1 참조 판독값(Instrument_1 완료한 후 Instrument_2 동일한 방식으로 사용하십시오.
  11. 데이터는 각 읽기 후에 계측기의 메모리에 저장됩니다. 메뉴를 1s 이상 길게 눌러 데이터를 지워지 않고 장치를 안전하게 끕니다.
  12. 기기를 컴퓨터에 연결합니다. 데이터를 다운로드하고 처리합니다. 필드 측정 및 LAIe 계산의 예는 섹션 4에 설명되어 있습니다.

4. 필드 측정 및 LAIe 계산의 예

  1. 캐노피 이하 측정을 위한 측정 지점을 정의합니다. 서로 다른 크기의 간격으로 인한 식물 캐노피의 이질성을 포착하기 위해 등거리 측정 포인트와 함께 트랜지Ct(또는 일반 그리드)로 측정 레이아웃을 정렬합니다.
    참고: 균일한 캐노피가 있는 행에 심어진 식물에 적합한 횡단 레이아웃이 그림 3에묘사됩니다. 측정 레이아웃에 대한 자세한 내용은 체르니 외36 및 Fleck 외37을따르십시오.

Figure 3
그림 3: 균일 한 식물 커버에서 LAIe를 추정하기위한 Transect의 레이아웃. Transect I-IV: 트랜지Ct의 번호; Θ: 아래 캐노피 판독을 위한 측정 지점입니다. 처음 10개의 위치는 레이블이 지정됩니다(1θ-10θ). 경하는 식물의 행에 수직으로 지향되어야합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

  1. 섹션 2 또는 섹션 3에 따라 단일 또는 이중 센서 모드를 사용하여 위 및 아래 캐노피 측정을 모두 수행하십시오.
  2. 모든 필드 측정을 완료한 후 단일 또는 이중 센서 모드에서 사용되는 LP 110 장치에서 컴퓨터에 데이터를 다운로드하여 LAIe를 추정합니다.
    참고: 듀얼 센서 모드의 경우 두 계측기(예: Instrument_1 및 Instrument_2)에 대해 아래에 설명된 단계를 따릅니다.
    1. 연결된 케이블을 통해 기기를 컴퓨터에 연결합니다.
      참고: 듀얼 센서 모드의 경우 참조 측정(예: 위 캐노피 판독값)을 먼저 사용하는 장치를 먼저 연결합니다.
    2. 관련 소프트웨어(재료 표 참조)를열고 메인 막대의 설치 키를 누릅니다. 그런 다음 장치 ID를선택하고 누릅니다.
      참고: 장치: 왼쪽 아래 모서리에 라이펜이 나타납니다.
    3. 장치 버튼을 누릅니다.
      참고: 이 소프트웨어는 사용자가 왼쪽 하단 모서리에 표시된 메모라는 제목의 시트 내의 모든 발언을 기록할 수 있도록 합니다. 이 소프트웨어는 측정 시간에 따라 각 아래 캐노피(전송) 판독값과 위의 캐노피 판독값과 자동으로 일치합니다.
    4. 메인 메뉴에서 파일 아이콘을 누릅니다. 내보내기를 선택하고 클릭합니다. 그런 다음 ALAI를 체크하고 확인을 눌러 데이터를 내보냅니다.
      참고: 내보낸 파일(txt., xls.)에서, 위와 아래 캐노피 판독값(전송된 돌출)은 각각 Ref. 강도 및 전송으로표시됩니다.
  3. 방정식 1에 따라 트랜지션(또는 그리드) 내의 각 측정지점에 대한 송신(t) 값을 계산합니다: t = I/Io(캐노피 아래의 회항은 식물 위에 인시던트 돌격으로 나눈) t1,t2,..., tn,여기서 n은 아래 캐노피 측정 점의 수이다.
  4. 연구된 식물 캐노피의 평균 송신(T)을 계산하여, 예를 들어, 첫 번째 트랜지션(T1)에서) : T1 = (t1 + t2...+ tn)/ n, 여기서 n은 제 1 트랜도크 내에서 아래 캐노피 측정 지점의 수이다.
    참고: 여러 대미경무분비에서 측정을 하는 경우 모든 트랜지Ct(T2,T3및 T4)를동일한 방식으로 진행합니다.
  5. 조사 강도가 연구된 캐노피를 통과할 때 기하급수적으로 감소하기 때문에 수정된 맥주-램버트 소멸법에 따라 LAIe를 계산합니다(방정식 2 참조).
    1. 먼저, 연구된 식물 캐노피의 평균 전송값(T)의logarithm을 찾을 수 있으며, 예를 들어, 제1 트랜지션(T_I): T_I =ln T1을찾아낸다.
      참고: 여러 대미경무선에서 측정을 하는 경우, 동일한 방식으로 모든 트랜케이트(즉, T_II = ln T2; T_III = - ln T3; T_IV = - ln T4).
      1. 모든 개별 트랜짓에서 평균 전송값(T)을계산합니다: T = [(-ln T_I) + (-ln T_II) + (- ln T_III) + (-ln T_IV)] / 4.
    2. 그 후, 방정식 2에 따라 각 식물 종에 대해 지정된 소멸 계수를 사용하여 최종 LAIe 값을 계산합니다.
      참고 : 주요 나무 종에 대한 멸종 계수는 브레다9에나열됩니다. 산림 스탠드에서, LAIe는 실제 LAI 값을 얻기 위해 촬영29,30,31,32,33, 34 내의 동화 장치의 응집 효과로 인해 수정되어야 한다.

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Representative Results

두 테스트 된 장치에서 얻은 공간 구조는 분명히 위에서 얇게 (A), 아래에서 얇게 (B) 및 실비 문화적 개입없이 제어 (C; 자세한 내용은 표 2 참조)에서 분명히 차이가 있습니다. 스탠드 수준에서 LP 110과 식물 캐노피 분석기에서 얻은 LAI 값의 유사한 차이는 ANOVA와 Tukey의 테스트를 사용하여 다양한 밀도(A 대 .B)를 가진 얇은 플롯 사이에서 확인되었습니다. 식물 캐노피 분석기의 경우, 얇은 것(A, B)보다 실비문화적 개입없이 제어 플롯에서 훨씬 더 높은 LAI 값이 관찰되었다. 그러나 컨트롤 플롯에서 LP 110에서 얻은 값은 크게 초과하였다. LP 110의 경우, LAI는 C 및 B 치료에서 크게 다르지 않았다. 반대로 C와 A 플롯 간의 LAI 값에 큰 차이가 발견되었습니다. 일반적으로, LAI는 연구된 스탠드에 가시처리 후에 현저하게 감소했습니다. LP 110(LaiPen LP110)을 사용한 LAI는 플롯 A에서 더 뚜렷하게 감소한 반면, 분석기(LAI-2200 PCA)에서 얻은 LAI 값은 플롯 B에서 더 많이 감소했습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 기록된 차이는 미미하였다(그림4).

Figure 4
그림 4: LP 110및 노르웨이 가문비 나무 극의 식물 캐노피 분석기 광학 장치를 사용하여 추정되는 LAI 값은 서로 다른 실비컬 적 치료법하에 서 있습니다. LAI를 추정하기 위해, 81 아래 캐노피 판독은 각 연구 스탠드에서 찍은. A: 위에서 숱이; B: 아래에서 숱이; C: 컨트롤 플롯. 점은 평균 LAI 값을 의미합니다. 수염은 표준 편차를 표시합니다. 다양한 문자는 Tukey의 포스트 혹 시험을 사용하여 실비 컬처 치료 및 다른 광학 기기 중 상당한 차이 (p < 0.05)를 나타냅니다. 이 수치는 체르니 외20에서수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

LAI 값의 공간 가변성은 순수한 노르웨이 가문비 나무 극 스탠드에서 각 숱이 치료에 대한 그림 5에 설명되어 있습니다.

Figure 5
그림 5: 연구된 가문비나무 캐노피 하에서 개별 측정 지점 수준에서 LP 110 및 식물 캐노피 분석기를 사용하여 추정된 LAI의 공간 이질성. A: 위에서 숱이; B: 아래에서 숱이; C: 컨트롤 플롯. 화살표 위의 숫자는 일반 그리드 내의 측면 길이와 측정 지점의 간격을 의미합니다. 이 수치는 체르니 외20에서수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

LP 110은 플롯 A와 C에서 각각 7.4%와 10.6%로 LAI를 과소평가했습니다. 반대로, 이 장치는 플롯 B의 식물 캐노피 분석기에서 얻은 LAI 스탠드 값을 3.7%로 과대 평가했습니다. 적용된 희석제 처리에 관계없이 모든 LAI 값의 총 평균을 계산하고 이후에 비교한 경우(LP 110 대 플랜트 캐노피 분석기), LP 110 장치는 식물 캐노피 분석기에서 얻은 LAI를 5.8% 과소평가하였다. 그 후, 일반 그리드 내에서 정렬된 개별 포인트 이상으로 측정된 특정 LAI 값의 차이는 두 계측기 모두에 대해 계산되었으며, 이러한 편차는 이후에 백분율로 표현되었다. 이러한 상황에서 LP 110및 플랜트 캐노피 분석기로 측정된 LAI 값은 심오하게 다릅니다(표1).

실비컬처 처우 포레스트 스탠드 LAI 라이펜 LP 110의 LAI 간의 상대적 차이(%)
라이펜 LP 110 (m2 m-2) LAI-2200 PCA (m2 m-2)
A 7.05 ± 1.73 7.61 ± 2.29 1 ± 37 (-58; 156)
B 7.76 ± 1.36 7.48 ± 1.75 8 ± 30 (-33; 183)
C 8.35 ± 1.23 9.34 ± 2.51 -5 ± 26 (-48; 115)

표 1: 평균 LAI는 개별 측정 포인트 수준에서 LP 110과 플랜트 캐노피 분석기 사이의 %로 표현된 스탠드 레벨및 LAI 차이의 평균 LAI입니다. A: 위에서 숱이; B: 아래에서 숱이; C: 컨트롤 플롯. 이 표는 체르니 외20에서수정되었습니다.

LP 110 및 플랜트 캐노피 분석기를 사용하여 특정 포인트 수준에서 측정된 모든 LAI 데이터의 경우, 고용된 두 장치 간의 선형 회귀가 수행되었다. y = 0.8954x(R2 = 0.94)의 선형 회귀; RMSE = 2.11438)은 테스트된 두 계측기(도6)로부터모든LAI 데이터에 대해 발견되었다.

Figure 6
그림 6: 연구된 노르웨이 가문비나무 극 스탠드에서 개별 측정 지점 수준에서 LP 110 및 식물 캐노피 분석기에서 나오는 LAI 값 간의 선형 회귀. 이 수치는 체르니 외20에서수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

지리적 좌표 49°29'31" N, 16°43'30" E
고도 610-625 m a. s. l.
평균 연간 공기 온도 6.5°C
평균 연간 강수량 717 mm

표 2: 연구 사이트의 특성입니다. 이 표는 체르니 외20에서수정되었습니다.

음모 스탠드의 나이 (년) 스탠드 밀도(나무 하-1) 높이(m) DBH (cm) BA1.3 (m2·하-1) 재고 증가(m3·하-1)
A 36 1.930 14.14 ± 3.73 14.84 ± 6.13 36.60 ± 0.25 250.02 ± 2.00
B 36 1.915 16.33 ± 2.37 15.81 ± 4.47 43.41 ± 0.17 290.07 ± 1.32
C 36 4.100 12.72 ± 2.68 10.97 ± 4.81 36.96 ± 0.19 287.12 ± 1.39

표 3: 2014년 25m x 25m면적을 커버하는 연구스탠드의 덴드로메트릭 및 구조적 특성. 각 연구 스탠드에서, 81 아래 캐노피 판독값은 표준 흐린 하늘에서 일반 그리드 (3m x 3m) 내에서 촬영되었다 (자세한 내용은, 체르니 외20을따르십시오). 모든 LAI 측정은 LAI 값이 가장 안정적인 7월과 8월에 실시되었으며,9,38. A: 위에서 숱이; B: 아래에서 숱이; C: 제어 플롯; DBH: 유방 높이에서 줄기 직경; BA1.3: 유방 높이의 기저 부위. 스탠드 레벨에서 BA1.3의 경우, 연구된 스탠드에 제시된 각 트리의 기초 영역은 BA1.3 =(∏*DBH 2)/4로 계산되어 요약되었다. 이 표는 체르니 외20에서수정되었습니다.

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Discussion

간접적인 방법을 통해 LAI를 추정하기 위한 이전 표준 LAI-2000 PCA의 개선된 버전으로 LAI(또는 PAR 강도 측정)를 추정하기 위한 새로 제시된 장치로서 LP 110과 LAI-2200 PCA의 차이점은 무엇입니까? LP 110에 비해 플랜트 캐노피 분석기의 가격이 약 4배 더 높은 가격을 넘어, 출력 파라미터의 수, 측정 조건, 방법론적 접근법 및 다양한 캐노피에 대한 LAI 추정 가능성, 결과의 정확성 등을 비교할 수 있다.

하드웨어를 비교할 때 LP 110은 사용자 친화적인 것으로 보입니다. LP 110은 더 가벼운 장치이며 센서와 데이터 로거 사이의 케이블 연결이 필요하지 않습니다. 두 센서(즉, LAI 및 PAR 측정의 경우, 그림 1참조)는 장치의 본체 내에 통합되어 작업자가 연구된 생태계(예: 관목 또는 조밀한 숲)를 통해 쉽게 이동할 수 있도록 합니다. 판독 값의 정확성을 보장하기 위해서는 올바른 센서 위치와 가치 스토리지가 필수적입니다. 이 위치(zenith 또는 미리 설정된 각도)는 센서가 대상 위치와 가깝거나 멀리 떨어져 있는 경우 변화하는 음파주로 식별됩니다. 가장 집중적인 사운드(볼륨을 수정할 수 있음)에서도 유지된 LP 110은 자동으로 판독 값을 절약합니다. 반대로, 식물 캐노피 분석기의 올바른 센서 위치를 찾는 것은 휴대용 스틱의 수동 버블 레벨로 수행해야 합니다. 연산자는 버튼을 눌러 거품 수준을 확인하는 동안 읽기 값을 동시에 저장해야 합니다. 그러나 버튼을 누를 때 올바른 센서 위치가 일상적으로 손실되어 판독 값의 정확도가 저하됩니다. LP 110 판독값을 복용하는 데 버블 레벨을 시각적으로 확인할 필요가 없기 때문에, 사용자가 자연 또는 인공 재생, 키가 큰 초본 또는 관목 층의 캐노피 이상을 측정할 수 있도록 확장 막대에 계측기를 보유할 가능성도 있다. 이 경우 변화하는 사운드 주파수에 따라 올바른 센서 위치를 찾을 수 있습니다.

특히 센서 감도 및 센서 의 시야(FOV)와 관련하여 LAI 센서 구조와 관련하여 LP 110과 플랜트 캐노피 분석기 사이에는 차이가 있습니다. 식물 캐노피 분석기의 LAI 센서가 노천에 노출되면, 일반적으로 야외에서 이른 아침에 발생하는 높은 공기 습도 조건하에서 안개가 될 수 있습니다. 반대로 LP 110의 LAI 센서는 제한보기컵(도 1)에위치하기 때문에 안개가 없는 센서입니다. LP 110의 LAI 센서의 제한기는 탈착식이지만 고정 FOV가 있습니다. 그러나, 식물 캐노피 분석기의 LAI 센서의 FOV는 각각 다른 제한기(불투명뷰 캡)를 이용하여 아지무탈 및 정순방향모두에서 수정할 수 있으며, 데이터 후처리 시 마스킹 절차를 각각 사용할 수 있다. LP 110의 LAI센서(도 1)의FOV가 상대적으로 좁고 식물 캐노피 분석기와 비교하여 조작할 수 없지만, 이 센서의 감도는 약 10배 더 높습니다. 이러한 높은 LAI 센서 감도를 통해 사용자는 낮은 돌격 조건에서 LP 110을 사용하여 측정을 수행할 수 있으며 좁은 숲 도로 나 라인에서 매우 좁은 개방 플롯에서 위의 캐노피 (참조) 판독값을 취할 수 있습니다. 더욱이, 위의 캐노피 판독값 비율이 더 높기 때문에 측정된 전송의 정확도가 높아져 LAIe 추정이 더 좋습니다. 한편, LP 110의 LAI 센서의 좁은 FOV로 인해 트랜지트당 캐노피 판독 횟수를 늘릴 필요가 있다.

LP 110과 플랜트 캐노피 분석기 사이에는 몇 가지 유사점이 있습니다. 예를 들어, 측정 조건 및 LAI 센서 zenith 각도 보기(LP 110의 방향, 16°, 32°, 48°및 64°) 및 7°, 23°, 38°, 53°, 68°의 경사를 정량화할 수 있습니다. 식물 캐노피 분석기와 마찬가지로 LP 110은 광 반사의 효과를 감소시키고 특정 센서 파장 특성으로 인해 단풍에 의한 빛의 실제 광 흡수 부분을 측정합니다. SunScan, AccuPAR, TRAC39또는 DEMON 9,40(자세한 내용은 재료 표참조)과 같은 기타 광학 기반 계측기는 빛 반사에 관계없이 상대적으로 넓은 광 간격으로 측정합니다. 듀얼 센서 모드에서는 LP 110및 플랜트 캐노피 분석기의 경우 10-360s 및 5-3,600s에 이르는 시간 간격으로 일반적으로 개방 영역에 배치된 하나의 센서로 자동 측정을 할 수 있으며, 개별 측정에 GPS 위치를 추가할 수 있습니다. 두 악기 모두, LAIe를 측정하는 것은 불가능하다: i) 비 조건 후, 젖은 캐노피 요소로, 줄기를 포함하는 것은 캐노피 아래의 빛 반사및 전송 값을 모두 향상; 따라서 실제 LAIe는 이러한 조건하에서 과소 평가됩니다. ii) 캐노피 요소가 움직이는 바람이 부는 조건에서는 센서 위치가 안정적이고 iii) 광 조건이 급격히 변하는 불안정한 시놉틱 상황에서도 전송 값이 크게 달라집니다. 마지막 조건은 센서의 좁은 FOV로 인해 LP 110에 대해 그렇게 제한되지 않습니다. 또한 장애물의 거리를 고려해야합니다. 그러나 적절한 센서 방향은 문제를 줄입니다. 두 장치의 경우, 주로 일출이나 일몰에 가까운 화창한 날에 LAIe를 추정할 수 있습니다. 직접 태양 광선이 제한기 캡 슬롯을 통해 LAI 센서에 들어갈 수 있는 정오를 제외하고, LAIe 측정을 하는 것은 하루 종일 가능합니다. LAI 센서가 태양(LP 110과 관련된) 또는 작업자의 뒷면(플랜트 캐노피 분석기와 관련이 있음)을 수직으로 지향하더라도. 그러나 르블랑과첸(41)이 제시한 일부 교정 절차는 적용되어야 한다. 위의 캐노피 판독값이 짧은 시간 동안 ±20% 이상 차이가 나면(약 1~2분) LAIe 측정을 계속하는 것은 매우 높은 LAIe 추정 오류로 인해 쓸모가 없다. 이 문제는 동일한 정확한 시간 설정 및 교정을 가진 두 개의 유닛을 사용하는 듀얼 센서 모드에서 위와 아래 캐노피 판독값의 정확한 동기 예측으로 피할 수 있습니다. LP 110을 사용하여 LAIe를 추정하기위한 다음 중요한 단계는 특히 단일 센서 모드 (예 : 숲 스탠드 및 열린 줄거리 사이의 최대 시간 지연) 위의 캐노피 판독을위한 적절한 개방 영역의 선택입니다, 오픈 영역의 크기는 센서 FOV를 존중해야합니다. 게다가, LP 110은 식물 캐노피 분석기와 유사하며, 너무 조밀한 (즉, 7.88 이상 스탠드 레벨에서 LAIe)를 정확하게 추정하기에 는 적합하지 않으며,매우낮은 캐노피 초원, 또는 1 % 미만의 전송.

시간 입력을 통해 캐노피 아래의 인시던트 라이트 및 광 송과의 모든 획득 된 값은 특정 소프트웨어를 사용하여 후처리되어 특히 플랜트 캐노피 분석기에서는 많은 출력 매개 변수를 제공합니다. 반대로 LP 110에서 얻은 데이터를 처리하는 소프트웨어는 플랜트 캐노피 분석기와 관련된 소프트웨어와 같이 보다 자동적이고 사용자 친화적인 소프트웨어로 개선되어야 합니다. 또한, 생산자가 센서 FOV를 변경하거나 조정하기 위해 LP 110에 대한 제한 컵을 수정하는 것이 좋습니다.

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Disclosures

저자는 공개 할 것이 없습니다. 대표적인 결과는 기사 체르니, J., 크레자, J., Pokorný, R., 베드나르드, P. 라이펜 LP 100 - 에탈론에 비해 숲 생태계 잎 영역 지수를 추정하기위한 새로운 장치 : 방법론 사례 연구에서 사용되었다. 산림 과학저널. 64 (11), 455-468 (2018). DOI: 10.17221/112/2018-JFS는 산림 과학 편집위원회의 친절한 허가 저널에 근거를 두습니다.

Acknowledgments

저자는 산림 과학 편집 위원회의 저널에 우리가 격려하고 거기에 게시 된 기사에서이 프로토콜의 대표 결과를 사용하도록 승인에 대한 빚이있다.

연구는 체코 농무부에 의해 재정적으로 지원되었다, 제도적 지원 MZE-RO0118, 농업 연구의 국가 기관 (프로젝트 번호. QK21020307) 및 유럽 연합의 호라이즌 2020 연구 및 혁신 프로그램 (보조금 계약 제952314).

저자는 또한 원고를 개선 한 건설적인 비판에 대한 세 익명의 검토자에게 친절하게 감사드립니다. 또한 두산 바르토스, 알레나 흐베즈도바, 토마스 페트르(Tomas Petr)는 현장 측정 및 Photon Systems Instruments Ltd. 회사에서 협업및 장치 사진을 제공하는 데 도움을 주었습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AccuPAR METER Group, Inc., Pullman, WA, USA AccuPaR LP-80 https://www.metergroup.com/environment/products/accupar-lp-80-leaf-area-index/
DEMON CSIRO, Canberra, Australia DEMON
File Viewer LI-COR Biosciences Inc., NE, USA FV2200C Software https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/software.html
FluorPen Photon System Instruments Ltd. (PSI), Czech Republic FluorPen 1.1.2.3 Sofware https://handheld.psi.cz/products/laipen/#download
Hand-held GPS device Garmin Ltd., Czech Republic Garmin eTrex 32x Europe46 https://www.garmin.cz/garmin-etrex-32x-europe46/80117
Hand-held device for leaf area index estimation(LP 110) Photon System Instruments Ltd. (PSI) Czech Republic LaiPen LP 110 https://handheld.psi.cz/products/laipen/#info
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/
Statistical software Systat Software Inc., CA, USA SigmaPlot 13.0 https://systatsoftware.com/products/sigmaplot/sigmaplot-version-13/?gclid=Cj0KCQjwzYGGBhCTARIs
AHdMTQzgfb42vv0mWmcbVcflNO
UvrLl802Lrhkfh23Qie2mIZfw4O8kp
7p0aAsoiEALw_wcB
Statistical software StatSoft Inc., OK, USA STATISTICA 10.0 For LAI visualization, wafer-plots in STATISTICA 10.0 were employed.
SunScan Delta-T Devices, Ltd., Cambridge, UK SS1 SunScan https://www.delta-t.co.uk/product/sunscan
TRAC 3rd Wave Engineering, Ontarion Canada Tracing Radiation and Architecture of Canopies http://faculty.geog.utoronto.ca/Chen/Chen's%20homepage/res_trac.htm
Tripod Any NA Tripod with standard nut
Water level Any NA

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환경 과학 문제 173 간접 광학 방법 단일 센서 모드 듀얼 센서 모드 빛 투과 식물 캐노피 정성 각도 맥주 램버트 법
식물 캐노피에서 광학 장치를 사용하여 효과적인 잎 영역 지수의 현장 측정
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Černý, J., Pokorný, R. Field Measurement of Effective Leaf Area Index using Optical Device in Vegetation Canopy. J. Vis. Exp. (173), e62802, doi:10.3791/62802 (2021).

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