WikiDer > Индекс площади листа

Leaf area index

Индекс площади листа (LAI) это безразмерная величина что характеризует растение навесы. Он определяется как площадь односторонних зеленых листьев на единицу площади поверхности земли (LAI = площадь листа / площадь земли, м2 / м2) в широколистный навесы.[1] В хвойные породыбыли использованы три определения LAI:

  • Половина общей площади поверхности иглы на единицу площади поверхности земли [2]
  • Проекционная (или односторонняя, в соответствии с определением для широколистных навесов) площадь хвои на единицу площади земли
  • Общая площадь поверхности иглы на единицу площади земли [3]

Определение «половина общей площади листа» относится к биологическим процессам, таким как газообмен, тогда как определение «проецируемая площадь листа» не принималось во внимание, поскольку проекция данной площади в одном направлении может отличаться в другом направлении, когда листья не плоские, толстые или трехмерные. Более того, «площадь поверхности земли» конкретно определяется как «площадь горизонтальной поверхности земли», чтобы прояснить LAI на наклонной поверхности. Определение «половина общей площади листьев на единицу площади горизонтальной поверхности земли» подходит для всех видов листьев и плоских или наклонных поверхностей.[4]

Толкование и применение

LAI Respiration.gif

LAI - это мера общей площади листьев на единицу площади земли, которая напрямую связана с количеством света, который могут перехватывать растения. Это важная переменная, используемая для прогнозирования фотосинтеза. основное производство, эвапотранспирация и в качестве справочного инструмента для обрезать рост. Таким образом, LAI играет важную роль в теоретическая экология производства. Была установлена ​​обратная экспоненциальная зависимость между LAI и перехватом света, которая линейно пропорциональна скорости первичной продукции:[нужна цитата][5][6]

куда пМаксимум обозначает максимум основное производство и обозначает рост, характерный для данной культуры коэффициент. Эта обратная экспоненциальная функция называется основная производственная функция.

LAI варьируется от 0 (голая земля) до более 10 (густые хвойные леса).[7]

Определение LAI

LAI можно определить напрямую, взяв статистически значимый образец листвы с полог растений, измеряя площадь листьев на пробной площади и деля ее на площадь поверхности земли. Косвенные методы измеряют геометрию купола или ослабление света и связывают это с LAI.[8]

Прямые методы

Прямые методы могут быть легко применены к лиственный виды, собирая листья во время листопада в ловушки на определенной территории, расположенной ниже навеса. Площадь собранных листьев можно измерить с помощью измерителя площади листа или сканер изображений программное обеспечение для анализа изображений (ImageJ) и мобильные приложения (Leafscan, Черешок, Легкая область листа). Затем измеренную площадь листа можно разделить на площадь ловушек для получения LAI. В качестве альтернативы, площадь листа можно измерить на подвыборке собранных листьев и связать с сухой массой листа (например, через Конкретная площадь листа, SLA см2/грамм). Таким образом, не нужно измерять площадь всех листьев по отдельности, а взвешивать собранные листья после сушки (при 60–80 ° C в течение 48 часов). Сухая масса листа, умноженная на удельная площадь листа преобразуется в листовую площадь.
Прямые методы в вечнозеленый виды обязательно деструктивны. Однако они широко используются в сельскохозяйственных культурах и на пастбищах, собирая урожай и измеряя площадь листьев в пределах определенной площади поверхности земли. Очень сложно (а также неэтично) применять такие разрушительные методы в природных экосистемах, особенно в лесах вечнозеленый порода деревьев. Лесники разработали методики определения площади листьев у вечнозеленый леса через аллометрический отношения.
Из-за трудностей и ограничений прямых методов оценки LAI они в основном используются в качестве справочных для косвенных методов, которые проще и быстрее применять.

Косвенные методы

А полусферическая фотография из полог леса. Отношение площади навеса к небо используется для аппроксимации LAI.

Косвенные методы оценки LAI на месте можно разделить на две категории:

  1. косвенные контактные измерения LAI, такие как отвесы и квадраты наклонных точек[нужна цитата]
  2. косвенные бесконтактные измерения

Из-за субъективности и трудозатрат, связанных с первым методом, обычно предпочтительны косвенные бесконтактные измерения. Бесконтактные инструменты LAI, такие как полусферическая фотография, Hemiview Plant Canopy Analyzer от Delta-T Devices, Анализатор растительного покрова CI-110 [1] из CID Bio-Science, Анализатор растительного покрова LAI-2200 [2] из LI-COR Biosciences и Цептометр LP-80 LAI [3] из Устройства Decagon, измерьте LAI неразрушающим способом. Полусферическая фотография методы оценивают LAI и другие атрибуты структуры купола на основе анализа перспективных рыбий глаз фотографии, сделанные под пологом растений. LAI-2200 рассчитывает LAI и другие атрибуты структуры купола на основе измерений солнечного излучения, выполненных с помощью широкоугольного оптического датчика. Измерения, выполненные над и под пологом, используются для определения перехвата света в пологе под пятью углами, из которых рассчитывается LAI с использованием модели переноса излучения в растительном покрове. LP-80 рассчитывает LAI путем измерения разницы между уровнями освещенности над пологом и на уровне земли, а также с учетом распределения угла листьев, зенитного угла Солнца и коэффициента вымирания растений. Такие косвенные методы, при которых LAI рассчитывается на основе наблюдений за другими переменными (геометрия кроны, перехват света, длина и ширина листа,[9] и т.д.), как правило, быстрее, поддаются автоматизации и, таким образом, позволяют получить большее количество пространственных выборок. По соображениям удобства по сравнению с прямыми (деструктивными) методами эти инструменты становятся все более важными.

Недостатки методов

Недостатком прямого метода является то, что он деструктивен, трудоемок и дорог, особенно если площадь исследования очень большая.

Недостатком косвенного метода является то, что в некоторых случаях он может недооценивать значение LAI в очень плотных пологах, так как он не учитывает листья, которые лежат друг на друге, и по существу действует как один лист в соответствии с теоретическими моделями LAI.[10] Незнание неслучайности в пределах навесов может привести к недооценке LAI до 25%, введение распределения длины пути в косвенный метод может улучшить точность измерения LAI.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уотсон, Д.Дж. (1947). «Сравнительные физиологические исследования роста полевых культур: I. Различия в чистой скорости ассимиляции и площади листьев между видами и сортами, внутри и между годами». Анналы ботаники. 11: 41–76. Дои:10.1093 / oxfordjournals.aob.a083148.
  2. ^ Chen, J.M .; Блэк, Т.А. (1992). «Определение индекса листовой поверхности для неплоских листьев». Сельскохозяйственная и лесная метеорология. 57: 1–12. Дои:10.1016 / 0168-1923 (91) 90074-з.
  3. ^ GHOLZ, HENRY L .; FITZ, FRANKLIN K .; WARING, R.H. (1976). «Различия в площади листьев, связанные с сообществами старовозрастных лесов в западных каскадах Орегона». Канадский журнал исследований леса. 6 (1): 49–57. Дои:10.1139 / x76-007.
  4. ^ Yan, G.J .; Hu, R.H .; Luo, J.H .; Мари, В .; Jiang, H.L .; Mu, X.H .; Xie, D.H .; Чжан, В. (2019). «Обзор косвенных оптических измерений индекса листовой поверхности: последние достижения, проблемы и перспективы». Сельскохозяйственная и лесная метеорология. 265: 390–411. Дои:10.1016 / j.agrformet.2018.11.033.
  5. ^ Фирман Д. М. и Э. Дж. Аллен. «Взаимосвязь между световым перехватом, почвенным покровом и индексом листовой поверхности картофеля». Журнал сельскохозяйственных наук 113, нет. 3 (декабрь 1989 г.): 355–59. https://doi.org/10.1017/S0021859600070040. https://www.niab.com/uploads/files/Light_interception_ground_cover_LAI_Firman_Allen_1989.pdf
  6. ^ Аснер, Грегори П., Джонатан М. О. Скарлок и Джеффри А. Хик. «Глобальный синтез данных наблюдений за индексом площади листа: значение для экологических исследований и дистанционного зондирования». Глобальная экология, 2003, 15. http://www2.geog.ucl.ac.uk/~mdisney/teaching/teachingNEW/GMES/LAI_GLOBAL_RS.pdf
  7. ^ Иио, Атсухиро; Хикосака, Коуки; Антен, Нильс П. Р .; Накагава, Ёсиаки; Ито, Акихико (2014). «Глобальная зависимость наблюдаемого в полевых условиях индекса площади листьев у древесных пород от климата: систематический обзор». Глобальная экология и биогеография. 23 (3): 274–285. Дои:10.1111 / geb.12133. ISSN 1466-8238.
  8. ^ Бреда, Н. (2003). «Наземные измерения индекса листовой поверхности: обзор методов, инструментов и текущих противоречий». Журнал экспериментальной ботаники. 54 (392): 2403–2417. Дои:10.1093 / jxb / erg263.
  9. ^ Blanco, F.F .; Фолегатти, М. (2003). «Новый метод оценки индекса листовой поверхности растений огурца и томата». Horticultura Brasileira. 21 (4): 666–669. Дои:10.1590 / S0102-05362003000400019.
  10. ^ Wilhelm, W.W .; Ruwe, K .; Шлеммер, М.Р. (2000). «Сравнение трех измерителей индекса площади листа в кукурузном покрове». Растениеводство. 40 (4): 1179–1183. Дои:10.2135 / сельскохозяйственных культурci2000.4041179x.
  11. ^ Ху, Жунхай; Ян, Гуанцзянь; Му, Сихань; Ло, Цзинхуэй (2014). «Косвенное измерение индекса листовой поверхности на основе распределения длины пути». Дистанционное зондирование окружающей среды. 155: 239–247. Дои:10.1016 / j.rse.2014.08.032.

Примечания