Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из индекса площади листа )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Индекс площади листа ( LAI ) - это безразмерная величина , характеризующая растительный покров . Он определяется как площадь односторонних зеленых листьев на единицу площади поверхности земли ( LAI = площадь листьев / площадь земли, м 2 / м 2 ) в широколиственных пологах . [1] Для хвойных деревьев использовались 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 области в одном направлении может отличаться в другом направлении, если 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]

Индекс площади листа (LAI) выражает площадь листа на единицу площади поверхности земли или ствола растения и обычно используется в качестве индикатора скорости роста растения. LAI - это сложная переменная, которая относится не только к размеру навеса, но также к его плотности и углу, под которым листья ориентированы по отношению друг к другу и к источникам света. Кроме того, LAI варьируется в зависимости от сезонных изменений в активности растений [5] и обычно наиболее высок весной, когда появляются новые листья, и наиболее низок в конце лета или в начале осени, когда листья стареют (и могут опадать). Изучение LAI называется «филлометрия». [6]

Толкование и применение [ править ]

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 первичной фотосинтетической продукции , эвапотранспирации и в качестве справочного инструмента для роста сельскохозяйственных культур . Таким образом, LAI играет важную роль в теоретической производственной экологии . Была установлена ​​обратная экспоненциальная зависимость между LAI и перехватом света, которая линейно пропорциональна скорости первичной продукции: [ необходима цитата ] [7] [8]

где P max обозначает максимальную первичную продукцию и обозначает коэффициент роста для конкретной культуры . Эта обратная экспоненциальная функция называется первичной производственной функцией .

LAI варьируется от 0 (голая земля) до более 10 (густые хвойные леса). [9]

Определение LAI [ править ]

LAI может быть определен напрямую путем взятия статистически значимой пробы листвы с кроны растения , измерения площади листьев на пробной площади и деления ее на площадь земной поверхности участка. Косвенные методы измеряют геометрию купола или ослабление света и связывают это с LAI. [10]

Прямые методы [ править ]

Прямые методы могут быть легко применены к лиственным видам, собирая листья во время листопада в ловушки определенной области, расположенные ниже кроны. Площадь собранных листьев может быть измерена с помощью измерителя площади листа или сканер изображений и анализ изображений программного обеспечения (ImageJ) и мобильных приложений ( Leafscan , черешок , Легкий листьев Площадь ). 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, с помощью параметра « Удельная площадь листа» , SLA см 2./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 удельную площадь листа, переводится в площадь листа.
Прямые методы у вечнозеленых видов обязательно разрушительны. Однако они широко используются для выращивания сельскохозяйственных культур и пастбищ, собирая урожай и измеряя площадь листьев в пределах определенной площади поверхности земли. Очень сложно (а также неэтично) применять такие разрушительные методы в естественных экосистемах, особенно в лесах из вечнозеленых древесных пород. Лесоводы разработали методы определения площади листвы в вечнозеленых лесах с помощью аллометрических соотношений.
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 [ править ]

Полусферическая фотография из полога леса . Отношение площади купола к площади неба 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 [ необходима ссылка ]
  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 , анализатор растительного покрова Hemiview от Delta-T Devices, анализатор растительного покрова CI-110 [1] от CID Bio-Science , анализатор растительного покрова LAI-2200 [2] от LI-COR Biosciences и ЛП-80 ЗСИ ceptometer [3] из десятиугольника устройств , измерения LAI в неразрушающим способом. Методы полусферической фотографии оценивают LAI и другие атрибуты структуры растительного покрова на основе анализа направленного вверх « рыбьего глаза».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, сделанные над и под пологом, используются для определения перехвата света в пологе под пятью углами, из которых вычисляется 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, [11]и т. д.), как правило, быстрее, поддаются автоматизации и, таким образом, позволяют получать большее количество пространственных выборок. По соображениям удобства по сравнению с прямыми (деструктивными) методами эти инструменты становятся все более и более важными.

Недостатки методов [ править ]

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, поскольку он не учитывает листья, которые лежат друг на друге, и, по существу, действует как один лист в соответствии с теоретическими моделями LAI. [12] Незнание неслучайности в пределах навесов может привести к недооценке LAI до 25%, введение распределения длины пути в косвенный метод может улучшить точность измерения LAI. [13]

См. Также [ править ]

  • Навес (экология)
  • Полусферическая фотография
  • Нормализованный разностный вегетационный индекс
  • Удельная площадь листа
  • Анализ роста растений

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Watson, DJ (1947). «Сравнительные физиологические исследования роста полевых культур: I. Различия в чистой скорости ассимиляции и площади листьев между видами и сортами, внутри и между годами». Летопись ботаники . 11 : 41–76. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.aob.a083148 .
  2. ^ Чен, JM; Блэк, Т.А. (1992). «Определение индекса листовой поверхности для неплоских листьев». Сельскохозяйственная и лесная метеорология . 57 : 1–12. DOI : 10.1016 / 0168-1923 (91) 90074-Z .
  3. ^ GHOLZ, ГЕНРИ Л .; FITZ, FRANKLIN K .; WARING, RH (1976). «Различия в площади листьев, связанные с сообществами старовозрастных лесов в западных каскадах штата Орегон» . Канадский журнал исследований леса . 6 (1): 49–57. DOI : 10.1139 / x76-007 .
  4. ^ Ян, ГДж; Hu, RH; Луо, JH; Мари, В .; Цзян, HL; Mu, XH; Се, DH; Чжан, ВМ (2019). «Обзор косвенных оптических измерений индекса площади листа: последние достижения, проблемы и перспективы» . Сельскохозяйственная и лесная метеорология . 265 : 390–411. DOI : 10.1016 / j.agrformet.2018.11.033 .
  5. ^ Маасс, Хосе Мануэль; Восе, Джеймс М .; Суонк, Уэйн Т .; Мартинес-Ирисар, Анджелина (1 июня 1995 г.). «Сезонные изменения индекса площади листьев (LAI) в тропическом лиственном лесу на западе Мексики» . Экология и управление лесами . 74 (1): 171–180. DOI : 10.1016 / 0378-1127 (94) 03485-F . ISSN 0378-1127 . 
  6. ^ Томажич, Ирма; Корошец-Коруза, Зора (01.11.2003). «Достоверность филлометрических параметров, используемых для дифференциации сортов Locan Vitis Vinifera L.» . Генетические ресурсы и эволюция сельскохозяйственных культур . 50 (7): 773–778. DOI : 10,1023 / A: 1025085012808 . ISSN 1573-5109 . 
  7. ^ Фирман, DM, и EJ Allen. «Взаимосвязь между световым перехватом, почвенным покровом и индексом листовой поверхности картофеля». Журнал сельскохозяйственных наук 113, вып. 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
  8. ↑ 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
  9. ^ Иио, Атсухиро; Хикосака, Коуки; Антен, Нильс ПР; Накагава, Ёсиаки; Ито, Акихико (2014). «Глобальная зависимость индекса площади листьев древесных пород, наблюдаемых в полевых условиях, от климата: систематический обзор» . Глобальная экология и биогеография . 23 (3): 274–285. DOI : 10.1111 / geb.12133 . ISSN 1466-8238 . 
  10. Перейти ↑ Breda, N (2003). «Наземные измерения индекса листовой поверхности: обзор методов, инструментов и текущих споров» . Журнал экспериментальной ботаники . 54 (392): 2403–2417. DOI : 10.1093 / JXB / erg263 .
  11. ^ Бланко, FF; Фолегатти, М.В. (2003). «Новый метод оценки индекса листовой поверхности огурцов и томатов» . Horticultura Brasileira . 21 (4): 666–669. DOI : 10.1590 / S0102-05362003000400019 .
  12. ^ Вильгельм, WW; Ruwe, K .; Шлеммер, MR (2000). «Сравнение трех измерителей индекса площади листа в кукурузном пологе» . Наука о растениеводстве . 40 (4): 1179–1183. DOI : 10,2135 / cropsci2000.4041179x .
  13. ^ 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. DOI : 10.1016 / j.rse.2014.08.032 .

Заметки [ править ]

  • Отсутствие оптимального показателя площади листа для продуктивности белого клевера, выращенного в постоянных условиях
  • Law, BE, T. Arkebauer, JL Campbell, J. Chen, O. Sun, M. Schwartz, C. van Ingen, S. Verma. 2008. Наземные наблюдения за углеродом: протоколы для отбора проб растительности и представления данных. Отчет 55, Глобальная система наблюдения за сушей. ФАО, Рим. 87 стр.
  • LAI Определение Университета Гиссена, Германия