Name: field measurement of effective leaf area index using optical device in vegetation canopy
Uploaded: 2021-07-29T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Field Measurement of Effective Leaf Area Index using Optical Device in Vegetation Canopy at JoVE.com

Gli autori sono in debito con il comitato editoriale del Journal of Forest Science per averci incoraggiato e autorizzato a utilizzare i risultati rappresentativi in questo protocollo dall'articolo pubblicato lì.
La ricerca è stata sostenuta finanziariamente dal Ministero dell'Agricoltura della Repubblica Ceca, supporto istituzionale MZE-RO0118, Agenzia Nazionale di Ricerca Agricola (Progetto No. QK21020307) e il programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione Europea (convenzione di sovvenzione n. 952314).
Gli autori ringraziano anche tre revisori anonimi per le loro critiche costruttive, che hanno migliorato il manoscritto. Inoltre, i ringraziamenti vanno a Dusan Bartos, Alena Hvezdova e Tomas Petr per l'aiuto con le misurazioni sul campo e la società Photon Systems Instruments Ltd. per la loro collaborazione e la fornitura di foto del dispositivo.

NOTA: prima di iniziare a effettuare le misurazioni sul campo pianificate, caricare sufficientemente la batteria del dispositivo LP 110. Collegare lo strumento (connettore USB, vedere Figura 1)e il computer tramite il cavo collegato. Lo stato della batteria viene visualizzato nell'angolo superiore sinistro del display del dispositivo.
1. Calibrazione prima della misurazione
NOTA: per LP 110, eseguire una calibrazione scura del sensore LAI...

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	<li>Muiruri, E. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forest+diversity+effects+on+insect+herbivores:+Do+leaf+traits+matter.">Forest diversity effects on insect herbivores: Do leaf traits matter.</a> New Phytologist. 221 (4), 2250-2260 (2018).</li><li>Macfarlane, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+leaf+area+index+in+eucalypt+forest+using+digital+photography.">Estimation of leaf area index in eucalypt forest using digital photography.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 143 (3-4), 176-188 (2007).</li><li>Easlon, H. M., Bloom, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Easy+leaf+area:+Automated+digital+image+analysis+for+rapid+and+accurate+measurements+of+leaf+area.">Easy leaf area: Automated digital image analysis for rapid and accurate measurements of leaf area.</a> Applications in Plant Sciences. 2 (7), 1400033 (2014).</li><li>Asner, G. P., Scurlock, J. M. O., Hicke, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+synthesis+of+leaf+area+index+observations:+implications+for+ecological+and+remote+sensing+studies.">Global synthesis of leaf area index observations: implications for ecological and remote sensing studies.</a> Global Ecology and Biogeography. 12, 191-205 (2003).</li><li>Vicari, M. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaf+and+wood+classification+framework+for+terrestrial+LiDAR+point+clouds.">Leaf and wood classification framework for terrestrial LiDAR point clouds.</a> Methods in Ecology and Evolution. 10 (5), 680-694 (2019).</li><li>Watson, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+physiological+studies+in+the+growth+of+field+crops.+I.+Variation+in+net+assimilation+rate+and+leaf+area+between+species,+varieties,+and+within+and+between+years.">Comparative physiological studies in the growth of field crops. I. Variation in net assimilation rate and leaf area between species, varieties, and within and between years.</a> Annals of Botany. 11, 41-76 (1947).</li><li>Chen, J. M., Black, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defining+leaf-area+index+for+non-flat+leaves.">Defining leaf-area index for non-flat leaves.</a> Plant, Cell and Environment. 15 (4), 421-429 (1992).</li><li>Welles, J. M., Cohen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Canopy+structure+measurement+by+gap+fraction+analysis+using+commercial+instrumentation.">Canopy structure measurement by gap fraction analysis using commercial instrumentation.</a> Journal of Experimental Botany. 47 (9), 1335-1342 (1996).</li><li>Br&#233;da, N. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ground-based+measurements+of+leaf+area+index:+a+review+of+methods,+instruments,+and+current+controversies.">Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments, and current controversies.</a> Journal of Experimental Botany. 54 (392), 2403-2417 (2003).</li><li>Jonckheere, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+methods+for+in+situ+leaf+area+index+determination.+Part+I:+Theories,+sensors+and+hemispherical+photography.">Review of methods for in situ leaf area index determination. Part I: Theories, sensors and hemispherical photography.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 121 (1-2), 19-35 (2004).</li><li>Weiss, M., Baret, F., Smith, G. J., Jonckheere, I., Coppin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+methods+for+in+situ+leaf+area+index+(LAI)+determination.+Part+II.+Estimation+of+LAI,+errors+and+sampling.">Review of methods for in situ leaf area index (LAI) determination. Part II. Estimation of LAI, errors and sampling.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 121 (1-2), 37-53 (2004).</li><li>Fang, H., Baret, F., Plummer, S., Schaepman-Strub, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+overview+of+global+leaf+area+index+(LAI):+Methods,+products,+validation,+and+applications.">An overview of global leaf area index (LAI): Methods, products, validation, and applications.</a> Reviews of Geophysics. 57 (3), 739-799 (2019).</li><li>Yan, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+indirect+optical+measurements+of+leaf+area+index:+Recent+advances,+challenges,+and+perspectives.">Review of indirect optical measurements of leaf area index: Recent advances, challenges, and perspectives.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 265, 390-411 (2019).</li><li>Parker, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tamm+review:+Leaf+Area+Index+(LAI)+is+both+a+determinant+and+a+consequence+of+important+processes+in+vegetation+canopies.">Tamm review: Leaf Area Index (LAI) is both a determinant and a consequence of important processes in vegetation canopies.</a> Forest Ecology and Management. 477, 118496 (2020).</li><li>Jiapaer, G., Yi, Q., Yao, F., Zhang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+non-destructive+LAI+determination+methods+and+optimization+of+sampling+schemes+in+an+open+Populus+euphratica+ecosystem.">Comparison of non-destructive LAI determination methods and optimization of sampling schemes in an open Populus euphratica ecosystem.</a> Urban Forestry and Urban Greening. 26, 114-123 (2017).</li><li>Grotti, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+intensity,+image-based+method+to+estimate+gap+fraction,+canopy+openness+and+effective+leaf+area+index+from+phase-shift+terrestrial+laser+scanning.">An intensity, image-based method to estimate gap fraction, canopy openness and effective leaf area index from phase-shift terrestrial laser scanning.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 280, 107766 (2020).</li><li>Gower, S. T., Kucharik, C. J., Norman, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+and+indirect+estimation+of+leaf+area+index,+fAPAR,+and+net+primary+production+of+terrestrial+ecosystems.">Direct and indirect estimation of leaf area index, fAPAR, and net primary production of terrestrial ecosystems.</a> Remote Sensing of Environment. 70 (1), 29-51 (1999).</li><li>Morisette, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+global+moderate-resolution+LAI+products:+a+framework+proposed+within+the+CEOS+land+product+validation+subgroup.">Validation of global moderate-resolution LAI products: a framework proposed within the CEOS land product validation subgroup.</a> IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 44 (7), 1804-1817 (2006).</li><li>Pokorn&#253;, R., &#352;alansk&#225;, P., Janou&#353;, D., Pavelka, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ALAI-02D+-+a+new+instrument+in+forest+practice.">ALAI-02D - a new instrument in forest practice.</a> Journal of Forest Science. 47, 164-169 (2001).</li><li>&#268;ern&#253;, J., Krejza, J., Pokorn&#253;, R., Bedn&#225;&#345;, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LaiPen+LP+100+-+a+new+device+for+estimating+forest+ecosystem+leaf+area+index+compared+to+the+etalon:+A+methodologic+case+study.">LaiPen LP 100 - a new device for estimating forest ecosystem leaf area index compared to the etalon: A methodologic case study.</a> Journal of Forest Science. 64 (11), 455-468 (2018).</li><li>Larcher, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physiological plant ecology. Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups. , (2003).</li><li>Taiz, L., Zeiger, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Plant Physiology. 5th edition. , 623 (2010).</li><li>Pokorn&#253;, R., Tom&#225;&#353;kov&#225;, I., Havr&#225;nkov&#225;, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+variation+and+efficiency+of+leaf+area+index+in+young+mountain+Norway+spruce+stand.">Temporal variation and efficiency of leaf area index in young mountain Norway spruce stand.</a> European Journal of Forest Research. 127, 359-367 (2008).</li><li>Chen, J. M., Black, T. A., Adams, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+hemispherical+photography+for+determining+plant+area+index+and+geometry+of+a+forest+stand.">Evaluation of hemispherical photography for determining plant area index and geometry of a forest stand.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 56, 129-143 (1991).</li><li>Black, T. A., Chen, J. M., Lee, X. H., Sagar, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characteristics+of+shortwave+and+longwave+irradiances+under+a+Douglas-fir+forest+stand.">Characteristics of shortwave and longwave irradiances under a Douglas-fir forest stand.</a> Canadian Journal of Forest Research. 21 (7), 1020-1028 (1991).</li><li>Hirose, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+the+Monsi-Saeki+theory+on+canopy+structure+and+function.">Development of the Monsi-Saeki theory on canopy structure and function.</a> Annals of Botany. 95 (3), 483-494 (2005).</li><li>Pierce, L., Running, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=rapid+estimation+of+coniferous+forest+leaf+area+index+using+a+portable+integrating+radiometer.">rapid estimation of coniferous forest leaf area index using a portable integrating radiometer.</a> Ecology. 69 (6), 1762-1767 (1988).</li><li>Lang, A. R. G., McMurtrie, R. E., Benson, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validity+of+surface-area+indexes+of+Pinus+radiata+estimated+from+transmittance+of+sun's+beam.">Validity of surface-area indexes of Pinus radiata estimated from transmittance of sun's beam.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 57 (1-3), 157-170 (1991).</li><li>Zou, J., Yan, G., Zhu, L., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Woody-to-total+area+ratio+determination+with+a+multispectral+canopy+imager.">Woody-to-total area ratio determination with a multispectral canopy imager.</a> Tree Physiology. 29 (8), 1069-1080 (2009).</li><li>Stenberg, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correcting+LAI-2000+estimates+for+the+clumping+of+needles+in+shoots+of+conifer.">Correcting LAI-2000 estimates for the clumping of needles in shoots of conifer.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 79 (1-2), 1-8 (1996).</li><li>Chianucci, F., MacFarlane, C., Pisek, J., Cutini, A., Casa, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+foliage+clumping+from+the+LAI-2000+Plant+Canopy+Analyser:+effect+of+view+caps.">Estimation of foliage clumping from the LAI-2000 Plant Canopy Analyser: effect of view caps.</a> Trees-Structure and Function. 29, 355-366 (2015).</li><li>Zou, J., Yan, G., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+canopy+and+woody+components+clumping+indices+at+three+mature+Picea+crassifolia+forest+stands.">Estimation of canopy and woody components clumping indices at three mature Picea crassifolia forest stands.</a> IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 8 (4), 1413-1422 (2015).</li><li>Bao, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+tree+trunks+on+estimation+of+clumping+index+and+LAI+from+HemiView+and+Terrestrial+LiDAR.">Effects of tree trunks on estimation of clumping index and LAI from HemiView and Terrestrial LiDAR.</a> Forests. 9 (3), 144 (2018).</li><li>Zhu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+leaf+area+index+(LAI)+estimation+by+correcting+for+clumping+and+woody+effects+using+terrestrial+laser+scanning.">Improving leaf area index (LAI) estimation by correcting for clumping and woody effects using terrestrial laser scanning.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 263, 276-286 (2018).</li><li>Photon Systems Instruments Ltd. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> PSI LaiPen LP 110 Manual and User Guide. , 45 (2016).</li><li>&#268;ern&#253;, J., Pokorn&#253;, R., Haninec, P., Bedn&#225;&#345;, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaf+area+index+estimation+using+three+distinct+methods+in+pure+deciduous+stands.">Leaf area index estimation using three distinct methods in pure deciduous stands.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (150), e59757 (2019).</li><li>Fleck, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaf+area+measurements.+Manual+Part+XVII.+In:+UNECE+ICP+Forests+Programme+Co-ordinating+Centre+(Ed.)+Manual+of+methods+and+criteria+for+harmonized+sampling,+assessment,+monitoring+and+analysis+of+the+effects+of+air+pollution+on+forests.">Leaf area measurements. Manual Part XVII. In: UNECE ICP Forests Programme Co-ordinating Centre (Ed.) Manual of methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests.</a> Th&#252;nen Institute of Forest Ecosystems. , (2016).</li><li>&#268;ern&#253;, J., Pokorn&#253;, R., Haninec, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leaf+area+index+estimated+by+direct,+semi-direct,+and+indirect+methods+in+European+beech+and+sycamore+maple+stands.">Leaf area index estimated by direct, semi-direct, and indirect methods in European beech and sycamore maple stands.</a> Journal of Forestry Research. 31, 827-836 (2020).</li><li>Leblanc, S. G., Chen, J. M., Kwong, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracing+radiation+and+architecture+of+canopies.">Tracing radiation and architecture of canopies.</a> TRAC MANUAL Version 2.1.3. , 25 (2002).</li><li>Sommer, K. J., Lang, A. R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+analysis+of+two+indirect+methods+of+measuring+leaf+area+index+as+applied+to+minimal+and+spur+pruned+grape+vines.">Comparative analysis of two indirect methods of measuring leaf area index as applied to minimal and spur pruned grape vines.</a> Australian Journal of Plant Physiology. 21 (2), 197-206 (1994).</li><li>Leblanc, S. G., Chen, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+practical+scheme+for+correcting+multiple+scattering+effects+on+optical+LAI+measurements.">A practical scheme for correcting multiple scattering effects on optical LAI measurements.</a> Agricultural and Forest Meteorology. 110 (2), 125-139 (2001).</li></ol>

Quali sono le differenze tra l'LP 110 come dispositivo appena presentato per stimare il LAI (o prendere misure di intensità PAR) e il LAI-2200 PCA come versione migliorata del precedente standard LAI-2000 PCA per la stima del LAI tramite un metodo indiretto? Oltre al fatto che il prezzo è circa quattro volte superiore per il Plant Canopy Analyzer rispetto all'LP 110, è possibile confrontare il numero di parametri di output, le condizioni di misurazione, gli approcci metodologici e le possibilità di stimare LAI per di...

I baldacchini sono loci di numerosi processi biologici, fisici, chimici ed ecologici. La maggior parte di loro sono affetti da strutture a baldacchino1. Pertanto, una quantificazione accurata, rapida, non distruttiva e affidabile della chioma della vegetazione in situ è fondamentale per una vasta gamma di studi che coinvolgono l'idrologia, il ciclo del carbonio e dei nutrienti e il cambiamento climatico globale2,3. Poiché le foglie o gli aghi rappresentano un'interfaccia attiva tra l'atmosfera e la vegetazione4, una delle caratteristiche strutturali critiche della chioma è l'indice di area fogliare (LAI)5, definito come la metà della superficie totale delle foglie verdi per unità di superficie orizzontale del suolo o proiezione della corona per gli individui, espresso in m2 per m2 come variabile adimensionale6, 7.
Vari strumenti e approcci metodologici per stimare i LAI terrestri e i loro pro e contro in diversi ecosistemi sono già stati presentati8,9,10,11,12,13,14,15. Esistono due categorie principali di metodi di stima LAI: diretti e indiretti (vedere le revisioni complete8,9,10,11,12 per maggiori dettagli). Utilizzate principalmente negli stand forestali, le stime LAI a terra sono ottenute abitualmente utilizzando metodi ottici indiretti a causa della mancanza di determinazione diretta della LAI, ma di solito rappresentavano un metodo dispendioso in termini di tempo, laborioso e distruttivo9,10,12,16. Inoltre, i metodi ottici indiretti derivano LAI da parametri correlati più facilmente misurabili (dal punto di vista della sua natura dispendiosa in termini di tempo e lavoro intenso)17, come il rapporto tra irradiazione incidente sopra e sotto la chioma e la quantificazione degli spazi tra le fessure della chioma14. È evidente che gli analizzatori plantare sono stati ampiamente utilizzati anche per convalidare i recuperi LAI satellitari18; pertanto, è stato considerato uno standard per il confronto LP 110 (vedere Tabella dei materiali per maggiori dettagli sugli strumenti impiegati).
L'LP 110, come versione aggiornata dello strumento semplice inizialmente autoprodotto ALAI-02D19 e successivamente LP 10020,è stato sviluppato come uno stretto concorrente per plant canopy analyzers. Come rappresentante dei metodi ottici indiretti, il dispositivo è portatile, leggero, alimentato a batteria, senza alcuna necessità di un collegamento via cavo tra il sensore e il data-logger che utilizza un inclinometro digitale anziché un livello di bolla e consente un posizionamento e una lettura del valore più rapidi e accurati. Inoltre, il dispositivo è stato progettato per annotare letture immediate. Pertanto, la stima del tempo necessaria per la raccolta dei dati sul campo è più breve per l'LP 110 rispetto a Plant Canopy Analyzer di circa 1/3. Dopo l'esportazione delle letture su un computer, i dati sono disponibili per la successiva elaborazione. Il dispositivo registra l'irraggiamento all'interno delle lunghezze d'onda della luce blu (cioè 380-490 nm)21,22 utilizzando un sensore LAI per effettuare un calcolo LAI. Il sensore LAI è mascherato da un tappo di restrizione opaco con campi visivi di 16° (asse Z) e 112° (asse X) (Figura 1). Pertanto, la trasmittanza luminosa può essere notata utilizzando il dispositivo tenuto perpendicolarmente alla superficie del suolo (cioè angolo zenitale 0 °), o a cinque diversi angoli di 0 °, 16 °, 32 °, 48 ° e 64 ° per essere in grado di dedurre anche l'inclinazione degli elementi del baldacchino.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62802/62802fig01.jpg"> Figura 1: Caratteristiche fisiche dell'LP 110. Il tasto MENU consente all'utente di spostarsi verso l'alto e verso il basso in tutto il display e il pulsante SET funge da tasto Invio (A). La vista zenitale con diversi angoli di inclinazione (±8 a causa della vista laterale) e la vista orizzontale è fissata per LP da 110 a 112 °(B)in modo simile al Plant Canopy Analyzer (modificato da limitatori). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62802/62802fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Grazie alla maggiore sensibilità del sensore LAI, al suo campo visivo ristretto, all'inclinometro digitale integrato, alla registrazione automatica dei valori di lettura nella posizione corretta indicata dal suono senza premere un pulsante, il nuovo strumento è adatto anche per letture sopra la chioma in valli strette o anche su strade forestali più ampie per misurare una vasta gamma di condizioni del cielo. Oltre a ciò, consente la quantificazione di tettoie mature al di sopra della rigenerazione relativamente elevata e raggiunge una maggiore precisione dei valori di irradianza rispetto a Plant Canopy Analyzer. Inoltre, il prezzo di LP 110 è pari a circa 1/4 del Plant Canopy Analyzer. Al contrario, l'utilizzo di LP 110 in densi (cioè LAIe a livello di stand superiori a 7,88)23 o tettoie molto basse come prateria è limitato.
L'LP 110 può funzionare all'interno di due modalità operative: (i) una singola modalità sensore che prende sia letture sotto la tettugia che di riferimento (sopra la chioma studiata o in una radura sufficientemente diffusa situata nelle vicinanze della vegetazione analizzata) eseguite prima, dopo o durante le misurazioni sotto la tettugia effettuate con lo stesso strumento e (ii) una modalità a doppio sensore utilizzando il primo strumento per effettuare letture sotto la chioma, mentre il secondo è impiegato per registrare automaticamente le letture di riferimento all'interno di un intervallo di tempo predefinito regolare (da 10 a 600 s). L'LP 110 può essere abbinato a un dispositivo GPS compatibile (vedi Tabella dei materiali)per registrare le coordinate di ciascun punto di misurazione sotto il baldacchino per entrambe le modalità sopra menzionate.
L'indice di area fogliare efficace (LAIe)24 incorpora l'effetto dell'indice di aggregazione e può essere derivato dalle misurazioni dell'irraggiamento del fascio solare prese sopra e sotto la chioma vegetale studiata25. Pertanto, per il seguente calcolo LAIe, la trasmittanza (t) deve essere calcolata dall'irradiazione sia trasmessa sotto la chioma (I) che incidente sopra la vegetazione (Io) misurata dal dispositivo LP 110.
t = I / I0 (1)
Poiché l'intensità dell'irradiazione diminuisce esponenzialmente mentre passa attraverso una chioma di vegetazione, LAIe può essere calcolata secondo la legge di estinzione di Beer-Lambert modificata da Monsi e Saeki9,26
LAIe = - ln (I / I0) x k-1 (2),
Dove, k è il coefficiente di estinzione. Il coefficiente di estinzione riflette la forma, l'orientamento e la posizione di ciascun elemento nella chioma della vegetazione con l'inclinazione nota dell'elemento della chioma e la direzione della vista9,12. Il coefficiente k (vedi equazione 2) dipende dall'assorbimento dell'irraggiamento da parte del fogliame e differisce tra le specie vegetali in base ai parametri morfologici degli elementi della chioma, alla loro disposizione spaziale e alle proprietà ottiche. Poiché il coefficiente di estinzione di solito oscilla intorno a 0,59,27, l'equazione 2 può essere semplificata come presentato da Lang et al.28 in un modo leggermente diverso per baldacchini eterogenei e omogenei:
In una chioma eterogenea
LAIe = 2 x | <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62802/62802eq01.jpg"> ln t| (3),
o
In una chioma omogenea
LAIe = 2 x |ln T| (4),
Dove, t: è la trasmittanza in ciascun punto di misurazione al di sotto della chioma e T: è la trasmittanza media di tutti i valori t per transetto o supporto misurato.
Nei popolamenti forestali, LAIe deve essere ulteriormente corretto a causa di un effetto aggregante dell'apparato di assimilazione all'interno dei germogli29,30,31,32,33,34 per ottenere il valore LAI effettivo.
Il protocollo è dedicato all'utilizzo pratico del dispositivo ottico LP 110 per la stima del LAIe in un esempio selezionato di popolamenti forestali di conifere dell'Europa centrale (vedi Tabella 2 e Tabella 3 per le caratteristiche del sito, strutturali e dendrometriche). La stima LAIe in una chioma di vegetazione che utilizza questo dispositivo si basa su un metodo ottico ampiamente utilizzato relativo alla trasmissione della radiazione fotosinteticamente attiva e della frazione del gap della chioma. Il documento mira a fornire un protocollo completo per l'esecuzione della stima LAIe utilizzando il nuovo dispositivo ottico LP 110.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AccuPAR</td>
			<td>METER Group, Inc., Pullman, WA, USA</td>
			<td>AccuPaR LP-80</td>
			<td>https://www.metergroup.com/environment/products/accupar-lp-80-leaf-area-index/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DEMON</td>
			<td>CSIRO, Canberra, Australia</td>
			<td>DEMON</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>File Viewer</td>
			<td>LI-COR Biosciences Inc., NE, USA</td>
			<td>FV2200C Software</td>
			<td>https://www.licor.com/env/products/leaf_area/LAI-2200C/software.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FluorPen</td>
			<td>Photon System Instruments Ltd. (PSI), Czech Republic</td>
			<td>FluorPen 1.1.2.3 Sofware</td>
			<td>https://handheld.psi.cz/products/laipen/#download</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand-held GPS device</td>
			<td>Garmin Ltd., Czech Republic</td>
			<td>Garmin eTrex 32x Europe46</td>
			<td>https://www.garmin.cz/garmin-etrex-32x-europe46/80117</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand-held device for leaf area index estimation(LP 110)</td>
			<td>Photon System Instruments Ltd. (PSI) Czech Republic</td>
			<td>LaiPen LP 110</td>
			<td>https://handheld.psi.cz/products/laipen/#info</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plant Canopy Analyser</td>
			<td>LI-COR Biosciences Inc., NE, USA</td>
			<td>LAI-2000 PCA</td>
			<td>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/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Statistical software</td>
			<td>Systat Software Inc., CA, USA</td>
			<td>SigmaPlot 13.0</td>
			<td>https://systatsoftware.com/products/sigmaplot/sigmaplot-version-13/?gclid=Cj0KCQjwzYGGBhCTARIs 
			AHdMTQzgfb42vv0mWmcbVcflNO 
			UvrLl802Lrhkfh23Qie2mIZfw4O8kp 
			7p0aAsoiEALw_wcB</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Statistical software</td>
			<td>StatSoft Inc., OK, USA</td>
			<td>STATISTICA 10.0</td>
			<td>For LAI visualization, wafer-plots in STATISTICA 10.0 were employed.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SunScan</td>
			<td>Delta-T Devices, Ltd., Cambridge, UK</td>
			<td>SS1 SunScan</td>
			<td>https://www.delta-t.co.uk/product/sunscan</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRAC</td>
			<td>3rd Wave Engineering, Ontarion Canada</td>
			<td>Tracing Radiation and Architecture of Canopies</td>
			<td>http://faculty.geog.utoronto.ca/Chen/Chen&#39;s%20homepage/res_trac.htm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tripod</td>
			<td>Any</td>
			<td>NA</td>
			<td>Tripod with standard nut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water level</td>
			<td>Any</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

field measurement of effective leaf area index using optical device in vegetation canopy

L'indice di area fogliare (LAI) è una variabile essenziale della chioma che descrive la quantità di fogliame in un ecosistema. Il parametro funge da interfaccia tra i componenti verdi delle piante e l'atmosfera, e molti processi fisiologici si verificano lì, principalmente l'assorbimento fotosintetico, la respirazione e la traspirazione. LAI è anche un parametro di input per molti modelli che coinvolgono carbonio, acqua e ciclo energetico. Inoltre, le misurazioni in situ a terra fungono da metodo di calibrazione per LAI ottenuto da prodotti di telerilevamento. Pertanto, sono necessari semplici metodi ottici indiretti per effettuare stime LAI precise e rapide. L'approccio metodologico, i vantaggi, le controversie e le prospettive future del dispositivo ottico LP 110 di nuova concezione basato sulla relazione tra la radiazione trasmessa attraverso la chioma della vegetazione e le lacune della chioma sono state discusse nel protocollo. Inoltre, lo strumento è stato confrontato con lo standard mondiale LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. LP 110 consente un'elaborazione più rapida e diretta dei dati acquisiti sul campo ed è più conveniente rispetto al Plant Canopy Analyzer. Il nuovo strumento si caratterizza per la sua facilità d'uso sia per le letture sopra che sotto il baldacchino grazie alla sua maggiore sensibilità del sensore, all'inclinometro digitale integrato e alla registrazione automatica delle letture nella posizione corretta. Pertanto, il dispositivo portatile LP 110 è un gadget adatto per eseguire stime LAI in silvicoltura, ecologia, orticoltura e agricoltura in base ai risultati rappresentativi. Inoltre, lo stesso dispositivo consente anche all'utente di effettuare misurazioni accurate dell'intensità della radiazione fotosinteticamente attiva (PAR) incidente.

La struttura spaziale ottenuta da entrambi i dispositivi testati differiva ovviamente in tutti gli appezzamenti studiati, cioè assottigliati dall'alto (A), assottigliati dal basso (B) e un controllo senza alcun intervento selvicolturale (C; vedi Tabella 2 per maggiori dettagli). A livello di stand, differenze simili nei valori LAI ottenuti dall'LP 110 e dal Plant Canopy Analyzer sono state confermate tra appezzamenti assottigliati con varie densità (A vs.B) utilizzando il test ANOVA e Tukey. Per il Pla...

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Field Measurement of Effective Leaf Area Index using Optical Device in Vegetation Canopy

La stima rapida e precisa dell'indice di area fogliare (LAI) negli ecosistemi terrestri è fondamentale per un'ampia gamma di studi ecologici e per la calibrazione dei prodotti di telerilevamento. Qui è presentato il protocollo per l'utilizzo del nuovo dispositivo ottico LP 110 per effettuare misurazioni LAI in situ a terra.

Misurazione sul campo dell'indice di area fogliare efficace utilizzando un dispositivo ottico nella chioma della vegetazione

Leaf area index (LAI) is an essential canopy variable describing the amount of foliage in an ecosystem. The parameter serves as the interface between ...

Questo protocollo introduce il dispositivo di recente sviluppo LaiPen LP 110 per la stima dell'indice dell'area fogliare con metodo ottico indiretto e lo confronta con lo standard LAI-2200 Plant Canopy Analyzer. Il nuovo dispositivo prende facilmente le letture sia sopra che sotto il baldacchino, grazie al suo maggiore senso di sensibilità, all'inclinometro digitale integrato e alla registrazione automatica delle letture nella posizione corretta. Anche il controllo operativo è intuitivo.Il manuale è necessario. Per la preparazione del progetto di misurazione, si consiglia all'operatore una breve indagine pianificata sulla struttura della chioma prima della misurazione. Inizia accendendo entrambi gli strumenti tenendo premuto il tasto Set per almeno un secondo.Trova Impostazioni nel menu principale premendo ripetutamente il pulsante Menu e imposta la data e l'ora correnti di entrambi gli strumenti premendo Imposta, Ora, Imposta. Quindi, scegli Invio e tieni premuto il tasto Imposta per tornare al menu principale. Quindi, impostare entrambi gli strumenti in una modalità di misurazione ad angolo singolo.Selezionare Impostazioni tenendo premuto il tasto Imposta, quindi premere Angoli, Imposta, Singolo e confermare con il tasto Menu. Scegliere Invio e tenere premuto il tasto Imposta per tornare al menu principale. Dopo aver calibrato sia il sensore LAI che l'inclinometro integrato, calibrare entrambi i dispositivi LP 110, lo strumento uno e lo strumento due l'uno con l'altro.Selezionare Impostazioni nel menu principale premendo il tasto Imposta, scegliere Calibrazione LAI e premere il pulsante Imposta. Quindi, tenere entrambi i dispositivi su un piano orizzontale in posizione verticale e regolare il valore costante contrassegnato come C sul display premendo ripetutamente il tasto Imposta sullo strumento uno, per ottenere gli stessi valori raffigurati sullo schermo del dispositivo sullo strumento due. Quindi, premere il pulsante Menu e tornare al menu principale.Attaccare lo strumento uno verticalmente a un treppiede posto in un'area aperta o sopra il baldacchino studiato. Ottenere letture sia sopra che sotto la tettoia in condizioni di luce costante con nuvoloso standard prima dell'alba o dopo il tramonto, per evitare di ottenere valori di irraggiamento errati. Innanzitutto, seleziona Impostazioni nel menu principale, quindi scegli Intervallo automatico premendo il tasto Imposta.Quindi, premere ripetutamente il tasto Imposta e quindi tenere premuto il pulsante Menu per selezionare l'intervallo richiesto per la registrazione automatica dei valori di riferimento da 10 a 600 secondi. Impostare un intervallo di tempo più breve se le condizioni di luce cambiano rapidamente. Premere il tasto Menu, selezionare Invio e tenere premuto il pulsante Imposta per tornare al menu principale.Successivamente premere ripetutamente il pulsante Menu, tenendo premuto il tasto Set per riselezionare la misurazione nel menu principale. Quindi, scegliere Auto LAI Ref premendo il tasto Set per cercare la posizione corretta del sensore LAI. Controlla il display, inclina lo strumento sia a sinistra che a destra, e avanti e indietro.Dopo aver raggiunto l'angolo zenitale definito dagli assi X e Z con zero o inferiore al valore di cinque, fissare saldamente il dispositivo nella posizione richiesta sopra menzionata, quindi premere il tasto Imposta. Per iniziare a misurare l'irraggiamento trasmesso sotto la chioma della vegetazione utilizzando lo strumento due, scegliere Misurazione nel menu principale. Premere il tasto Set e selezionare LAI.Mantenere l'orientamento dello strumento due come quello dello strumento uno. Premere il tasto Imposta per attivare la modalità per la misurazione dell'irraggiamento trasmesso sotto la tettoia. Premere nuovamente il tasto Set per ottenere il valore dell'irraggiamento trasmesso sotto la tettoia e attivare sia l'inclinometro integrato che l'indicatore sonoro che servono a trovare la corretta posizione del sensore LAI.Quindi, mantenere il dispositivo perpendicolarmente al servizio di terra per essere il sensore LAI puntato verso l'alto. Controlla il display, inclina lo strumento sia a sinistra che a destra, e avanti e indietro. Tutte le letture sottostanti al baldacchino vengono automaticamente acquisite e memorizzate immediatamente una volta che l'angolo zenitale definito da entrambi gli assi X e Z raggiunge lo zero o meno di cinque.Il segnale acustico si interrompe. Procedere con ulteriori misurazioni dell'irraggiamento trasmesso che si trova al di sotto delle letture della chioma, seguendo i passaggi per le precedenti letture sotto la chioma sopra menzionate. Dopo aver effettuato le misurazioni del baldacchino sottostante utilizzando lo strumento due, premere ripetutamente il pulsante Menu e il tasto Menu fino a selezionare Ritorna per tornare al menu principale, quindi premere il pulsante Imposta.I dati vengono salvati nella memoria dello strumento dopo ogni lettura. Tieni premuto il pulsante Menu per almeno un secondo per spegnere il dispositivo in modo sicuro senza cancellare alcun dato. Per il Plant Canopy Analyzer, sono stati osservati valori LAI significativamente più elevati nel terreno di controllo, senza alcun intervento selvicolturale in quelli sottili.Per l'LP 110, l'indice di area fogliare non differiva significativamente nei trattamenti C e B. Per LP 110, è stata riscontrata una differenza significativa nei valori dell'indice dell'area fogliare tra i grafici C e A. Generalmente, l'indice dell'area fogliare è diminuito significativamente dopo l'applicazione di trattamenti di diradamento nella posizione studiata.I valori dell'indice dell'area fogliare registrati utilizzando LP 110 e Plant Canopy Analyzer per ogni trattamento di diradamento in puri supporti di abete rosso norvegese hanno mostrato variabilità spaziale. La regressione lineare è stata eseguita per tutti i dati dell'indice di area fogliare misurati a un particolare livello di punto utilizzando LP 110 e Plant Canopy Analyzer. Garantire la misurazione in condizioni sinottiche adeguate, utilizzare un'area aperta sufficientemente grande per le letture di riferimento e riflettere l'eterogeneità del supporto e il design di misurazione per le letture al di sotto della tettoia.Poiché i trasmettitori possono essere registrati in diversi angoli di inclinazione della vista del sensore, è possibile calcolare l'orientamento dell'angolo degli elementi del baldacchino. Se la larghezza dello strato della chioma è nota, è possibile dedurre anche la densità dell'area fogliare.

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