लीफ एरिया इंडेक्स अनुमान शुद्ध डिसिडेंस स्टैंड्स में तीन अलग-अलग तरीकों का उपयोग करना
Summary
पत्ती क्षेत्र सूचकांक (एलएआई) का एक सटीक अनुमान संयंत्र पारिस्थितिकी तंत्र के भीतर और एक पारिस्थितिकी तंत्र और वायुमंडलीय सीमा परत के बीच सामग्री और ऊर्जा प्रवाह के कई मॉडलों के लिए महत्वपूर्ण है। इसलिए, तीन तरीकों (लिटर जाल, सुई तकनीक, और पीसीए) सटीक LAI माप लेने के लिए प्रस्तुत प्रोटोकॉल में थे.
Abstract
पत्ती क्षेत्र सूचकांक (एलएआई), क्षैतिज भूमि सतह क्षेत्र की प्रति इकाई कुल पत्ती सतह क्षेत्र के आधे के रूप में परिभाषित की सटीक आकलन, पारिस्थितिकी, वानिकी, और कृषि के क्षेत्रों में वनस्पति संरचना का वर्णन करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इसलिए, तीन व्यावसायिक रूप से इस्तेमाल किया तरीकों की प्रक्रियाओं (लिटर जाल, सुई तकनीक, और एक संयंत्र चंदवा विश्लेषक) LAI आकलन प्रदर्शन के लिए कदम दर कदम प्रस्तुत किए गए. विशिष्ट methodological दृष्टिकोण की तुलना में थे, और उनके वर्तमान लाभ, विवादों, चुनौतियों, और भविष्य के दृष्टिकोण इस प्रोटोकॉल में चर्चा की गई. कूड़े के जाल को आमतौर पर संदर्भ स्तर के रूप में माना जाता है। दोनों सुई तकनीक और संयंत्र चंदवा विश्लेषक (उदा., LAI-2000) अक्सर संदर्भ के साथ तुलना में LAI मूल्यों को कम करके आंका. सुई तकनीक पर्णपाती खड़ा है जहां कूड़े पूरी तरह से हर साल decomposes में उपयोग करने के लिए आसान है (उदा., ओक और बीच खड़ा है). हालांकि, कूड़े जाल या प्रत्यक्ष विनाशकारी तरीकों के आधार पर अंशांकन आवश्यक है. संयंत्र चंदवा विश्लेषक पारिस्थितिकी, वानिकी, और कृषि में LAI आकलन प्रदर्शन के लिए एक आमतौर पर इस्तेमाल किया उपकरण है, लेकिन पत्ते clumping और देखने के क्षेत्र में वुडी तत्वों के योगदान के कारण संभावित त्रुटि के अधीन है (FOV) सेंसर के क्षेत्र में. इन संभावित त्रुटि स्रोतों को समाप्त करने पर चर्चा की गई थी. संयंत्र चंदवा विश्लेषक उच्च स्थानिक स्तर पर LAI आकलन प्रदर्शन के लिए एक बहुत ही उपयुक्त उपकरण है, एक मौसमी LAI गतिशील देख, और LAI की लंबी अवधि की निगरानी के लिए.
Introduction
एलएआई, क्षैतिज सतह पृष्ठ क्षेत्र1की प्रति इकाई कुल पत्ती सतह क्षेत्र के आधे के रूप में परिभाषित, कार्बन और पानी के प्रवाह2,3पर ध्यान केंद्रित कई जैव-भूभौतिकीय और रासायनिक विनिमय मॉडल में इस्तेमाल किया एक प्रमुख चर है 4. एलएआई पत्तियों की सक्रिय सतह के लिए सीधे आनुपातिक होता है जहां यह पौधे में विभिन्न पारिस्थितिकी तंत्र प्रक्रियाओं से जुड़े प्राथमिक उत्पादन (प्रकाश संश्लेषण), संक्रमण, ऊर्जा विनिमय, और अन्य शारीरिक विशेषताओं को चलाता है समुदायों5|
एलएआई आकलन के निष्पादन के लिए अनेक दृष्टिकोण और लिखत विकसित किए गए हैं और वर्तमान में ये बाजार6,7,8,9पर उपलब्ध हैं . LAI आकलन करने के लिए ग्राउंड-आधारित विधियों को दो मुख्य श्रेणियों में समूहीकृत किया जा सकता है: (i) प्रत्यक्ष, और (ii) अप्रत्यक्ष विधियां10,11,12। पहले समूह में पत्ती क्षेत्र को सीधे मापने के तरीके शामिल हैं, जबकि अप्रत्यक्ष तरीकों में अधिक आसानी से मध्यम श्रेणी के मापदंडों की माप से एलएआई का अनुमान लगाना शामिल है, विकिरणी हस्तांतरण सिद्धांत का उपयोग करते हुए (समय, श्रम-गहनता और प्रौद्योगिकी के संदर्भ में)13 ,14.
यह प्रोटोकॉल कूड़े के जाल और सुई तकनीक के व्यावहारिक उपयोग से संबंधित है, क्योंकि गैर-विनाशकारी अर्द्ध-प्रत्यक्ष विधियां10; और ऑप्टिकल डिवाइस संयंत्र चंदवा विश्लेषक एक अप्रत्यक्ष विधि के रूप में6,7 समशीतोष्ण पर्णपाती वन से एक चुना नमूना पर LAI आकलन प्रदर्शन के लिए मध्य यूरोप में खड़ा है (में अपनी संरचनात्मक और dendrometric विशेषताओं देखें परिशिष्ट A और परिशिष्ट B).
पर्णपाती जंगलों और फसलों में, यह गैर विनाशकारी अर्द्ध प्रत्यक्ष LAI अनुमान प्रदर्शन करने के लिए संभव है कूड़े जालका उपयोग कर11 चंदवा परत15के नीचे वितरित . कूड़े जाल पर्णपाती प्रजातियों जिसमें LAI बढ़ती मौसम के भीतर एक पठार तक पहुँचता है के लिए सटीक LAI मूल्यों प्रदान करते हैं। हालांकि, बढ़ती मौसम के दौरान पत्तियों की जगह ले सकते हैं कि प्रजातियों के लिए, इस तरह के पॉपलर के रूप में, विधि LAI11overestimates। इस विधि मानता है कि जाल की सामग्री पत्तियों की औसत राशि है कि स्टैंड16में एक पत्ती गिरने की अवधि के दौरान गिर का प्रतिनिधित्व करता है, विशेष रूप से शरद ऋतु के महीनों के दौरान. जाल खोले जाते हैं (चित्र 1) एक पूर्व निर्धारित पर्याप्त आकार के साथ ( न्यूनतम 0.18 मीटर2, लेकिन अधिमानतः 0.25 मीटर2)10,17,पार्श्व पक्षहवान को पत्तियों को उड़ाने से रोकने के लिए / जाल, और पत्तियों के अपघटन से बचने के एक छिद्रित नीचे के साथ; जो अध्ययन किए गए स्टैंड की चंदवा परत के नीचे स्थित हैं, तथापि, जमीन की सतह11से ऊपर। जाल का वितरण या तो यादृच्छिक18 या व्यवस्थित ट्रांसेक्ट्स19 या एक नियमित अंतराल ग्रिड20हो सकता है . जाल की संख्या और वितरण अद्वितीय स्टैंड संरचना, स्थानिक एकरूपता, उम्मीद हवा की गति और दिशा को दर्शाती एक सटीक LAI आकलन प्रदर्शन के लिए एक महत्वपूर्ण पद्धति गत्यक्रमक कदम है, विशेष रूप से विरल खड़ा है के मामले में (या गलियों और बगीचे), और डेटा का मूल्यांकन करने के लिए कार्य क्षमता। अध्ययन के भीतर जाल की बढ़ती आवृत्ति के साथ एलएआई आकलन की परिशुद्धता बढ़ जाती है11,21 (चित्र 2देखें )।
प्रत्येक जाल से कूड़े-कचरे के नमूनों को एकत्र करने की सिफारिश की आवृत्ति कम से कम मासिक10 और भारी गिरावट की अवधि में प्रति सप्ताह दो बार भी है, जो भारी वर्षा के साथ मेल हो सकती है। रासायनिक विश्लेषण के मामले में बारिश के एपिसोड के दौरान जाल में कूड़े के अपघटन और सामग्री से पोषक तत्वों के leaching को रोकने के लिए आवश्यक है। किसी क्षेत्र में पत्तों को एकत्रित करने के बाद, मिश्रित उप-प्रतिदर्श का प्रयोग विशिष्ट पत्ती क्षेत्र (SLA, cm2 g-1)22का आकलन करने के लिए किया जाता है, जो पत्तियों के नए प्रक्षेपित क्षेत्र के रूप में इसके शुष्क द्रव्यमान वजन अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। एकत्र कूड़े के बाकी एक निरंतर वजन करने के लिए सूख जाता है और प्रयोगशाला में जी सेमी-2 के रूप में कूड़े के सूखे द्रव्यमान की गणना के लिए इस्तेमाल किया। प्रत्येक संग्रह तिथि पर पत्ती शुष्क द्रव्यमान को SLA या पत्ती शुष्क द्रव्यमान प्रति क्षेत्र (LMA , g cm-2) द्वारा एकत्रित बायोमास को एसएलए23,24के व्युत्क्रम पैरामीटर के रूप में गुणा करके पत्ती क्षेत्र में परिवर्तित कर दिया जाता है . विशेष पत्तियों का एक ताजा अनुमानित क्षेत्र एक planimetric दृष्टिकोण का उपयोग कर निर्धारित किया जा सकता है. planimetric विधि एक विशिष्ट पत्ती के क्षेत्र के क्षेत्र और क्षैतिज सतह में पत्ती द्वारा कवर क्षेत्र के बीच निर्भरता पर आधारित है. पत्ती क्षैतिज स्कैन स्क्रीन करने के लिए तय है, और इसके औसत एक पत्ती क्षेत्र मीटर का उपयोग कर मापा जाता है। फिर, इसके क्षेत्र की गणना की जाती है। विभिन्न माप सिद्धांतों पर आधारित कई पत्ती क्षेत्र मीटर बाजार पर उपलब्ध हैं। उनमें से कुछ में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, LI-3000C पोर्टेबल लीफ एरिया मीटर, जो ऑर्थोगोनल प्रक्षेपण विधि का उपयोग करता है, और LI-3100C क्षेत्र मीटर, जो एक फ्लोरोसेंट प्रकाश स्रोत और एक अर्द्ध संचालित स्कैनिंग कैमरे का उपयोग कर पत्ती औसत उपाय. अगले डिवाइस, CI-202 पोर्टेबल लेजर पत्ती क्षेत्र मीटर, कोड एक कोड रीडर का उपयोग कर एक पत्ती लंबाई. उनके अलावा, AM350 और BSLM101 पोर्टेबल पत्ता क्षेत्र मीटर भी आमतौर पर सटीक पत्ता क्षेत्र आकलन प्रदर्शन के लिए उपयोग किया जाता है.
इसके अलावा, पत्ती क्षेत्र मीटर सिस्टम है कि विश्लेषण वीडियो मौजूद पर आधारित है. इन पत्ती क्षेत्र मीटर एक वीडियो कैमरा, एक डिजिटलीकरण फ्रेम, एक स्क्रीन, और एक पीसी से मिलकर बनता है, ऐसे WD3 WinDIAS पत्ता छवि विश्लेषण प्रणाली11के रूप में डेटा विश्लेषण बनाने के लिए उपयुक्त सॉफ्टवेयर सहित. वर्तमान में, पारंपरिक स्कैनर एक पीसी से जुड़े एक आकलन पत्ती क्षेत्र के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. बाद में, पत्ती क्षेत्र काले पिक्सल की संख्या के एक बहु के रूप में गणना की है और इसके आकार चयनित संकल्प पर निर्भर करता है (बिंदु प्रति इंच – डीपीआई), या पत्ती क्षेत्र विशिष्ट सॉफ्टवेयर के माध्यम से मापा जाता है, उदाहरण के लिए, WinFolia. अंत में, एक ज्ञात जमीन की सतह क्षेत्र के भीतर एकत्र पत्तियों की कुल शुष्क द्रव्यमान SLA द्वारा गुणा और एक संकुचन गुणांक25 जो ताजा और सूखे पत्तियों के क्षेत्र में परिवर्तन को दर्शाता द्वारा LAI में परिवर्तित हो जाता है. सिकुड़न पेड़ प्रजातियों, पानी की सामग्री और पत्ती कोमलता पर निर्भर करता है। लंबाई और चौड़ाई में पत्तियों के संकुचन (जो अनुमानित क्षेत्र को प्रभावित) आमतौर पर 10%26तक है , उदाहरण के लिए, यह ओक27के लिए 2.6 से 6.8% के बीच है। विशिष्ट पत्ती क्षेत्र अनुपात को तौलने और स्थापित करने के लिए प्रजातियों द्वारा पत्तियों को सॉर्ट करना आवश्यक है ताकि कुल एलएआई28में प्रत्येक प्रजाति के योगदान का निर्धारण किया जा सके .
सुई तकनीक द्वारा एलएआई निर्धारण एक सस्ती विधि है जो आनत बिंदु चतुष्पाद विधि29,30,31,32से प्राप्त होती है . पर्णपाती खड़ा में, यह जाल का उपयोग किए बिना LAI आकलन प्रदर्शन के लिए एक विकल्प है10 इस धारणा के आधार पर कि कुल पत्ती संख्या और एक पेड़ में उनके क्षेत्र क्या एक पूरा पत्ता गिरने के बाद मिट्टी की सतह पर एकत्र किया जाता है के बराबर हैं20 . पत्ती गिरने के तुरंत बाद जमीन पर पड़े कूड़े में एकपतली तेज सुई को खड़ी छेदा जाता है। पूरी पत्ती गिरने के बाद, पत्ते जमीन से एक ऊर्ध्वाधर जांच की सुई पर एकत्र कर रहे हैं, संपर्क संख्या से संबंधित हैं और वास्तविक LAI मूल्य के बराबर. सुई तकनीक द्वारा एक गहन नमूना (100-300 नमूना अंक प्रति क्षेत्र जांच) एक माध्य संपर्क संख्या की मात्रा निर्धारित करने के लिए और एलएआई मूल्य सही ढंग से प्राप्त करने के लिए आवश्यक है10,20,33.
दपादप कैनोपी विश्लेषक(उदाहरण के लिए, LAI-2000 या LAI-2200 पीसीए) चंदवा भर में प्रकाश संचरण का एक माप लेने के द्वारा एक अप्रत्यक्ष LAI अनुमान प्रदर्शन के लिए एक सामान्य रूप से इस्तेमाल पोर्टेबल साधन है7प्रकाश स्पेक्ट्रम के फ़िल्टर किए गए नीले भाग के भीतर (320-490 एनएम)34,35प्रकाश जो पत्तियों के माध्यम से पारित कर दिया गया है के योगदान को कम करने के लिए, चंदवा से बिखरे हुए था और पत्ते के माध्यम से गुजर रहा है7,34. प्रकाश स्पेक्ट्रम के नीले भाग में, पत्ती और आकाश के बीच अधिकतम विपरीत हासिल की है, और पत्ते आकाश के खिलाफ काला दिखाई देता है34. इसलिए, यह चंदवा अंतराल अंश विश्लेषण पर आधारित है7. इस उपकरण का व्यापक रूप से पौधों के समुदायों में पर्यावरण-भौतिक अध्ययन करने के लिए उपयोग किया गया है जैसे फसलों36घास37, शंकुधारी खड़ा है8, और पर्णपाती खड़ा है38. संयंत्र चंदवा विश्लेषक 148 डिग्री की एक FOV के साथ एक fisheye ऑप्टिकल सेंसर का उपयोग करता है35उन्हें पांच गाढ़ा छल्ले में व्यवस्था करने के लिए सिलिकॉन डिटेक्टरों पर चंदवा की एक अर्धगोलाकार छवि परियोजना के लिए397 डिग्री, 23 डिग्री, 38 डिग्री, 53 डिग्री, और 68 डिग्री के केंद्रीय चरम कोण के साथ9,40,41. पांच दृश्य टोपियां (यानी,ऑप्टिकल सेंसर के दिगंश दृश्य को प्रतिबंधित करने के लिए 270 डिग्री, 180 डिग्री, 90 डिग्री, 45 डिग्री, और 10 डिग्री) का उपयोग किया जा सकता है27एक खुले क्षेत्र में बाधाओं से छायांकन से बचने के लिए (ऊपर संदर्भित पढ़ने के लिए) या LAI आकलन के दौरान सेंसर के FOV में ऑपरेटर ऊपर चंदवा रीडिंग के लिए एक खुले क्षेत्र के लिए FOV सेंसर समायोजित कर सकते हैं. संयंत्र चंदवा विश्लेषक का उपयोग माप ऊपर ले जाया जाता है (या एक पर्याप्त रूप से विस्तारित खुले क्षेत्र में) और अध्ययन चंदवा के नीचे7. एक ही दृश्य टोपियां दोनों ऊपर और नीचे रीडिंग के लिए अंतर अंश आकलन के पूर्वाग्रहों से बचने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए34. LAI-2000 पीसीए चेन एट अल द्वारा शुरू के रूप में एक प्रभावी पत्ती क्षेत्र सूचकांक (LAIe) पैदा करता है।42, या बल्कि एक प्रभावी संयंत्र क्षेत्र सूचकांक (PAIe) वुडी तत्वों के रूप में सेंसर पढ़ने के मूल्य में शामिल हैं. पर्णपाती फ्लैट पत्तियों के साथ खड़ा है में, LAIE हेमी सतह LAI के रूप में ही है. सदाबहार वन खड़ा है के मामले में, LAIe शूट स्तर पर clumping प्रभाव के लिए सही करने के लिए आवश्यक है (SPAR, स्टार)43, शूट से बड़े पैमाने पर क्लंपिंग इंडेक्स (ई)44, और उपजी और शाखाओं सहित वुडी तत्वों का योगदान (यानी.,वुडी-टू-कुल क्षेत्र अनुपात),45जो एक व्यवस्थित एलएआई अंडरestimation का कारण20. गोली मार या पत्ती की तुलना में एक उच्च स्थानिक पैमाने पर clumping सूचकांक एक स्पष्ट clumping सूचकांक (ACF) के रूप में परिमाणित किया जा सकता है, जो संयंत्र चंदवा विश्लेषक का उपयोग कर अनुमान लगाया जा सकता है जब अधिक प्रतिबंधात्मक दृश्य टोपियां उपयोग किया जाता है27. के रूप में इन लेखकों राज्य है कि इस ACF लाकेई मूल्यों के अनुपात से deduced है ट्रांसमिटेंस से भिन्न प्रक्रियाओं द्वारा सजातीय और गैर सजातीय canopies के अनुसार लैंग के अनुसार46, हम मानते हैं कि इस clumping सूचकांक बल्कि चंदवा एकरूपता का वर्णन करता है. ACF गणना के अलावा, नए विसारक टोपियां कि मौसम की स्थिति के संबंध में LAI-2200 पीसीए के एक अधिक व्यापक आवेदन सक्षम, Fct कोड के बजाय एक उपयोगकर्ता मेनू, और फ़ाइल सत्र प्रति कई और अधिक माप लेने की संभावना मुख्य बीच में हैं पूर्व LAI-2000 पीसीए की तुलना में तकनीकी उन्नयन34,47. माप और बाद में आंतरिक सॉफ्टवेयर गणना चार मान्यताओं पर आधारित हैं: (1) पत्तियों, शाखाओं, और उपजी सहित प्रकाश अवरुद्ध संयंत्र तत्वों, बेतरतीब ढंग से चंदवा में वितरित कर रहे हैं, (2) पत्ते एक ऑप्टिकली काले शरीर है कि सभी को अवशोषित है प्रकाश इसे प्राप्त करता है, (3) सभी संयंत्र तत्वों एक सरल ज्यामितीय उत्तल आकार के रूप में क्षैतिज जमीन की सतह के लिए एक ही प्रक्षेपण कर रहे हैं, (4) संयंत्र तत्वों प्रत्येक अंगूठी द्वारा कवर क्षेत्र की तुलना में छोटे हैं11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Litter जाल LAI आकलन8प्रदर्शन के लिए सबसे सटीक तरीकों में से एक के रूप में माना जाता है, लेकिन वे अप्रत्यक्ष तरीकों की तुलना में अधिक श्रम गहन और समय लेने वाली हैं35,64 जो इस प्रोटोक?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम प्रोत्साहित करने और हमें वहाँ प्रकाशित लेख से इस प्रोटोकॉल में प्रतिनिधि परिणामों का उपयोग करने के लिए अधिकृत करने के लिए वानिकी अनुसंधान के जर्नल के संपादकीय बोर्ड के ऋणी हैं. हम भी कृपया उनकी मूल्यवान टिप्पणी है, जो काफी पांडुलिपि में सुधार हुआ है के लिए दो गुमनाम समीक्षक धन्यवाद. अनुसंधान चेक गणराज्य के कृषि मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित किया गया था, संस्थागत समर्थन एमजेडई-RO0118 और कृषि अनुसंधान के राष्ट्रीय एजेंसी (परियोजना नहीं. QK1810126).
Materials
| 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/ |
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