LAI-2000冠层分析仪在不同植物群体光分布特征研究中的应用

目的寻求快速准确确定各种农林植物冠层透光率及其随时间变化规律的方法,以及通过冠层分析确定农林植物冠层消光系数的方法。方法应用LAI-2000冠层分析仪和LI-1400数据采集器连接LI-190、LI-191传感器,测定了高秆作物(玉米)、矮秆作物(大豆)和林木群体(楸树、白蜡、栾树苗圃幼林冠层)的LAI、叶倾角、冠层开度及群体透光率。结果(1)LAI-2000测得的冠层开度,与全天群体透光率相关非常密切。相关系数达0.9308,回归直线的截距为0.015,接近于0,斜率为1.0668,接近于1。所以,完全可以使用冠层开度估计透光率。阴天比晴天估计效果更好。(2)用实测的LAI和群体透光率,准确计算出了农林植物群体的消光系数。消光系数有明显的日变化,玉米冠层一日中出现两个极大值,中午最低。结论LAI-2000冠层分析仪能给出群体内不同天顶角方向的天空开度,能更详细地表达植物群体结构特征;群体内某一点的冠层开度与该点的冠层透光率在数值上几乎相等,所以冠层内透光率测定不再需要冠层上下同时测光计算,而直接由测冠层开度得到;LAI-2000无损测定冠层LAI,可用于计算群体消光系数,文中所计算的消光系数,处在文献报道的正常范围。

晋西地区不同树龄富士苹果树群体冠层结构特征研究

【目的】探讨苹果树群体在生长过程中冠层结构的变化特征及其影响。【方法】以山西省吉县东城乡3～20年生富士苹果树为试材,每种树龄群体选择12株样树,使用LAI-2000冠层分析仪,对其叶面积指数(LAI)、冠层开度(DIFN)、平均叶倾角(MTA)、消光系数(K)等冠层参数进行测算,同时测定干周粗、树高、冠幅、枝下高、冠高和郁闭度等果树形态指标,然后对不同树龄富士苹果树群体的冠层参数及其形态指标进行对比分析。【结果】随着树龄的增加,苹果树群体的DIFN不断减小,从0.89下降到0.09;LAI逐渐增加,从0.29增加到3.54;MTA的变化总体呈下降趋势,但是8和12年生的苹果树群体MTA又呈上升趋势,MTA与树冠的5个天顶角关系密切,当两者角度接近时,该天顶角方向上的太阳光线入射较多;K逐渐增加,从0.38增加到0.68。【结论】综合冠层结构参数来看,3～10年生苹果树群体内透光、通风状况良好,其中3～8年生苹果树群体DIFN在0.4以上,LAI小于1.5,MTA在30°以上,K小于0.4;10年生苹果树群体整体长势好,DIFN为0.28,LAI为2.17,MTA为26°,K为0.59,这种冠层结构有利于群体发展;12年以上苹果树群体DIFN在0.2以下,K增加到0.6以上,群体内部光照少,通风差;而20年生苹果树群体DIFN不足0.1,LAI高于3.5,MTA为8°,K接近0.7,此时群体长势差,果树群体外围郁闭,内部光秃。同时,当冠层天顶角与MTA角度相近时,该天顶角方向的冠层开度较大,可根据不同树龄MTA的特征,并结合当地太阳高度角的变化特征,来进行果树修剪,控制树冠张开的角度。

2种植物冠层分析仪测量夏玉米LAI结果比较分析

为分析两种常用植物冠层分析仪测量玉米叶面积指数的误差规律,为减少玉米叶面积指数测量误差提供依据。使用LAI-2000、Sunscan两种主流植物冠层分析仪测量夏玉米不同生育期LAI,并将测量值与LI-3000C叶面积仪实测值比较。研究发现:当玉米LAI<1时,LAI-2000测量结果高于实际值,Sunscan测量结果与实际值无显著差异;1<LAI<2时,LAI-2000测量结果与实际值无差异,Sunscan测量值低于真实值;玉米LAI>2时,两种冠层分析仪测量结果均低于实际叶面积指数;不同LAI范围内,LAI-2000、Sunscan测量值与实际值的相关系数不同,最高可达0.9778和0.9637。不同植物冠层分析仪在玉米不同LAI条件下有不同的测量误差规律;使用经验模型校正仪器测量值,应分不同范围的玉米LAI值进行。

小兴安岭白桦次生林叶面积指数的估测

叶面积指数(LAI)是量化冠层结构最常用的参数之一,准确估测LAI对森林生态系统结构特性的研究具有重要意义。利用半球摄影图像法和LAI-2000法及半球摄影图像法结合凋落物法估测了小兴安岭白桦次生林LAI及其动态变化。首先对该林型叶凋落末期(11月初)的半球摄影图像进行合理校正(包括木质部分所占比例α,冠层水平集聚指数ΩE),校正值作为该时期常绿树种的真实LAI(LAIt),结合各调查期的凋落物数据,得到落叶季节(7—11月)的LAIt,并以该值为参考值,对比分析了两种光学仪器法估测值。结果表明:两种光学仪器法在LAI最大时期低估(分别低估2.83%、6.20%),其他时期显著高估(平均高估118.13%、89.34%),但两种光学仪器法与探讨方法估测值存在很好的相关性:LAIt=-1.1393+1.0934.LAIHP,R2=0.80;LAIt=-0.1712+0.6259.LAILAI-2000,R2=0.83。研究结果可为将来方便、快捷、准确的估测白桦次生林的LAI提供参考。

光学仪器法测定叶面积指数季节变化的误差分析

【目的】以黑龙江凉水国家级自然保护区人工林地为研究区,探讨影响间接法（光学仪器法）测定森林叶面积指数（LAI）季节变化精度的因素,为更准确地运用该方法测定LAI提供科学依据。【方法】以红松人工林和兴安落叶松人工林为研究对象,利用直接法和半球摄影法（DHP）及LAI-2000植物冠层分析仪2种间接法测定其LAI季节变化（5—10月）,并研究光学仪器法测定LAI精度的误差源（木质部、冠层水平上的集聚效应、簇内集聚效应和自动曝光设置）产生偏差的季节性变异。【结果】对于红松人工林,DHP和LAI-2000在不同时期测定的LAI均低于直接法测定值,分别低估55%-68%和19%-35%;对于兴安落叶松人工林,DHP和LAI-2000在大部分时期低于直接法测定值,但在叶凋落后期均高于直接法测定值。不同误差源的校正参数及其对光学仪器法产生的偏差均存在明显的季节性差异。对于红松人工林,不同时期所有误差源产生的总偏差分别平均解释DHP,LAI-2000与直接法测定的LAI间差异的84%和79%。对于兴安落叶松人工林,利用Photoshop（PS）法校正木质部产生误差的情况下,不同时期所有误差源产生的总偏差对DHP、LAI-2000与直接法测定的LAI间差异的平均解释率分别为80%和65%,而利用背景值法校正木质部产生误差时,相应的平均解释率均低于5%。【结论】2种针叶林内,经过校正后DHP均比LAI-2000更适于测定LAI的季节变化;同时利用PS法校正2种光学仪器法在测定LAI季节变化时木质部产生误差的效果优于背景值法。

利用直接法和间接法测定针阔混交林叶面积指数的季节动态

利用光学仪器法能够快速、高效地测定森林生态系统的叶面积指数(leaf area index,LAI)。然而,评估该方法测定针阔混交林LAI季节动态准确性的研究较少。该研究基于凋落物法测定了小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林LAI的季节动态,其结果可代表真实的LAI。参考真实的LAI,对半球摄影法(digital hemispherical photography,DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪测定的有效叶面积指数(effective LAI,Le)进行了评估。首先对DHP测定LAI过程中采用的不合理曝光模式(自动曝光)进行了系统校正。同时,测定了光学仪器法估测LAI的主要影响因素(包括木质比例(woody-to-total area ratio,α)、集聚指数(clumping index,E)和针簇比(needle-to-shoot area ratio,γE))的季节变化。结果表明:3种不同方法测定的LAI均表现为单峰型的季节变化,8月初达到峰值。从5月至11月,DHP测定的Le比真实的LAI低估50%–59%,平均低估55%;而LAI-2000植物冠层分析仪测定的Le比真实的LAI低估19%–35%,平均低估27%。DHP测定的Le经过自动曝光,α、E和γE校正后,精度明显提高,但仍比真实的LAI低估6%–15%,平均低估9%;相对而言,LAI-2000植物冠层分析仪测定的Le经过α、E和γE校正后,精度明显提高,各时期与真实的LAI的差异均小于9%。研究结果表明,考虑木质部和集聚效应对光学仪器法的影响后,DHP和LAI-2000植物冠层分析仪均能相对准确地测定针阔混交林LAI的季节动态,其中,DHP的测定精度高于85%,而LAI-2000植物冠层分析仪的测定精度高于91%。

利用3种校正方案提高间接法测定兴安落叶松人工林叶面积指数的精度

木质部和集聚效应是影响间接法测定叶面积指数(LAI)精度的主要因素,尤其是木质部的校正一直存在争议。针对这一问题,该研究首先利用半球摄影法(DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪法(LAI-2000法)2种间接法测定了小兴安岭兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林叶面积最大时期的有效LAI(L_e),然后提出了A、B、C 3种校正方案来提高间接法的测定精度。同时,利用凋落物法和异速生长方程法2种直接法测定LAI,以凋落物法测定值为标准来评估3种校正方案的校正效果,并检验天顶角范围对校正结果是否存在显著影响。结果表明:在0–45°(1–3环)、0–60°(1–4环)、45°–60°(4环)及0–75°(1–5环)4种不同天顶角范围内,DHP测定的L_e比凋落物法、异速生长方程法测定值分别低估19%–32%和8%–29%;而LAI-2000法也得到相似的结论,分别低估9%–30%和8%–28%。虽然校正方案A高估了木质部对LAI的贡献,但在45o–60o天顶角范围内,能有效地校正DHP测定的L_e,在1–3环和1–4环天顶角范围内,能有效地校正LAI-2000法测定的L_e。4种天顶角范围内,校正方案B均能有效地校正DHP测定的L_e。整体来看,4种天顶角范围内,校正方案C对DHP和LAI-2000法测定值的校正效果均优于其他2种方案。研究结果表明除木质部和集聚效应外,天顶角范围的选择也是决定间接法测定LAI精度的重要因素。

基于光学仪器法测定谷地云冷杉林叶面积指数的季节变化

利用半球摄影法（DHP）和LAI-2000植物冠层分析仪两种光学仪器法（间接法）以及凋落物法（直接法）,研究了小兴安岭谷地云冷杉林叶面积指数（LAI）的季节变化,并构建了不同季节直接法与间接法测定的LAI间的相关关系.结果表明：在整个试验期间,DHP测定的LAI比直接法测定值低估40%~48%,LAI-2000植物冠层分析仪的低估范围为15%~26%;不同时期直接法与DHP和LAI-2000植物冠层分析仪测定的LAI均显著相关,且均可合并为A、B、C 3类预测模型,可以分别预测5和11月,6、9和10月,7和8月的LAI.本研究结果可为高效、准确地测定针叶林LAI的季节变化提供参考.