马尾松林叶面积指数季节动态的测定

【目的】评价光学仪器法测定马尾松林叶面积指数(LAI)的精度,为准确监测马尾松林LAI季节动态提供技术支持。【方法】以凋落物法测定值代表马尾松林真实的LAI,对展叶调查、异速生长方程法和光学仪器法(半球摄影法和LAI-2200植物冠层分析仪)获取的马尾松林LAI季节动态进行评估,并量化不同因素包括集聚指数(ΩE)、木质比例(α)和针簇比(γE)对光学仪器测定值的影响。【结果】马尾松林内主要树种的平均叶寿命为1.53~1.94,比叶面积(SLA)差异较大(99.15~278.33 cm^(2)/g)。不同方法测定马尾松林LAI的季节动态均呈单峰形变化模式,且在7月达到峰值。在各调查时期,凋落物法的测定值与异速生长方程法的测定值差异不显著。半球摄影法测定的有效叶面积指数(Le)比凋落物法、异速生长方程法的测定值分别低估了49%~64%和47%~61%;LAI-2200植物冠层分析仪法测定的Le低估了25%~44%和20%~42%。半球摄影法测定的Le经自动曝光、α、ΩE及γE校正后,精度明显提高,比凋落物法、异速生长方程法平均低估了8%和5%;LAI-2200植物冠层分析仪法测定的Le经α、ΩE及γE校正后,其精度大幅度提高,比凋落物法、异速生长方程法平均低估了6%和2%。【结论】考虑影响光学仪器法测定LAI的因素后,半球摄影法和LAI-2200植物冠层分析仪法测定的LAI精度得到明显提高,表明两种光学仪器法均能相对准确地测定马尾松林LAI的季节动态,可为不同区域马尾松林LAI季节动态的研究提供方法参考。

六盘山华北落叶松人工林叶面积指数的校准

为了提高植物冠层分析仪在测量森林叶面积指数时的精度和适用范围,在宁夏六盘山北部,选取不同林分特征的华北落叶松人工林,应用凋落物收集法测量华北落叶松人工林真实的叶面积指数,从而确定植物冠层分析仪测量的叶面积指数的误差范围,并进行校准。结果表明:(1)六盘山华北落叶松人工纯林的叶面积指数为0~2.96,在8—10月呈现减小的趋势。(2)在生长季中期(7—9月)植物冠层分析仪测得的叶面积指数偏小,误差范围在0.03~0.38(1.41%~15.89%),而在生长季末期(10月)的测量值则偏大,误差范围在0.04~0.86(1.67%~90.87%)。(3)植物冠层分析仪测量产生误差与林分郁闭度、林分密度、树高、胸径等密切相关。因此,可通过构建林分特征与叶面积指数的多因素耦合模型,从而提高植物冠层分析仪的测量精度和适用范围。

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.