葉面積指數(shù)的主要測定方法

1、維普資訊 h ttp:/維普資訊 h ttp:/笫邛卷第3期200S 年 6 JJ林業(yè)調(diào)查規(guī)劃Fortjsl Invenlfli' and riynningVol. 33 E 3Jun.2008維普資訊 h ttp:/維普資訊 h ttp:/葉面積指數(shù)的主要測定方法譚一波，趙仲輝f中南林業(yè)科提丸學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)羋旣.湖南長41WXM)摘要：簡要地介紹了葉面觀指鞅的概愈和研霓齢盤丸，蟲緒了當(dāng)就葉面積特報(bào)(皿八的主要測定方法有直揍和間接 右法兩大奧，分析了各種方區(qū)的優(yōu)秋點(diǎn)，認(rèn)為未來葉面積描數(shù)測定的崑展竝勢是光學(xué)儀器法和遙感企的相互緒舍一 蕓鍵詞：t面積滯數(shù)；御定方匡，遙感企；尤學(xué)儀器法中喝

2、分類號(hào)rS758,58文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：丸文章堀號(hào):1671 -3168 (2008 030045 -04The Main Methods lor Deterniining leaf Area IndexTAN Yi-bo.ZHAO Zhong” hui(School of L ife Sciences and Technology t Central South UnJrcrsily of FonaUy and Tcchnoby t Changslia Hunan 410004, China)Abstract: The paper briefly introdures the concepi jn

3、(3 signincince for the study of leaf aTea index (LAI) * and surnrrLarizes the current mai methods fur determining LA! hs direcl drill indirect ways as veil as ils Lndivjilual atlvantages and disadvantages. It iroticerns that die developtnental trends uf LAI deterrni- nHtion in 山芒 future will be the

4、cumbitiaticn of op lie al inslrumenl method with remote sensing inelhnd.維普資訊 h ttp:/Key words ； leaf area index ； determination mlliod ；葉面積指數(shù)是生態(tài)系統(tǒng)的一牛重要結(jié)構(gòu)參數(shù)， 用來反映植物葉面數(shù)托、冠層結(jié)構(gòu)變化、植物群落牛 命活力及共環(huán)境效應(yīng).為植物蠱層表面物廈和能眾 交換的描述提供結(jié)構(gòu)化的定童信息計(jì)在生態(tài)系統(tǒng) 碳積累、槓被生產(chǎn)力和土壤、植物、犬氣間相互作用 的施最平衡植被廉感等方曲起重要作用“火1葉面積指數(shù)的槪念葉面積措數(shù)（SM Area Index寫LA

5、I）的提出 源尸作物學(xué)，在2D世紀(jì)40佯代中期.英國農(nóng)業(yè)牛態(tài) 學(xué)家Watson首先將葉面積指數(shù)的槪念定義為單位 土地面積上單面植劎光合作用面積的總和»由 于在理解和使用上#在差界.葉面積措數(shù)有很多不 同的定文和解釋，如植物葉片總面積與土地面積的 比值單位面積上植物葉片的垂直投影面積的總和 等弋屁】.Gokct等人仗還捉出，以/是單位土地 面積上所冇葉片表面積的一半或總?cè)~片投影面積的 一半.Ling等人【1°認(rèn)為*將L4J定義為單位土地面 積上的植物光合有效輻射總截収曲積較運(yùn).丈為甲位rernutft sehsiiig method ； optical instrument

6、method土地面積上的垂玄投影面積或鈕大投影血積具有更 好的表達(dá)能力，因?yàn)橹参锕夂嫌行лw射總載取面積 還反映了桶物冠層的物理意義和生態(tài)內(nèi)涵葉 面積指數(shù)是-個(gè)無雖綱度駅的參數(shù)其大小與植被 種類、亡長期、葉片傾角、葉臃利非葉生物滋等因索 冇I1，還受葉面積指數(shù)定義和測定方法的影響.2葉面積指數(shù)測定的主要方法2. I直接方法直接測定方法繪一種傳統(tǒng)的、具有一定破壞性 的方法+通過直接測拭葉面積得到的葉面積指數(shù)，可 作為間接方法的有效驗(yàn)證.2. 1. 1葉面積的測定（】）傳統(tǒng)的格點(diǎn)法和方格法格點(diǎn)法是將采集 到的葉片平攤在水平面上*在葉片上覆蓋一塊透明 方格紙，然啟統(tǒng)計(jì)在葉內(nèi)的格點(diǎn)數(shù)和葉邊緣的格點(diǎn) 數(shù)計(jì)

7、算葉片的面積，不足半格者不計(jì),尿過半格者按 格記方格法是在葉片下方放置一塊方格紙并用 鉛筆描繪出葉片輪廉?dāng)?shù)出葉片所占的格數(shù)”葉緣不維普資訊 h ttp:/維普資訊 h ttp:/收稿日期總004009基金項(xiàng)目：湖南省自然堆僉項(xiàng)ET聯(lián)雨主寒綠化掛神蒸群耗忒規(guī)律和為形軒征的研053340）27）. 作若簡介；譚-（19Sl-）r男廣兩南寧人"碩土研究主，左璽從李菽林生態(tài)利小氣嗟研究.趙料揮（1964-,再"博土，別池授，主翌從護(hù)汽象學(xué)和森林塵卷研究-維普資訊 h ttp:/斗6，_林堂調(diào)査規(guī)劃_第弼卷維普資訊 h ttp:/足半格者不計(jì)T超過半極按一格記，疑后合讓葉片所 占的總

8、梢數(shù)作為葉面積.(2描形稱帝法鋰一種特定的坐標(biāo)紙上，用蟄 筆將待測葉片的輪廓描出幷依葉形四下坐標(biāo)紙稱 取葉形地標(biāo)紙重董，按公式卄算葉面積.(3)儀器測定法”葉面積測定儀可以分戰(zhàn)兩種 類型，分別通過掃描和拍攝圖像獲取葉面積.拎 描據(jù)葉面積儀主耍由打描器(打描相機(jī)、數(shù)據(jù)處理 器、處理軟件等組成可以荻得葉片的而積、長度、寬 度、周怏、葉片長度比利形狀因子以及累積葉片面積 等數(shù)據(jù)主要儀器：C! -202便攜式葉面積儀丄I -3000臺(tái)式或便攜或葉面積儀.AM -300手持式葉 而積儀等此外，還有使用臺(tái)武押描儀和專業(yè)圖橡分 析軟件測定的力法.圖像處理型葉面積儀由數(shù)碼相 機(jī)、數(shù)據(jù)處理器、處理分析軟件和計(jì)算

9、機(jī)等組誡町 以獲取葉片面積、形狀等數(shù)據(jù)，主要儀器有：WIMH- AS圖象分析系統(tǒng)、氷YE葉片面積圖像分析儀、 Decagon - Ag圖象分析系統(tǒng).WinFOLJA多用途葉面 積儀等一2 1.2落葉收集法本方法適合于落葉林一般先柱樣地內(nèi)隨機(jī)設(shè) 逼一定面積(S)的凋落物收集網(wǎng).將收集到的凋落 物娥干，分離出葉片來稱重丫得到落葉，再用十 字分割法從落葉中取出定莖量的葉片測出總?cè)~面 積，計(jì)算出比葉垂KfemVg) 單位葉面積與葉千 膻的比值小，結(jié)合落葉收集得釧的單位時(shí)間單位面 積落葉的ffi<5f(g/m2 *)以疑生物懐研究中得出 的單位時(shí)間落葉址所占樣地總?cè)~量的百分比：用 下式即可計(jì)算葉面

10、積捕數(shù)問：/ = (Af xK)/(Cx5)落葉收集法在落葉林的測量中得到了較準(zhǔn)確的 結(jié)果，但是測雖周期長，在常綠林中應(yīng)用吋會(huì)產(chǎn)住較 大的渓塾g 2- 13分層收割法問在群落申設(shè)宣樣地，并對(duì)樣地進(jìn)行調(diào)査，記錄樣 地中的樹種組成、樹高胸徑和冠幅等參數(shù)，找出具 有平均高度和平均關(guān)徑的標(biāo)準(zhǔn)木，并進(jìn)行整株収鐵* 即從徑基卄始按每段1皿長分割，由底部向：坯段 收獲葉片，特全部葉片摘下后稱取總重W(g)t最后 川于字分割法從中取出500 - 1 000書葉片稱重和測 左葉面積,計(jì)算出比葉重/CtcmVg),用下式計(jì)算葉 面積：A = (ffzx )/5式中，聊為標(biāo)準(zhǔn)木總?cè)~更衛(wèi)為比葉車為標(biāo) 族木所占她面面積

11、任海先生莊研噸南亞熱帶淼 林時(shí)認(rèn)為該方法較準(zhǔn)確但具有很大的菠壞性.11費(fèi) 吋費(fèi)力.2.2間接方法間接方法是用一些測量參數(shù)或用光學(xué)儀器得到 葉面積指數(shù)，測量方便快捷'但仍需耍用萱接方法所 得結(jié)果進(jìn)行校正門創(chuàng)+2. N1點(diǎn)接鮭袪點(diǎn)接棘法是用細(xì)探計(jì)以不同的高度角和方位角 刺入世層然后記錄細(xì)探針從冠層頂部到達(dá)底部的 過程中針尖所接融的葉片數(shù)A，用以下公式計(jì)算.LAI = n/G(&)式中，QU為葉面積指數(shù)*為探針接觸到的葉 片數(shù)，&(耐為投影函數(shù)為天頂角.當(dāng)天頂角為 5工亍時(shí)，偃設(shè)葉片隨機(jī)分布和葉傾角橢圓分布 則冠層葉片的傾角對(duì)消光系數(shù)K的影響授小T此吋 采用32.5"

12、;傾角剌人冠層，會(huì)得出較準(zhǔn)確的結(jié)果，用 以下公式計(jì)算”LAlX.點(diǎn)接舫法是由測定群落蓋度的方法演進(jìn)而來 的山，在小作物 W的測量中較準(zhǔn)確】*但在森林 申應(yīng)用叱較困難:主要是由于森林植物樹體高大 以及針葉樹種中高密度的針葉影響了測楚一2. 2.2消光系數(shù)法該法通過測定冠層上下輔肘比及與消光系數(shù)相 關(guān)的參數(shù)來計(jì)算葉面積指數(shù)，前提條件是假設(shè)葉片 隨機(jī)分布和葉傾穽I呈橢圓分布，由Beer - Lambert定 律知；式中：品f為葉面積揩數(shù)，厲和。分別為冠層 上下部的太陽福射丄為特定植物冠層的消光系數(shù), 一般在0.3-1. 5變化，其計(jì)算公式為：g _+ ian&'"a； +

13、I. 744(； + 1? 182) 0 711其中況為葉傾角分布參數(shù)為天頂角.消光系 數(shù)k與植物種類、天頂角、葉片傾角以段非葉生物命 有關(guān)，在確定吋常需要根據(jù)經(jīng)強(qiáng)公式茯得如關(guān)徳新 等審在研究快白山針闊葉混交林時(shí)，利用觀測結(jié)果 反推消光系數(shù)斤值本方法中消光系數(shù)如果能夠準(zhǔn) 確地加以測対，那么得出的葉面積指數(shù)也較 準(zhǔn)確何2.3.3經(jīng)驗(yàn)公式法經(jīng)驗(yàn)公式袪利用植物的胸徑、樹高、邊材面積、|普 http:/www.cqvip.CQm諫一浚毎；葉而積指數(shù)的主要測定方法 47 *尅輻等容易測蜀的參數(shù)勻葉面積或葉面稅指數(shù)的相 關(guān)關(guān)系建立經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算研究表明：葉面積指數(shù) 可樹徑平方和樹高的乘枳有顯著的指數(shù)相關(guān)性

14、川；T 邊材面積與葉面枳具有很高的相關(guān)性叩，林冠開闊 度與葉面積指數(shù)呈犢好的指數(shù)關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式法 的優(yōu)點(diǎn)在于測量參數(shù)容易獲取，對(duì)植物脫壞性小，效 率較高然而經(jīng)驗(yàn)公式具有特定性并不適合于任何 樹種，因而該法的應(yīng)用具有一定的局限性. 2,2.4逼感方法11星遹感方法為大范圍研究山提供了有效的 途徑冃拠主要梅2種遙感方法可用來怙算葉 面積措數(shù)內(nèi)一種是統(tǒng)計(jì)模型法少'則主要是將遙 感圖像數(shù)據(jù)如歸-化植被抬數(shù)皿?刃、比植被指數(shù) KVI和垂直植被措數(shù)PVf20與賽測LA1建立模型. 這種方法輸人參數(shù)單一，不盂要復(fù)雜的計(jì)算*因此成 為遙感估算U!的常用方袪”但不同植彼類型的M 與植被措數(shù)的函數(shù)關(guān)條會(huì)有所

15、差異，任使用時(shí)需要 重新調(diào)整、擬合另一種是光學(xué)模型法(1911它基于 植被的根向反射率分布函數(shù)是一種建立在輻射傳輸 模型基礎(chǔ)匕的模世，它把£川作為輸人變董，采用迭 代的方法來推算A4/-這種方法的優(yōu)點(diǎn)是有物理模 型基礎(chǔ)不受植彼類熨的影響，然而由于模型過于復(fù) 雜反演非常耗時(shí)，且反演估算Sf過程中冇些函數(shù) 并不總是收斂的"妙2. 2,5光學(xué)儀器法光學(xué)儀器法按測斌原理分為基于輻射測星的方 法和基于圖像測量的方法，(1)基于輻射測就的方法.該方法是通過測雖 輻射透過率來計(jì)算葉面枳指數(shù)，主要儀器有；- 2000 AccuPAR Sunscan、Sunflck ceplcmeier s

16、 Demon 和 TRAC (Tracing Radiation and Architecture of Cano pics)等一這些儀器主要由輻射傳感器和微處理器組 成，它們通過輻射傳感器獲取太陽輻射透過率層 空隙率s冠層空隙大小或冠層空隙大小分布等參數(shù) 來計(jì)算葉面枳指數(shù).前5種儀器都假設(shè)均一冠層、葉 片隨機(jī)分布和橢圓葉角分布，在測凰葉簇生鉅層時(shí) 有困難.而TRAC通過測柚集聚指數(shù)"冋.能有效 地解決集聚效應(yīng)的何題，使得葉面積指數(shù)計(jì)算可以 不用假設(shè)葉片在空間隨機(jī)分布減小了有效葉面積 指數(shù)與現(xiàn)實(shí)葉面積指數(shù)之間計(jì)算的誤護(hù)呈于輻 射測尅儀器的優(yōu)點(diǎn)足測址簡便快速，但容易受天氣 影響，常需要

17、在晴天下工作.基于圖像測最的方法.該方法是通過獲取 和分析植物冠層的半球數(shù)字圖像來計(jì)算葉曲和指 數(shù)，儀器主Ci- 100,WINSCANOPYxHemiView. HCP( Hemispherical Canopy Photography )等、這些圖 像分析系統(tǒng)通常山魚眼錐頭、數(shù)碼相機(jī)、冠層圖像分 析軟件和數(shù)齬處理器組成直原理是逋過黃眼鏡頭 初數(shù)碼相機(jī)獲脫尅層國像利用軟件對(duì)冠層圖像進(jìn) 行分析，計(jì)算太陽輻射透過系數(shù)、危層空隙大小、間 隙率參數(shù)等*進(jìn)而推算有效葉面積指數(shù).基于圖像測量的儀器和方法測扯精度較高速 度則較展于輻射測吐的儀器慢 FT常需要對(duì)圖像進(jìn) 行后期處理此外，測笊時(shí)需要均一的光環(huán)境

18、，如黎 明、黃香、陰天等'晴天會(huì)便角眼鏡頭低估或者髙怙 太陽輻射或散射2.(?)光學(xué)儀器方迭的比較光學(xué)儀器方祛在輻 射測蜀、適用匙層、測趺環(huán)境方面適用條件的比較如 表1和表工衰1 基于圖像的測儀器適用疑件比較比膠項(xiàng)目CI -100He mi ViewHCP隅射測直直射直射和直射和KtH直射和ttM適用冠層低矮作物， 林木冠民林木冠層林木赴層低離柞物. 林木冠斥測盤師境均一光均-光 環(huán)境的一光 環(huán)境均一光表2基于輻射的測量牧器適用條件比竝比牧項(xiàng)目LAI - 2000AetiiFAKSuNHCAihSunflttdDtfBLD 口CRAC宜射棚點(diǎn)射和 放肘flit適用逛圧拘.林 木冠

19、63;ft物作拗柞特低摟林*;5SE測誥環(huán)境均一充天MX由于光學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用理論的差別在 應(yīng)用儀器時(shí)，盂要根據(jù)測雖的植物窺層來選用合適 的儀器.im n因?yàn)榧坌?yīng)在各種冠層中的存在*光 學(xué)儀器測量出來的葉面積指數(shù)是有效值，較之實(shí)際 值要小皿，因此應(yīng)席有效葉面積指數(shù)與TRAC得出 的集聚指數(shù)相結(jié)合來計(jì)算實(shí)際葉面積指數(shù):改呦-3結(jié)語葉面積指數(shù)進(jìn)義和測址原理上的誓異，為不同 葉面積指數(shù)測員結(jié)果之間的比較和驗(yàn)證帶來了困 難，口前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的定義和測定方法.比較 而言，傳統(tǒng)的破壞性方法如分層收割法，雖然比較 準(zhǔn)確.但費(fèi)時(shí)費(fèi)力.效率不高光學(xué)儀器袪和經(jīng)驗(yàn)公 式法因具有快速、破壞性小等優(yōu)點(diǎn)得到廣

20、泛應(yīng)用，但各種光學(xué)儀器應(yīng)用的范圍不同，需要根據(jù)測量的冠 層選擇合適的儀器，有條件地選擇幾種儀黠的組合， 達(dá)劉互為驗(yàn)證提蔬準(zhǔn)確性的耳的這些組合申，較常 使用LA1 -2000.C1 - 100測蚩有效葉面積指數(shù)，再 與TRAC得出的集聚指數(shù)相結(jié)合以i|算實(shí)際葉面積 指數(shù)葉面積指數(shù)測戢的發(fā)展趟勢足邇學(xué)儀器祛和 遙感法的相互結(jié)合，而且測訛精度和準(zhǔn)確痩將隨理 論和技術(shù)的不斷完善逐漸提高.參考文叮 鞏合德，楊國平張一平零，克牢山4類植物群落葉面積 指數(shù)比較J.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)fii?2007f35t 3)：34-36.2 王希群*馬履一，張永福-北京地區(qū)汕松,惻柏人工林葉 面積指數(shù)變化規(guī)律J.生態(tài)學(xué)雜志T

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