葉面積指數(shù)的意義與測量方法比較

葉面積指數(shù)又叫葉面積系數(shù)，是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù)。即：葉面積指數(shù)=葉片總面積/土地面積。在田間試驗中，葉面積指數(shù)（LAI）是反映植物群體生長狀況的一個重要指標，其大小直接與最終產量高低密切相關。

常用葉面積指數(shù)（LAI）由下式中求得：葉面積用直尺測量每株各葉片的葉長（Lij）和最大葉寬（Bij）。

葉面積指數(shù)作用及意義

葉面積指數(shù)是反映作物群體大小的較好的動態(tài)指標。葉面積指數(shù)可以反映在一定的范圍內，作物的產量隨葉面積指數(shù)的增大而提高。當葉面積指數(shù)增加到一定的限度后，田間郁閉，光照不足，光合效率減弱，產量反而下降。蘋果園的最大葉面積指數(shù)一般不超過5，能維持在3~4較為理想。盛果期的紅富士蘋果園，生長期畝枝量維持在10~12萬條之間，葉面積指數(shù)基本能達到較為適宜的指標。

氮對提高葉面積指數(shù)、光合勢、葉綠素含量和生長率均有促進作用，而凈同化率隨施氮增加而下降。施氮對大豆光合速率無顯著影響。隨施氮增加葉面積指數(shù)提高的正效應可以抵消凈同化率下降的負效應，從而最終獲得一個較高的生長率。因此，高產栽培首先應考慮獲得適當大的葉面積指數(shù)。

在生態(tài)學中，葉面積指數(shù)是生態(tài)系統(tǒng)的一個重要結構參數(shù)，用來反映植物葉面數(shù)量、冠層結構變化、植物群落生命活力及其環(huán)境效應，為植物冠層表面物質和能量交換的描述提供結構化的定量信息，并在生態(tài)系統(tǒng)碳積累、植被生產力和土壤、植物、大氣間相互作用的能量平衡，植被遙感等方面起重要作用。

葉面積指數(shù)測定的主要方法

葉面積指數(shù)直接方法

直接測定方法是一種傳統(tǒng)的、具有一定破壞性的方法。

1、葉面積的測定，傳統(tǒng)的格點法和方格法。

2、描形稱重法. 在一種特定的坐標紙上，用鉛筆將待測葉片的輪廓描出并依葉形剪下坐標紙，稱取葉形坐標紙重量，按公式計算葉面積.

3、儀器測定法. 葉面積測定儀可以分成兩種類型，分別通過掃描和拍攝圖像獲取葉面積. 掃描型葉面積儀，主要由掃描器（掃描相機） 、數(shù)據(jù)處理器、處理軟件等組成，可以獲得葉片的面積、長度、寬度、周長、葉片長度比和形狀因子以及累積葉片面積等數(shù)據(jù)。此外，還有使用臺式掃描儀和專業(yè)圖像分析軟件測定的方法. 圖像處理型葉面積儀由數(shù)碼相機、數(shù)據(jù)處理器、處理分析軟件和計算機等組成，可以獲取葉片面積、形狀等數(shù)據(jù)。

葉面積指數(shù)間接方法

間接方法是用一些測量參數(shù)或用光學儀器得到葉面積指數(shù)，測量方便快捷，但仍需要用直接方法所得結果進行校正。

1、點接觸法

點接觸法是用細探針以不同的高度角和方位角刺入冠層，然后記錄細探針從冠層頂部到達底部的過程中針尖所接觸的葉片數(shù)目。點接觸法是由測定群落蓋度的方法演進而來的,在小作物LA I的測量中較準確，但在森林中應用比較困難，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定。

2、消光系數(shù)法

該法通過測定冠層上下輻射以及與消光系數(shù)相關的參數(shù)來計算葉面積指數(shù)，前提條件是假設葉片。隨機分布和葉傾角呈橢圓分布，消光系數(shù)k與植物種類、天頂角、葉片傾角以及非葉生物量有關，在確定時常需要根據(jù)經(jīng)驗公式獲得，如關德新等在研究長白山針闊葉混交林時，利用觀測結果反推消光系數(shù)k值. 該方法中消光系數(shù)如果能夠準確地加以測量，那么得出的葉面積指數(shù)也較準確 .

3、經(jīng)驗公式法

經(jīng)驗公式法利用植物的胸徑、樹高、邊材面積、冠幅等容易測量的參數(shù)與葉面積或葉面積指數(shù)的相關關系建立經(jīng)驗公式來計算. 研究表明：葉面積指數(shù)與胸徑平方和樹高的乘積有顯著的指數(shù)相關性，邊材面積與葉面積具有很高的相關性，林冠開闊度與葉面積指數(shù)呈較好的指數(shù)關系 . 經(jīng)驗公式法的優(yōu)點在于測量參數(shù)容易獲取，對植物破壞性小，效率較高，然而經(jīng)驗公式具有特定性，并不適合于任何樹種，因而該法的應用具有一定的局限性.

4、遙感方法

衛(wèi)星遙感方法為大范圍研究LA I提供了有效的途徑 . 主要有2種遙感方法可用來估算葉面積指數(shù)，一種是統(tǒng)計模型法，主要是將遙感圖像數(shù)據(jù)如歸一化植被指數(shù)NDV I、比植被指數(shù)RV I和垂直植被指數(shù)PV I與實測LA I建立模型.這種方法輸入?yún)��?shù)單一，不需要復雜的計算，因此成為遙感估算LA I的常用方法. 但不同植被類型的LA I與植被指數(shù)的函數(shù)關系會有所差異，在使用時需要重新調整、擬合. 另一種是光學模型法，它基于植被的雙向反射率分布函數(shù)是一種建立在輻射傳輸模型基礎上的模型，它把LA I作為輸入變量，采用迭代的方法來推算LA I.這種方法的優(yōu)點是有物理模型基礎，不受植被類型的影響，然而由于模型過于復雜，反演非常耗時,且反演估算LA I過程中有些函數(shù)并不總是收斂的。

5、光學儀器法

光學儀器法按測量原理分為基于輻射測量的方法和基于圖像測量的方法。

• 基于輻射測量的方法. 該方法是通過測量輻射透過率來計算葉面積指數(shù)，主要儀器有Sunscan等，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、冠層空隙率、冠層空隙大小或冠層空隙大小分布等參數(shù)來計算葉面積指數(shù). 前5種儀器都假設均一冠層、葉片隨機分布和橢圓葉角分布，在測量葉簇生冠層時有困難. 而TRAC通過測量集聚指數(shù)，能有效地解決集聚效應的問題，使得葉面積指數(shù)計算可以不用假設葉片在空間隨機分布，減小了有效葉面積指數(shù)與現(xiàn)實葉面積指數(shù)之間計算的誤差. 基于輻射測量儀器的優(yōu)點是測量簡便快速，但容易受天氣影響，常需要在晴天下工作。
• 基于圖像測量的方法. 該方法是通過獲取和分析植物冠層的半球數(shù)字圖像來計算葉面積指數(shù)，儀器主要有W INSCANOPY、HemiView等，這些圖像分析系統(tǒng)通常由魚眼鏡頭、數(shù)碼相機、冠層圖像分析軟件和數(shù)據(jù)處理器組成. 其原理是通過魚眼鏡頭和數(shù)碼相機獲取冠層圖像，利用軟件對冠層圖像進行分析，計算太陽輻射透過系數(shù)、冠層空隙大小、間隙率參數(shù)等，進而推算有效葉面積指數(shù).基于圖像測量的儀器和方法測量精度較高，速度則較基于輻射測量的儀器慢，且常需要對圖像進行后期處理. 此外，測量時需要均一的光環(huán)境，如黎明、黃昏、陰天等，晴天會使魚眼鏡頭低估或者高估太陽輻射或散射。