葉面積指數(shù)的意義與測(cè)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(yàn)中，葉面積指數(shù)（LAI）是反映植物群體生長狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小直接與最終產(chǎn)量高低密切相關(guān)。

常用葉面積指數(shù)（LAI）由下式中求得：葉面積用直尺測(cè)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(dòng)態(tài)指標(biāo)。葉面積指數(shù)可以反映在一定的范圍內(nèi)，作物的產(chǎn)量隨葉面積指數(shù)的增大而提高。當(dāng)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(chǎn)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(dá)到較為適宜的指標(biāo)。

氮對(duì)提高葉面積指數(shù)、光合勢(shì)、葉綠素含量和生長率均有促進(jìn)作用，而凈同化率隨施氮增加而下降。施氮對(duì)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(yīng)可以抵消凈同化率下降的負(fù)效應(yīng)，從而最終獲得一個(gè)較高的生長率。因此，高產(chǎn)栽培首先應(yīng)考慮獲得適當(dāng)大的葉面積指數(shù)。

在生態(tài)學(xué)中，葉面積指數(shù)是生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，用來反映植物葉面數(shù)量、冠層結(jié)構(gòu)變化、植物群落生命活力及其環(huán)境效應(yīng)，為植物冠層表面物質(zhì)和能量交換的描述提供結(jié)構(gòu)化的定量信息，并在生態(tài)系統(tǒng)碳積累、植被生產(chǎn)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(cè)定的主要方法

葉面積指數(shù)直接方法

直接測(cè)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(cè)定，傳統(tǒng)的格點(diǎn)法和方格法。

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

3、儀器測(cè)定法. 葉面積測(cè)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(jī)） 、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(tái)式掃描儀和專業(yè)圖像分析軟件測(cè)定的方法. 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)算機(jī)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(cè)量參數(shù)或用光學(xué)儀器得到葉面積指數(shù)，測(cè)量方便快捷，但仍需要用直接方法所得結(jié)果進(jìn)行校正。

1、點(diǎn)接觸法

點(diǎn)接觸法是用細(xì)探針以不同的高度角和方位角刺入冠層，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觸的葉片數(shù)目。點(diǎn)接觸法是由測(cè)定群落蓋度的方法演進(jìn)而來的,在小作物L(fēng)A I的測(cè)量中較準(zhǔn)確，但在森林中應(yīng)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(cè)定。

2、消光系數(shù)法

該法通過測(cè)定冠層上下輻射以及與消光系數(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(guān)，在確定時(shí)常需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式獲得，如關(guān)德新等在研究長白山針闊葉混交林時(shí)，利用觀測(cè)結(jié)果反推消光系數(shù)k值. 該方法中消光系數(shù)如果能夠準(zhǔn)確地加以測(cè)量，那么得出的葉面積指數(shù)也較準(zhǔn)確 .

3、經(jīng)驗(yàn)公式法

經(jīng)驗(yàn)公式法利用植物的胸徑、樹高、邊材面積、冠幅等容易測(cè)量的參數(shù)與葉面積或葉面積指數(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)與胸徑平方和樹高的乘積有顯著的指數(shù)相關(guān)性，邊材面積與葉面積具有很高的相關(guān)性，林冠開闊度與葉面積指數(shù)呈較好的指數(shù)關(guān)系 . 經(jīng)驗(yàn)公式法的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量參數(shù)容易獲取，對(duì)植物破壞性小，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.

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(jì)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(shí)測(cè)LA I建立模型.這種方法輸入?yún)��?shù)單一，不需要復(fù)雜的計(jì)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(guān)系會(huì)有所差異，在使用時(shí)需要重新調(diào)整、擬合. 另一種是光學(xué)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(chǔ)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(diǎn)是有物理模型基礎(chǔ)，不受植被類型的影響，然而由于模型過于復(fù)雜，反演非常耗時(shí),且反演估算LA I過程中有些函數(shù)并不總是收斂的。

5、光學(xué)儀器法

光學(xué)儀器法按測(cè)量原理分為基于輻射測(cè)量的方法和基于圖像測(cè)量的方法。

• 基于輻射測(cè)量的方法. 該方法是通過測(cè)量輻射透過率來計(jì)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(jì)算葉面積指數(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(cè)量葉簇生冠層時(shí)有困難. 而TRAC通過測(cè)量集聚指數(shù)，能有效地解決集聚效應(yīng)的問題，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)算的誤差. 基于輻射測(cè)量儀器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)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(cè)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(jì)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(jī)、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(jī)獲取冠層圖像，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)、冠層空隙大小、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(cè)量的儀器和方法測(cè)量精度較高，速度則較基于輻射測(cè)量的儀器慢，且常需要對(duì)圖像進(jìn)行后期處理. 此外，測(cè)量時(shí)需要均一的光環(huán)境，如黎明、黃昏、陰天等，晴天會(huì)使魚眼鏡頭低估或者高估太陽輻射或散射。