纯落叶林分中叶面积指数估算的三种不同方法

叶面积指数是叶片与大气之间的界面，在该界面中实现许多生理过程，尤其是光合作用的碳吸收。该叶面积指数估算方法的主要优点在于操作简便、测量所需时间短以及所获取数据的精确性。鉴于这些方法已用于作物、草原、针叶林和阔叶林等生态生理学研究，因此应可广泛适用于大多数其他植物生态系统。

所有描述的叶面积指数估算方法均简单明了，易于使用。初次接触这些方法的研究人员在实施测量时不应遇到困难。对这些叶面积指数估算方法进行直观演示，对于理解、设计和实施至关重要。

演示该实验操作的是来自森林植物学、树木学与地生物群落学系的博士研究生 Pavel Haninec。使用凋落物收集器估算叶面积指数时，应在每个被研究的林分中放置 15 至 25 个收集器，每个收集器的捕获面积为 0.18 平方米至 0.5 平方米或更大，于生长季初期布设。收集器应在研究林分内沿一条或两条相互垂直的样线或规则网格均匀分布，且放置高度应至少高于地表 0.1 米，以保证空气能够在收集器下方流通。

将每个收集器牢固地固定在地表以上、林冠层以下，确保收集面积不发生变化。在每个测定时间点，将各收集器中采集的凋落物放入相应标记的纸袋中，运送到实验室。返回实验室后，将同化器官与其他凋落物组分分离。

为了进行比叶面积的测定，需在每个捕获器的样品中充分混匀后，从所有已使用的捕获器中分离出至少100至200片叶子的子样品。将任何已干燥的叶片短暂浸泡于60至70摄氏度的水中，以防止叶片折叠或卷曲，随后将子样品中的叶片平整、伸直地放置在扫描仪平板上，避免重叠。将子样品置于带有恒温控制器的通风烘箱中，在80或105摄氏度下干燥48小时，直至达到恒定重量，以确保烘箱内部温度均匀并保持恒定。

干燥期结束后，使用精度不低于1克的实验室天平称量子样品的干重，并通过将用于比叶面积测定的子样品的叶片新鲜投影面积除以其干重，计算比叶面积。然后，将每个收集器中剩余的样品在与比叶面积测定相同的温度下烘干48小时，并将每个特定凋落物收集器中剩余样品的干重乘以相应的比叶面积值，从而得到每个收集器的总投影叶面积指数。若采用针刺法估算叶面积指数，需在叶片完全凋落后立即进行：使用一根足够长、锋利且直径不超过2毫米的金属针，在至少100个探测采样点处，以大致相同的角度穿过地表新鲜凋落叶片层进行穿刺。

检查并确保针上仅附着新近落下的叶片，必要时清除前一年部分分解的叶片。然后，在每个采样点，统计针刺一次所穿透的叶片数量，并在后续采样点重复使用针刺法采集叶片。若使用植物冠层分析仪光学设备估算叶面积指数，应选择一个合适的开阔空地，其天空状况需与观测样地正上方一致，且距离不得超过一公里。

对冠层上方和下方的测量均使用相同的帽盖和方向，并在样带内缓慢移动传感器以测量冠层下方，同时观察最上层环形读数的变异情况。使用植物冠层分析仪进行叶面积指数估算时，冠层上方和下方测量必须采用相同的视场帽盖。样带的数量和间距取决于特定林分的冠层结构。

在每个样地样线或网格的首次测量时，在足够开阔的区域进行冠层上方读数，并在冠层下方沿一至三条样线、距地面0.5至两米高度范围内进行五至36个采样点的测量。若传感器置于两米以下，应使用限制视场帽，以避免操作人员进入视场范围；同时，传感器与植物地上部分最近结构单元之间的距离应至少为该结构单元直径或宽度的四倍。在无叶期估算木质面积指数，测量时间应选择在早春萌芽前以及晚秋叶片完全脱落之后。

利用野外实测的原始数据计算木质面积指数时，使用叶面积指数2200文件查看器免费软件，并采用与估算木质面积指数相同的步骤来估算植物总面积指数。然后，通过计算平均植物总面积指数与木质面积指数之间的差值，得到林分水平上的实际叶面积指数值。在此代表性实验中，在B、C和D样地，针叶法显著低估了由凋落物收集器获得的叶面积指数。

相反，在样地A上，该方法对凋落物收集器测得的叶面积指数存在高估，但差异未达到显著水平。此外，在所有情况下，植物冠层分析仪与针测法估算的叶面积指数值之间均存在显著差异。在叶片完全脱落之后、芽萌发之前，可利用植物冠层分析仪便捷地测量木质面积指数。

在本项代表性实验中，叶面积指数增长最快的时期出现在4月份芽萌发后至5月初。从5月到6月底，叶面积指数仍持续快速增长，但增速较前一时期有所减缓。从6月下旬至7月底，B样地的叶面积指数值开始下降，而A样地在此期间叶面积指数的停滞现象更为明显。在所有研究的林分中，叶片从9月底开始脱落，叶面积指数曲线的下降趋势可清晰反映这一过程。

凋落物收集器法最关键的步骤是从足够大的叶片子样本中准确估算比叶面积。对于植物冠层分析仪，必须在标准的阴天无风条件下进行测量。数字半球摄影和激光扫描技术也可用于确定叶面积指数以及冠层内叶片的空间分布。

目前，叶面积指数估算面临的最大挑战是利用遥感技术来确定冠层叶片的质量。