利用光学仪器在植被冠层中测定有效叶面积指数的野外测量方法

本方案介绍了近期开发的LaiPen LP 110设备，该设备采用间接光学法估算叶面积指数，并将其与标准的LAI-2200植物冠层分析仪进行比较。由于新设备具有更高的灵敏度、内置数字倾角仪，以及能够在正确位置自动记录读数，因此可轻松完成冠层上方和下方的测量。此外，其操作控制直观简便。

该手册是必需的。在进行测量设计准备时，建议操作人员在测量前先简要规划并开展冠层结构调查。首先，按住 Set 键至少一秒钟，以开启两台仪器。

通过反复按下菜单按钮，在主菜单中找到设置选项，然后按下设置、时间、设置，以设定两台仪器的当前日期和时间。接着，选择返回并按住设置键以返回主菜单。然后，将两台仪器均设置为单角度测量模式。

按住“设置”键进入设置界面，然后依次按下“角度”、“设置”、“单次”，并使用“菜单”键确认。选择“返回”，并按住“设置”键以返回主菜单。在完成LAI传感器和内置倾角仪的校准后，需将LP 110设备一和设备二相互进行校准。

按设置键进入主菜单中的“设置”，选择LAI校准，然后按下设置按钮。接下来，将两台设备保持在垂直位置的水平面上，通过反复按第一台仪器上的设置键，调整显示屏上标记为C的常数值，使第一台仪器的数值与第二台仪器屏幕上显示的数值相同。然后，按下菜单按钮，返回主菜单。

将仪器一垂直安装在开阔区域的三脚架上，或置于待研究冠层上方。在日出前或日落后光线恒定且天空均匀阴天的条件下，分别获取冠层上方和下方的读数，以避免获得不准确的辐照度值。首先，在主菜单中选择“设置”，然后按“设置”键选择自动间隔（Auto Interval）。

接下来，反复按下“设置”键，然后按住“菜单”按钮，以选择自动记录参考值所需的时间间隔，范围为10至600秒。如果光照条件变化较快，请设置较短的时间间隔。按下“菜单”键，选择“返回”，然后按住“设置”按钮以返回主菜单。

随后反复按下菜单按钮，同时按住设置键，以在主菜单中重新选择测量模式。然后按设置键选择自动LAI参考，以搜索正确的LAI传感器位置。检查显示屏，将仪器分别向左、向右以及向前、向后倾斜。

当到达由 X 轴和 Z 轴定义的天顶角（值为零或小于五）时，将设备牢固地固定在上述所需位置，然后按下“设置”键。要使用仪器二开始测量植被冠层下方的透射辐照度，请在主菜单中选择“测量”选项。按下“设置”键，然后选择 LAI。

保持仪器二的方向与仪器一相同。按下 Set 键，以激活冠层下方透射辐照度测量模式。再次按下 Set 键，获取冠层下方的透射辐照度数值，同时触发内置倾角仪和声音指示器，以确定叶面积指数（LAI）传感器的正确位置。

然后，将设备垂直于地面放置，使LAI传感器朝向天顶。检查显示屏，将仪器分别向左、向右以及向前、向后倾斜。当X轴和Z轴定义的天顶角达到零或小于五度时，所有冠层下方的读数将自动获取并立即存储。

蜂鸣音停止。继续测量低于冠层的透射辐照度，操作步骤同上文所述之前的低于冠层测量步骤。使用仪器二完成低于冠层的测量后，反复按菜单按钮和菜单键，直至选择“Return”返回主菜单，然后按下 Set 按钮。

每次读数后，数据将保存在仪器的内存中。按住菜单按钮至少一秒钟，可安全关闭设备，且不会删除任何数据。对于植物冠层分析仪，在对照样地（未进行任何森林抚育干预）中观察到显著更高的叶面积指数（LAI）值，而在经过间伐处理的样地中则较低。

对于LP 110，C处理和B处理之间的叶面积指数无显著差异。在LP 110中，C样地与A样地之间的叶面积指数存在显著差异。总体而言，在所研究的林分中，实施间伐处理后叶面积指数显著降低。

在纯挪威云杉小径木林分中，使用LP 110和植物冠层分析仪记录的不同间伐处理下的叶面积指数值表现出空间变异性。对在特定点位水平上使用LP 110和植物冠层分析仪测得的所有叶面积指数数据进行了线性回归分析。测量时应确保处于适宜的天气条件下，采用足够大的开阔区域进行参考读数，并在冠层下测量时充分反映林分异质性和测量设计。

由于可以在不同的传感器视角倾角下记录发射器信号，因此可以计算冠层元素的角度取向。如果已知冠层厚度，则还可以推导出叶面积密度。