Bitki Örtüsü Gölgeliğinde Optik Cihaz Kullanılarak Etkili Yaprak Alanı İndeksinin Alan Ölçümü
29 Temmuz 2021
Karasal ekosistemlerde hızlı ve hassas yaprak alanı indeksi (LAI) tahmini, çok çeşitli ekolojik çalışmalar ve uzaktan algılama ürünlerinin kalibre edilmesi için çok önemlidir. Burada sunulan, zemin tabanlı yerinde LAI ölçümleri almak için yeni LP 110 optik cihazını kullanma protokolüdür.
Bu protokol, dolaylı optik yöntemle yaprak alanı indeksi tahmini için yakın zamanda geliştirilen LaiPen LP 110 cihazını tanıtır ve standart LAI-2200 Bitki Gölgelik Analizörü ile karşılaştırır. Yeni cihaz, daha fazla hassasiyet hissi, dahili dijital eğim ölçer ve okumaların doğru konumda otomatik olarak kaydedilmesi nedeniyle hem yukarıda hem de aşağıda gölgelik okumalarını kolayca alır. Ayrıca çalışma kontrolü sezgiseldir.
Kılavuz gereklidir. Ölçüm tasarımı hazırlığı için, ölçümünden önce operatöre kısa bir planlı gölgelik yapısı araştırması önerilir. Set tuşunu en az bir saniye basılı tutarak her iki enstrümanı da açarak başlayın.
Menü düğmesine tekrar tekrar basarak ana menüdeki Ayarları bulun ve Ayarla, Saat, Ayarla tuşlarına basarak her iki enstrümanın geçerli tarih ve saatini ayarlayın. Ardından, Döndür'ü seçin ve ana menüye dönmek için Ayarla tuşunu basılı tutun. Ardından, her iki aleti de tek açılı ölçüm modunda ayarlayın.
Ayarla tuşunu basılı tutan Ayarlar'ı seçin ve Açılar, Ayarla, Tek'e basın ve Menü tuşuyla onaylayın. Döndür'i seçin ve ana menüye dönmek için Ayarla tuşunu basılı tutun. Hem LAI sensörini hem de dahili eğim ölçeri kalibre ettikten sonra, hem LP 110 cihazlarını, hem bir aleti hem de iki aleti birbiriyle kalibre edin.
Ayarla tuşuna basarak ana menüde Ayarlar'ı seçin, LAI kalibrasyonunu seçin ve Ayarla düğmesine basın. Ardından, her iki cihazı da dikey konumda yatay bir düzlemde tutun ve cihazın ekranında gösterilen değerleri ikinci alet üzerinde göstermek için cihaz bir üzerindeki Ayarla tuşuna tekrar tekrar basarak ekranda C olarak işaretlenmiş sabit değeri ayarlayın. Ardından, Menü düğmesine basın ve ana menüye dönün.
Cihazı açık bir alana veya çalışılan gölgelik üzerine yerleştirilmiş bir tripoda dikey olarak takın. Yanlış ışınlama değerleri elde etmekten kaçınmak için, gün doğumundan önce veya gün batımından sonra standart bulutlu sabit ışık koşullarında hem yukarıda hem de aşağıda gölgelik okumaları elde edin. İlk olarak, ana menüden Ayarlar'ı seçin ve ardından Ayarla tuşuna basarak Otomatik Aralık'ı seçin.
Ardından, Ayarla tuşuna art arda basın ve ardından referans değerlerini 10 ila 600 saniye arasında otomatik olarak günlüğe kaydetmek için gerekli aralığı seçmek için Menü düğmesini basılı tutun. Işık koşulları hızla değişirse daha kısa bir zaman aralığı ayarlayın. Menü tuşuna basın, Döndür'ü seçin ve ana menüye dönmek için Ayarla düğmesini basılı tutun.
Daha sonra, ana menüde ölçümü yeniden seçmek için Ayarla tuşunu basılı tutarak Menü düğmesine art arda basın. Ardından, doğru LAI sensör konumunu aramak için Ayarla tuşuna basarak Otomatik LAI Ref'i seçin. Ekranı kontrol edin, cihazı hem sola hem de sağa ve ileri ve geriye doğru eğin.
X ve Z eksenleri tarafından tanımlanan beş değerinden sıfır veya daha az olan zenith açısına ulaştıktan sonra, cihazı yukarıda belirtilen gerekli konumda sıkıca sabitleyin ve ardından Set tuşuna basın. İkinci aleti kullanarak bitki örtüsü gölgeliğinin altındaki iletilen ışınlamayı ölçmeye başlamak için ana menüde Ölçüm'ü seçin. Ayarla tuşuna basın ve LAI'yi seçin.
Enstrüman ikinin yönünü bir enstrümanınki gibi tutun. Gölgeliğin altındaki iletilen ışınım ölçümümüzün modunu etkinleştirmek için Set tuşuna basın. Gölgeliğin altındaki iletilen ışınlığın değerini elde etmek için Set tuşuna tekrar basın ve doğru LAI sensör konumunu bulmak için hem dahili eğimölçer hem de ses göstergesini tetikleyin.
Ardından, cihazı zemin servisine dik olarak tutun ve LAI sensörünün zirveye işaret etmesi için. Ekranı kontrol edin, cihazı hem sola hem de sağa ve ileri ve geriye doğru eğin. Aşağıdaki tüm gölgelik okumaları, hem X hem de Z eksenleri tarafından tanımlanan zenith açısı sıfıra veya beşten aza ulaştığında otomatik olarak elde edilir ve saklanır.
Bipleme tonu durur. Yukarıda belirtilen gölgelik okumaları için önceki adımları izleyerek, gölgelik okumalarının altındaki iletilen ışınlanmanın daha fazla ölçümünü almaya devam edin. İkinci enstrümanı kullanarak aşağıdaki gölgelik ölçümlerini aldıktan sonra, ana menüye dönmek için Return seçilincaya kadar Menü düğmesine ve Menü tuşuna art arda basın ve ardından Ayarla düğmesine basın.
Veriler her okumadan sonra cihazın belleğine kaydedilir. Herhangi bir veri silmeden cihazı güvenli bir şekilde kapatmak için Menü düğmesini en az bir saniye basılı tutun. Bitki Gölgelik Analizörü için, kontrol arsasında önemli ölçüde daha yüksek LAI değerleri gözlendi ve ince olanlara silvikültürel müdahale yapılmadı.
LP 110 için yaprak alanı indeksi C ve B tedavilerinde önemli ölçüde farklılık görmedi. LP 110 için, C ve A çizimleri arasındaki yaprak alanı dizin değerlerinde önemli bir fark bulundu. Genel olarak çalışılan duruşta uygulanan inceltme tedavileri sonrasında yaprak bölgesi indeksi önemli ölçüde azaldı.
Saf Norveç ladin direği standlarında her inceltme tedavisi için LP 110 ve Bitki Gölgelik Analizörü kullanılarak kayıt yapılan yaprak alanı indeks değerleri mekansal değişkenlik gösterdi. LP 110 ve Plant Canopy Analyzer kullanılarak belirli bir nokta düzeyinde ölçülen tüm yaprak alanı indeksi verileri için doğrusal regresyon gerçekleştirildi. Uygun sinoptik koşullar altında ölçümden emin olun, referans okumalar için yeterince büyük açık alan kullanın ve aşağıdaki gölgelik okumaları için stand heterojenliğini ve ölçüm tasarımını yansıtın.
Vericiler farklı sensör görünümü eğim açılarında kaydedilebildiğinden, gölgelik elemanları açı yönü hesaplanabilir. Gölgelik tabaka genişliği biliniyorsa, yaprak alanı yoğunluğu da ortaya çıkabilir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu protokol, dolaylı bir optik yöntem kullanarak yaprak alan indeksi (LAI) kestirimi yapan yeni bir cihaz olan LaiPen LP 110'u tanıtmaktadır. LP 110'u standart LAI-2200 Bitki Kanopi Analizörü ile karşılaştırarak, cihazın hassasiyet ve kullanım kolaylığı açısından sağladığı avantajları vurgulamaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Ekoloji
- Uzaktan Algılama
- Bitki Fizyolojisi
Arka Plan
- Yaprak alan indeksi (LAI), ekolojik çalışmalar için kritik öneme sahiptir.
- Doğru LAI ölçümleri, uzaktan algılama ürünlerinin kalibrasyonunu geliştirir.
- Yer tabanlı in situ ölçümler güvenilir veriler sağlar.
- LP 110 cihazı, geleneksel yöntemlere göre geliştirilmiş işlevsellik sunar.
Çalışmanın Amacı
- LAI tahmini için LP 110 kullanımına yönelik bir protokol sunmak.
- LP 110'un mevcut cihazlara göre avantajlarını göstermek.
- Geliştirilmiş ölçüm teknikleri aracılığıyla doğru ekolojik değerlendirmeleri kolaylaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- LAI ölçümleri için LaiPen LP 110 kullanımı.
- LAI-2200 Bitki Kanopisi Analizörü ile karşılaştırma.
- Kanopi üzerinde ve altında yerinde (in situ) ölçümler.
- Kanopi yapısı incelemesi yoluyla ölçüm tasarımının hazırlanması.
Temel Sonuçlar
- LP 110, okumalarda daha yüksek hassasiyet sağlar.
- Okumaların otomatik olarak kaydedilmesi, veri doğruluğunu artırır.
- Sezgisel kontroller, ölçüm sürecini basitleştirir.
- Hem kanopi üstü hem de kanopi altı ölçümler için etkilidir.
Sonuçlar
- LP 110, LAI tahmini için değerli bir araçtır.
- Kullanım kolaylığı ve doğruluk açısından geleneksel yöntemlerden daha iyi performans gösterir.
- Bu cihazın benimsenmesi, ekolojik araştırma sonuçlarını iyileştirebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Endüstriyel Uygulama Alanları
Doğru yaprak alan indeksi (LAI) ölçümü, tarımsal verim öngörüsü ve ekosistem üretkenliği değerlendirmesi için kritik olan fotosentetik alım ve terleme gibi bitki fizyolojik süreçlerinin öngörücü modellemesini destekler. LP 110 optik cihazı, geliştirilmiş hassasiyet ve otomatik veri kaydı ile hızlı, sahada uygulanabilir LAI tahminine olanak tanıyarak, uzaktan algılama ürünlerini kalibre etmek için kullanılan yer gerçekliği verilerindeki değişkenliği azaltır. Bu durum; tarım, ormancılık ve çevresel Ar-Ge programlarındaki geniş ölçekli bitki örtüsü izleme çalışmaları için veri güvenilirliğini artırır.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Bitki tabanlı biyoprodüksiyon sistemlerinde fenotipik taramayı desteklemek için kanopi yapısının nicelleştirilmesine olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Büyütme odaları ve saha denemeleri genelinde tutarlı deneysel koşullar için standardize edilmiş, tekrarlanabilir LAI ölçümleri sağlar.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: LAI ile fotosentetik verimlilik ve biyokütle birikimi arasında korelasyon kurarak bitki genotiplerinin yüksek kapasiteli taramasını kolaylaştırır.
- Operasyonel Değer: Otomatik kayıt ve inklinometre kılavuzlu konumlandırma yoluyla analiz standardizasyonunu destekleyerek operatöre bağlı varyasyonu minimize eder.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Hastalıkla ilişkili bitki modellerinde, yapısal kanopi özelliklerini terleme ve karbon fiksasyonu gibi fonksiyonel sonuçlarla ilişkilendirir.
- Operasyonel Değer: Tahribatsız, tekrarlı LAI değerlendirmeleri kullanarak preklinik etkinlik çalışmalarında bitki sağlığının boylamsal izlenmesine olanak tanır.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
LP 110, erken büyüme değerlendirmesinden biyokütle tahminine kadar bitki fenotipleme iş akışlarına entegre olarak, ürün iyileştirme ve biyolojik tabanlı bileşik üretim hatlarında veri odaklı kararları destekler.
- Keşif Biyolojisi: Kantitatif kanopi mimarisi verileri sağlayarak genotip-fenotip ilişkileri üzerine hipotez testlerini destekler.
- Tarama: Bitki gelişimi üzerindeki genetik veya uygulama etkilerinin karşılaştırılmasına olanak tanıyan tekrarlanabilir, kantitatif LAI çıktıları sunar.
- Analitik: Yaprak alan yoğunluğu ve ışık yakalama modellerini türetmek için kullanılabilecek geçirgenlik ve zenit açısı verileri üretir.
- Translasyonel Araştırma: Translasyonel bitki biyolojisinde, erken aşama yapısal ölçümleri nihai verim ve stres yanıtı fenotipleriyle ilişkilendirir.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Çok merkezli saha denemeleri ve yetiştirme tesisi standardizasyonu için taşınabilir, platformlar arası bir araç olarak işlev görür.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Temel kanopi değişkenlerindeki ölçüm belirsizliğini azaltarak bitki büyüme modellerindeki öngörü güvenilirliğini artırır.
- Operasyonel Değer: Sezgisel kontroller ve otomatik veri yakalama aracılığıyla işlem kapasitesini artırır ve eğitim yükünü azaltır.
- Stratejik Değer: Zamanında ve güvenilir fenotipik veriler sağlayarak suş veya genotip seçiminde daha hızlı karar verme (devam/dur) süreçlerini mümkün kılar.
- Portföy Etkisi: Standartlaştırılmış büyüme ortamı değerlendirmesi yoluyla, bitki tabanlı biyoproduksiyon adaylarının riskten arındırılmış şekilde ilerletilmesini destekler.
Uygulama Hususları
- Verilerin geçerli şekilde yorumlanabilmesi için optik ölçüm prensipleri ve kanopi geometrisi konusunda eğitim gereklidir.
- Kanopi altı okumaları sırasında ışınım artefaktlarını önlemek için tutarlı ışıklandırma koşullarına (örneğin, kapalı hava) bağlıdır.
- Saha ekipleri arasında ölçüm tutarlılığını sağlamak için üniteler arasında cihazlar arası kalibrasyon gerektirir.
- Baz okumaları için açık referans alanlarına ihtiyaç duyar; bu durum, yoğun ormanlık veya engelli bölgelerde kullanımı kısıtlar.
- Performans, kanopi kümelenmesi ve yaprak açı dağılımına göre değişiklik gösterebilir; bu durum, doğru LAI inversiyonu için modele özgü düzeltmeleri zorunlu kılar.
