手持活體葉面積測量儀的測定方法

1、手持活體葉面積測量儀測定葉面積指數(shù)(LAI)的方法摘要：葉面積指數(shù)是研究植物冠層表面物質(zhì)和能量交換的一個重要參數(shù),被廣泛應(yīng)用于植物生長模型、能量平衡模型、氣候模型和冠層反射模型等諸多方面的研究。其中LAI是指leaf area index，英文縮寫為LAI。LAI又叫葉面積系數(shù)，是一塊地上作物葉片的總面積與占地面積的比值。即：葉面積指數(shù)=綠葉總面積/占地面積。葉面積指數(shù)是反映作物群體大小的較好的動態(tài)指標(biāo)。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。因?yàn)?，在農(nóng)田作業(yè)中，我們通常需要測定葉面積指數(shù)，以了解整塊土地的作物生長情況，以及最終的作物收成。為什么要進(jìn)行活體葉面積測定葉片是植物光合作

2、用的場所，而在平時葉面積的大小不是越大越好，因?yàn)樵谌~片上進(jìn)行的不僅僅是植物的光合作用同時也進(jìn)行呼吸作用，在確定了植物的葉面積，我們就能夠了解植物的光合反應(yīng)速率了。植物的葉面積的測量可以借助活體葉面積測定以來進(jìn)行測量，可針對任何不規(guī)則形狀，任何顏色，任何厚度和水份含量的葉片表面積進(jìn)行測量。計(jì)算葉面積指數(shù)的方法 葉面積指數(shù)有多種測定方法，但至今沒有通用且簡便的方法。下面我們就當(dāng)前世界各地計(jì)算葉面積指數(shù)的方法，一一列舉做一比較。一、直接方法地面直接測定LAI的方法是一種經(jīng)典的、成熟的和相對精確的方法，可作為間接方法的有效驗(yàn)證。直接測量法卞要包括葉子的采集和葉面積的測量。葉子的采集分為非破壞性采集方法

3、和破壞性采集方法。前者如落葉箱法，即利用有防風(fēng)側(cè)面的開日盒子放在植被中間，定時重復(fù)采樣。破壞性采集方法卞要有代表植株法和區(qū)域采樣法。葉面積的測定方法有：格點(diǎn)法和方格法；描形稱重法和儀器測定法。其中儀器測定法最為常見?；铙w葉面積儀就是一款使用非常方便的儀器，而且可以針對任何大小、形狀和顏色的葉片進(jìn)行測定。即使是葉片面積大如芭蕉葉，活體葉面積測定儀照樣可以測定。另外，面積測定還通常使用便攜式葉面積儀，因此該儀器攜帶方便的特性，可以隨時帶到田間，進(jìn)行測量以及記錄。直接方法的操作步驟直接方法有葉片表面積自動測量和手動測量兩種方式。就以YMJ-D為例： 葉片表面積自動測量：便攜式葉片表面積測量儀在開機(jī)預(yù)

4、熱進(jìn)入正常測量狀態(tài)后，用戶只用打開儀器的發(fā)光板，將被測葉片平鋪在感光板的中心部位。合上發(fā)光板蓋，系統(tǒng)將自動測量被測葉片的表面積，并將其面積值保存在儀器LCD上顯示。葉片表面積手動測量：便攜式葉片表面積測量儀在開機(jī)預(yù)熱進(jìn)入正常測量狀態(tài)后，用戶只用打開儀器的發(fā)光板蓋，將被測葉片平鋪在感光板的中心部位。合上發(fā)光板蓋，按“測量”鍵后，系統(tǒng)將測量被測葉片的表面積，并將其面積值保存在儀器LCD上顯示。重復(fù)按“測量”鍵后系統(tǒng)將對被測葉片重新測量，并將多次的測量結(jié)果保存?？梢远啻伟础皽y量”鍵反復(fù)測量該葉片的表面積。最后通過按“平均”鍵得到多次測量的平均結(jié)果。二、間接測量方法間接測定方法是借助一些測量參數(shù)或光學(xué)

5、儀器得到葉面積指數(shù)的方法。主要包括以下幾種:點(diǎn)接觸法、消光系數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)公式法。間接測定方法減少了對植被和環(huán)境的破壞,會隨著技術(shù)的完善和理論水平的提高而得到進(jìn)一步發(fā)展,然而繁重的工作量,耗時又耗力,在大范圍測定中難以廣泛應(yīng)用。點(diǎn)接觸發(fā)的操作：1、 眼睛，深入觀察；2、 耳朵，虛心傾聽。3、 必要的時候，你還需要手、鼻、口統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)用，去觸摸，去嗅，去嘗。消光系數(shù)法的操作： 消光系數(shù)是被測溶液對光的吸收大小值。 被測溶液濃度高，溶液顯色后顏色深，對光吸收大，光透射率低，反之就小。同種溶液對不同波長的光譜有不同的吸收峰，為了提高靈敏度，一般選用光的互補(bǔ)色來作為波長的優(yōu)選條件，藍(lán)色對黃色光是互為補(bǔ)色，59

6、5nm波長正是此范圍，可以測出最大吸收值，提高了靈敏度。 而465nm是綠色光，藍(lán)色溶液吸收低，靈敏度自然低了。在波長、溶液和溫度確定的情況下，摩爾消光系數(shù)是由給定物質(zhì)的特性決定的。實(shí)際上，測得的摩爾消光系數(shù)也和使用的儀器有關(guān)。因此，在定量分析中，通常并不用已知物質(zhì)的摩爾消光系數(shù)，而是用一個或多個已知濃度的待測物質(zhì)作一條校準(zhǔn)或工作曲線。經(jīng)驗(yàn)公式法的操作：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： 葉面積用直尺測量每株各葉片的葉長（Lij）和最大葉寬（Bij）。 式中，n為第j株的總?cè)~片數(shù)；m為

7、測定株數(shù)；種為種植密度。三、遙感測定法衛(wèi)星遙感方法為大范圍研究LAI提供了有效的途徑。目前主要有3種遙感方法可用來估算葉面積指數(shù),即統(tǒng)計(jì)模型法、光學(xué)模型法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法。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)ND-VI、比植被指數(shù)RVI和垂直植被指數(shù)PVI與實(shí)測LAI建立模型。這種方法的特點(diǎn)是,統(tǒng)計(jì)分析模型形式簡潔,對輸入數(shù)據(jù)要求不高,而且計(jì)算也簡單易行,但是,由于受到土壤,大氣,地形等多種非植被因素影響,且沒有通用的統(tǒng)計(jì)分析模型,很難應(yīng)用于包括多種植被類型的大尺度遙感影響分析。光學(xué)模型法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LAI作為輸入變量,采用

8、迭代的方法來推算LAI。統(tǒng)計(jì)模型法的操作： 通過試驗(yàn)或直接由工業(yè)過程測定數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計(jì)法求得各變量之間的函數(shù)關(guān)系，稱為統(tǒng)計(jì)模型。常用的方法是通過兩個傳感器的數(shù)據(jù)組合后形成互補(bǔ)的多光譜多角度觀測數(shù)據(jù)集,為地表參數(shù)的遙感估算提供了更多的對地觀測信息。通過研究組合MODIS與MISR兩種觀測數(shù)據(jù)估算陸地表面植被覆蓋區(qū)域葉面積指數(shù)的方法,發(fā)展了在物理模型反演的框架內(nèi)引入基于伴隨模型和信賴域優(yōu)化的反演模式,改進(jìn)了葉面積指數(shù)的遙感估算效果,提高了模型反演的運(yùn)算速度。對試驗(yàn)區(qū)反演結(jié)果的驗(yàn)證說明融合兩種數(shù)據(jù)源可以提高葉面積指數(shù)的估算精度?；诎殡S模型和信賴域優(yōu)化的地表參數(shù)反演方法,為應(yīng)用于大范圍遙感圖像數(shù)

9、據(jù)的模型反演提供了一種有效的途徑。 光學(xué)模型法的操作：一般不考慮單一孤立果樹冠層、葉片相互重疊因素及圖像處理速度低的缺點(diǎn),通過正交試驗(yàn)確定單一孤立柑橘LAI測量的主要影響因素為重疊葉片數(shù)(0.05),建立等間隙模型解決有間隙的重疊的影響問題,采用三維行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動采集,應(yīng)用LabVIEW平臺開發(fā)一個基于紅外透射的葉面積指數(shù)LAI自動測量系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件由控制模塊與行走機(jī)構(gòu)、信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和PC機(jī)組成,其標(biāo)定LAI相對誤差絕對值平均為11.11%。在行走機(jī)構(gòu)按照S形路線,自動進(jìn)行掃描、定位采集的方式.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法的操作：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Neural Networks,NN）是由大量的、簡單的處理單元（稱為神經(jīng)元）廣泛地互相連接而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它反映了人腦功能的許多基本特征，是一個高度復(fù)雜的非線性動力學(xué)習(xí)系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模并行、分布式存儲和處理、自組織、自適應(yīng)和自學(xué)能力，特別適合處理需要同時考慮許多因素和條件的、不精確和模糊的信息處理問題。由于是一種邊緣科學(xué)研究植物葉面積指數(shù)的方法，現(xiàn)在還無固定的遙感測定方式。結(jié)論 葉面積指數(shù)的大小是衡量群體結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)