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1、Whos Minding the Planet?LAI-2000植物冠层分析仪安装 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望为什么要测量叶面积指数？冠层结构叶片的数量及其分布情况，是研究冠层中光线穿透情况，冠层生产力，冠层下土壤水分蒸发、蒸腾损失总量，冠层截留，及土壤温度的基础因子。同时对于不同尺度上的生态系统过程、系统之间的物流和能流的研究均是非常重要的。然而直接测量植物冠层结构是十分困难，手工测量只限于小冠层；对于象森林那样大的冠层，几乎是不可能的。然而
2、光线传播模型能相对简单地测量出光线穿透情况，并对冠层结构作出精确的估计。LAI-2000特点快速直接测量叶面积指数；不受光线条件限制，能在不同光照下进行测量；测量时不需太阳直射光线照射；LAI-2000可能测量不同大小的冠层，细至小草，大至森林仪器轻便易携，便于野外使用；低能耗，可以在野外长时间使用；可以连接多种辐射感应器，能同时测量PAR等；测量参数测量叶面积指数（LAI）计算叶面积标准误（SEL）测量无截取散射（DIFN）测量平均叶倾角（MTA）计算平均倾角标准误（SEM）叶面积指数（LAI）LAI回答“有多少叶片”，尽管LAI字面上是指“叶面积指数”，但LAI-2000是测量所有挡光的物
3、体。LAI没有单位，可认为是叶面积/地面积。平均叶倾角（MTA）MTA回答“叶片倾斜如何”。如果所有叶片都是水平的，那么MTA就是0；若都是垂直的，则为90。一般MTA处于30（水平叶片占优势）60（垂直叶片占优势）之间。无截取散射（DIFN）结合空隙部分（GAPS）计算出DIFN，以表示未被叶片遮挡的天空部分。此值范围在0（全叶片）1（无叶片）之间。DIFNS大体可看作是冠层结构的一个代表值，它将LAI和MTA结合为一个值。仪器组成Whos Minding the Planet?Whos Minding the Planet?2050光学探头构造图LAI-2050光学感应器 LAI-2000
4、LAI-2000的心脏就是匠的心脏就是匠心设计的心设计的LAI-2050LAI-2050光学感应光学感应器。器。LAI-2050LAI-2050使用一个使用一个“鱼鱼眼眼”镜头（天顶角为镜头（天顶角为7474度），度），将半球视野范围内的光线折将半球视野范围内的光线折射到光电感应器上。使用具射到光电感应器上。使用具有有“鱼眼鱼眼”视野的透镜能保视野的透镜能保证了用于计算证了用于计算LAILAI的冠层样的冠层样本尽可能大。本尽可能大。感应器是专门为LAI-2000设计的，被分为五个同心圆。当光线折射到感应器上时，每一个感应器所检测的角度范围都不同。感应器所检测的光线是经过过滤的，只对波长小于49
5、0nm的光线响应因为在这个范围里的光线受叶片的反射及折射最小。滤光片使得叶簇相对其光亮的天空背景，表现为黑色。每一个感应器的输出值与环带上被天空照亮部分成比例的。LAI-2050光学感应器 叶片不透光，且无反射；叶片排列是随机的；叶片面积相对每环的观测范围是很小的；叶片的位置分布是随机的。假设条件Whos Minding the Planet?假设冠层下的读值不包括任何叶片反射或透射的光线。LAI-2050探头有一个光滤器，过滤了波长大于490nm的光线。因为在低于490nm区域的光线受叶片反射及散射作用最小。这使得叶簇在天空背景下是黑色的，从而满足了前题假设。1 叶片不透光且无反射 不同的冠
6、层有不同的形状，可能是条状（条播作物）、椭圆体（单一植株）、巨大的正方体（草地）或者是有孔的大正方体（充满林隙的落叶林）。在这些不同形状的空间中叶片分布是随机的。2 叶片排列是随机的3 3 叶片大小相对每一环的叶片大小相对每一环的观测范围是很小的观测范围是很小的 在说明书附录量化了这种关系，也可大概估测：即探头与最近叶片的距离应至少为叶片宽度的4倍。4 叶片位置分布是随机的 不管叶片如何倾斜，只要所有叶片不是朝向同一角度即可。用广视角进行测量时这种假设基本是得到满足的。对假设模型的说明 没有任何一种冠层完全符合这些假设。叶片不是随机排列的，而是在茎或枝条上丛生。许多植物都表现出向日性，这也减少
7、了方位随机的假设。但是这种假设实际上并不是非常重要。许多冠层可视为是随机分布的，而叶片确实对低于490nm的光线有相对低的反射和透射率。误差相互抵销是经常发生的，如当叶片丛生于枝条时（增加透射率），却又尽量排列地不相互遮挡（减少透射率）。还有与理想状态偏离很大的情况，如针叶树叶片有很强的组织性。在这些情况下，LAI的绝对误差会很大，唯一的解决办法是比较它们的相对差别或以直接测量来校正仪器。LAI在科学研究上的应用冠层产量冠层产量森林活力森林活力大气污染沉降模型大气污染沉降模型昆虫侵害研究昆虫侵害研究遥感技术遥感技术Whos Minding the Planet?实验设计与注意事项实验设计与注意
8、事项 Whos Minding the Planet?实验设计实验设计1.孤立木测量2.针叶树测量3.农作物测量4.森林测量Whos Minding the Planet?孤立木测量孤立木测量1 叶面积指数是指单位土地面积上的叶片面积，但是用于孤立木测量时存在很大的问题。因为这时的叶片数量取决于它的位置（见下图右）。我们通过冠层的垂直投影面积来表达LAI。因此，如果不给定土地面积的话，无法实现LAI的准确测量。更准确地表达的概念可以定义为叶片密度，即叶片面积/冠层体积，m-1。Whos Minding the Planet?孤立木测量孤立木测量2-灌木测量灌木测量 对于半球形的灌木，我们可以首
9、先指定对于半球形的灌木，我们可以首先指定Vector（Fct 06,选择选择Edit，设置设置5个环的值都为一个固定的半径，例如个环的值都为一个固定的半径，例如0.7米米），），然后再进行实际测量。然后再进行实际测量。Whos Minding the Planet?孤立木测量孤立木测量3-孤树测量孤树测量 使用使用180度或更小视野的遮盖帽（遮挡树干），传感器紧贴树干。下图度或更小视野的遮盖帽（遮挡树干），传感器紧贴树干。下图右显示了两种方法，但是要注意的是如果采用方法右显示了两种方法，但是要注意的是如果采用方法2的话，那么您需要利用的话，那么您需要利用重计算程序把看不到叶片的第重计算程序把看
10、不到叶片的第5环蒙蔽掉。环蒙蔽掉。如果附近有其他的树，那么您应该使用视野更小的遮盖帽以避免这种误如果附近有其他的树，那么您应该使用视野更小的遮盖帽以避免这种误差（见下图左）。但是要注意的是您需要根据视野的大小来确定差（见下图左）。但是要注意的是您需要根据视野的大小来确定B阅读的数阅读的数量以覆盖整个树冠。如果您测量的树冠是不对称的，那么您应该采用不同的量以覆盖整个树冠。如果您测量的树冠是不对称的，那么您应该采用不同的文件来进行测量并做平均，见下图中。文件来进行测量并做平均，见下图中。Whos Minding the Planet?孤立木测量3-孤树测量 孤树测量由于冠层的形状是不均匀的，Vec
11、tor路径长需要您来指定，见下图所示提供坐标值，即可以利用重计算软件进行修改了。Whos Minding the Planet?针叶树测量的考虑针叶树测量的考虑 由于针叶树种叶片的排列是高度有序的，这违背了LAI-2000的测量基本假设。因此，根据辐射模型，测量可能存在LAI的低估现象。LAI-2000测量的实际上是“Shoot面积指数”，而不是“Needle area index”。建议在LAI的基础上乘以系数R来修正。R=针叶的投影面积/枝条的平均投影面积 欧洲冷杉、红松、白松和挪威云杉的系数R分别是1.49、1.5、1.67和1.6。这种系数处理后在LAI的直接测量和间接测量之间的相关系
12、数达到了0.96。也有研究报道在去掉了第5环的数据后，测量误差大大减小了，但是还没有得到厂家的证明。Whos Minding the Planet?农作物或人工林的测量农作物或人工林的测量具体的测量方法是如下图所示进行实验设计以尽可能对具体的测量方法是如下图所示进行实验设计以尽可能对B阅读进行平均。如阅读进行平均。如果行距过大，则应该减小视野范围来降低误差。果行距过大，则应该减小视野范围来降低误差。Whos Minding the Planet?森林的测量森林的测量1.森林的测量由于植物冠层上部的数据测量的困难而需要采取特殊的实验设计。我们可以在测量之前踏查样地以寻找足够的间隙来测量冠层上部数
13、据以确定测量样线。2.如果没有足够的间隙空地，那么我们可以通过下图右的实验设计利用一进一出森林的时间测量植物冠层上部数据。前提条件是选择阴天（一天中不同的时间光线变化很小的情况下）。3.也可以利用两台仪器，一台始终在森林外或空地上测量冠层上部数据，另外一台在森林内测量下部数据。最后将两台仪器的数据合并重新计算（见上图）。Whos Minding the Planet?实验注意事项实验注意事项Whos Minding the Planet?1.外接辐射传感器外接辐射传感器LAI-2000有两个有两个BNC接口，可以连接接口，可以连接LI-COR的辐射传感器。连接后选择的辐射传感器。连接后选择“F
14、CT08”后选择打开所连接的通道：后选择打开所连接的通道：1或或2，选择关闭通道，选择关闭通道OFF、匹配匹配A阅阅读（读（A）和匹配和匹配B阅读（阅读（B）三个选项，最后输入校准系数。三个选项，最后输入校准系数。Whos Minding the Planet?2 多少个多少个B阅读是足够的？阅读是足够的？在在95%的置信区间上，我们可以做的置信区间上，我们可以做6个个B阅读的测量，然后查看阅读的测量，然后查看SEL（叶面积叶面积指数的标准差），计算指数的标准差），计算SEL/LAI。每个每个B阅读的数量所能接受的阅读的数量所能接受的SEL/LAI值见值见下图，如果无法达到，请增加测量次数。下
15、图，如果无法达到，请增加测量次数。Whos Minding the Planet?3 叶片与传感器的距离限制？叶片与传感器的距离限制？一个叶片与传感器的距离是重要的，太近将导致测量的误差。简单的计一个叶片与传感器的距离是重要的，太近将导致测量的误差。简单的计算方法是根据采用的遮盖帽的角度来得到距离因子参数，再除以算方法是根据采用的遮盖帽的角度来得到距离因子参数，再除以B阅读的重阅读的重复次数，再乘以叶片的宽度，即得到最小需要的距离了。如果距离无法缩小，复次数，再乘以叶片的宽度，即得到最小需要的距离了。如果距离无法缩小，可以考虑增加重复次数来解决这个问题。可以考虑增加重复次数来解决这个问题。Wh
16、os Minding the Planet?4 遮盖帽的用途？遮盖帽的用途？1.从传感器的视野中去除太阳；从传感器的视野中去除太阳；2.从视野中去除操作者的影响；从视野中去除操作者的影响；3.天空的亮度不均匀；天空的亮度不均匀；4.冠层内有明显的空隙；冠层内有明显的空隙；5.减小对测量样地尺寸的需要；减小对测量样地尺寸的需要；6.减小了森林内必须的空地尺寸。减小了森林内必须的空地尺寸。Whos Minding the Planet?5 光线的需求光线的需求直射的阳光：应尽可能避免直射的阳光，尽量在日出日落时或多云的天气进直射的阳光：应尽可能避免直射的阳光，尽量在日出日落时或多云的天气进行测量，
17、如果避免不了，那么需要注意：行测量，如果避免不了，那么需要注意：1.使用使用270度的遮盖帽或更小的视野遮盖帽；度的遮盖帽或更小的视野遮盖帽；2.背对阳光进行测量，遮挡住日光和操作者本身；背对阳光进行测量，遮挡住日光和操作者本身；3.对植物冠层进行遮阴处理；对植物冠层进行遮阴处理；天空云分布不均匀导致光线不均匀的天气条件：天空云分布不均匀导致光线不均匀的天气条件：1.等待云彩飘过并遮挡了阳光时再进行测量。等待云彩飘过并遮挡了阳光时再进行测量。Whos Minding the Planet?6 样地尺寸的影响样地尺寸的影响如果样地尺寸太小的话，要注意传感器的视野范围是冠层高度的三倍。可以采用去除
18、第5个环的数据来解决这个问题。也可以采用遮盖帽的方法。Whos Minding the Planet?7 斜坡的影响斜坡的影响 应该使传感器的水平与斜坡匹配，而不是实际的水平。这就需要我们把水平仪移动到手持杆上，并在地面上按下图右固定角度，然后在测量时保持水平就可以了。Whos Minding the Planet?8 冠层内的空隙（林窗）冠层内的空隙（林窗）由于LAI是空隙比例的对数，那么最好的情况是取对数后进行平均，而不是平均后取对数。如果一个视野内既有稠密的冠层又有稀疏的冠层，那么最好采用遮盖帽来减少其同时出现在同一视野的可能（这样将导致对叶面积指数的低估）。Whos Minding t
19、he Planet?仪器使用方法仪器使用方法Whos Minding the Planet?仪器使用方法：仪器使用方法：1.一个主机和一个传感器：1 sensor X,1 Sensor Y，主要用于大多数的情况下测量使用。2.一个主机和两个传感器：2 sensor，用于森林测量或作物测量，其中一个传感器固定在冠层上部，需要增加长的扩展线。不推荐使用。3.两套机器：Remote mode。主要用于缺少空地的森林。一台始终在森林外或空地上测量冠层上部数据，另外一台在森林内测量下部数据。最后将两台仪器的数据合并重新计算，可以利用计算机软件，也可以连接两台主机进行。Whos Minding the P
20、lanet?1 Sensor mode1.连接一个传感器于连接一个传感器于X口或口或Y口上；口上；2.FCT 01或或02确认确认X口或口或Y口上校准数据，口上校准数据，5环的数据。环的数据。3.FCT04设置分辨率为高分辨率（设置分辨率为高分辨率（High）。4.FCT05确认时间和日期准确：准确的时间是必要的。确认时间和日期准确：准确的时间是必要的。5.FCT11设置操作模式为设置操作模式为1 Sensor X(或或1 Sensor Y)。设置设置Seq=（冠层上下数据的测冠层上下数据的测量顺序，例如量顺序，例如“”）和）和Reps=（重复次数，如果输入重复次数，如果输入0的话，则手动控制
21、冠层的话，则手动控制冠层测量的上或下，用测量的上或下，用 来控制。）来控制。）6.以上确认后即启动测量程序，如果以上确认后即启动测量程序，如果Seq输入输入0的话，则需要按的话，则需要按log键才可以启动。在连键才可以启动。在连续两次输入标记后，即可开始测量。注意在按手柄上的记录按钮之前注意保持传感器续两次输入标记后，即可开始测量。注意在按手柄上的记录按钮之前注意保持传感器水平。水平。7.在按钮按下后，听到两次提示音即表示一次数据记录完成。在按钮按下后，听到两次提示音即表示一次数据记录完成。Whos Minding the Planet?2 Sensor mode1.连接两个传感器于连接两个传
22、感器于X口和口和Y口上。口上。2.同于同于1 sensor mode的的2-4步。步。3.FCT11设置操作模式为设置操作模式为2 Sensor。设置设置AVE=（冠层数据的测量重复次数，如果输入冠层数据的测量重复次数，如果输入0的话，则不限制测量重复次数，测量完成后再次按的话，则不限制测量重复次数，测量完成后再次按LOG才开始计算。）才开始计算。）4.Fct03匹配两个传感器（把两个传感器并排放在同样光线的位置），选择匹配两个传感器（把两个传感器并排放在同样光线的位置），选择Comp X，连续按两次回车。连续按两次回车。5.按按Break来确认两个环的数据是否接近。来确认两个环的数据是否接近
23、。6.Fct14启动测量。启动测量。Whos Minding the Planet?Remote mode1.本模式使用两台本模式使用两台LAI-2000，两个传感器同时连接于其中一个主机。两个传感器同时连接于其中一个主机。2.同于同于1 sensor mode的的2-4步。步。3.Fct03匹配两个传感器（把两个传感器并排放在同样光线的位置），选择匹配两个传感器（把两个传感器并排放在同样光线的位置），选择Comp X，连续按两次回车。把连续按两次回车。把Y口上传感器连接到另一台主机的口上传感器连接到另一台主机的X口上。输入新的校准值到另口上。输入新的校准值到另一台机器上。然后检测两个传感器在
24、两个主机上的数据是否一致。一台机器上。然后检测两个传感器在两个主机上的数据是否一致。4.Fct05来同步两台机器的时钟。来同步两台机器的时钟。5.Fct11设置其中一台主机的操作模式为设置其中一台主机的操作模式为Rmt Below X模式，设置模式，设置AVE为重复次数或为重复次数或0来来手动决定。手动决定。6.设置另一台主机的操作模式为设置另一台主机的操作模式为Rmt Above X模式，设置模式，设置A测量的记录间隔和测量的记录间隔和Start和和StopTime。7.Fct14记录开始。记录开始。Whos Minding the Planet?合并文件合并文件1.遥控模式测量结束后，利用
25、数据线把两台主机连接到一起。遥控模式测量结束后，利用数据线把两台主机连接到一起。2.把测量冠层上部的主机利用把测量冠层上部的主机利用Fct35来设置成来设置成Slave mode，并输入合并的文件号。并输入合并的文件号。3.把测量冠层下部的主机利用把测量冠层下部的主机利用Fct34 Complete并输入需要合并的文件，然后选择替换并输入需要合并的文件，然后选择替换什么阅读：什么阅读：A，B或？。回车后继续选择合并后的文件保存为旧文件或？。回车后继续选择合并后的文件保存为旧文件Store as old no还是新文件还是新文件yes。即可开始合并过程。即可开始合并过程。4.Fct 16重计算合并的文件并查看数据。重计算合并的文件并查看数据。Whos Minding the Planet?更复杂的应用：更复杂的应用：请见软件的培训。请见软件的培训。Whos Minding the Planet?谢 谢!