Кіріспе
Өсімдіктердің қаптамаларын сипаттайтын өлшемсіз шама. Жапырақ ауданы индексі (LAI) – өсімдіктердің қаптамаларын сипаттайтын өлшемсіз шама. Ол кең жапырақты қаптамаларда бір жақты жасыл жапырақтардың жер бетінің бірлік ауданына шаққандағы ауданы (LAI = жапырақ ауданы / жер ауданы, м2 / м2) ретінде анықталады. Қоныс жапырақтарында LAI үшін үш анықтама қолданылған:
Жер бетінің бірлік ауданына шаққандағы ине бетінің жалпы ауданының жартысы
Жер бетінің бірлік ауданына шаққандағы проекцияланған (немесе кең жапырақты қаптамалар үшін анықтамаға сәйкес бір жақты) ине ауданы
Жер бетінің бірлік ауданына шаққандағы ине бетінің жалпы ауданы
"Жалпы жапырақ ауданының жартысы" анықтамасы газ алмасу сияқты биологиялық процестерге қатысты, ал "проекцияланған жапырақ ауданы" анықтамасы ескерілмеді, себебі жапырақтар жазық, қалың немесе үш өлшемді болмаған жағдайда берілген ауданның бір бағыттағы проекциясы басқа бағытта өзгеше болуы мүмкін. Сонымен қатар, "жер беті ауданы" нақты түрде "көлденең жер беті ауданы" деп анықталады, бұл еңісті беттегі LAI-ды нақтылау үшін жасалған. "Көлденең жер бетінің бірлік ауданына шаққандағы жалпы жапырақ ауданының жартысы" анықтамасы барлық жапырақ түрлеріне және жазық немесе еңісті беттерге қолайлы. Жапырақ ауданы индексі (LAI) өсімдіктің жер немесе дің бетінің бірлік ауданына шаққандағы жапырақ ауданын көрсетеді және өсімдіктің өсу қарқынының көрсеткіші ретінде жиі қолданылады. LAI – бұл күрделі айнымалы, ол қаптаманың мөлшеріне ғана емес, сонымен қатар оның тығыздығына, жапырақтардың бір-біріне және жарық көздеріне қатысты бағытталған бұрышына да байланысты. Бұған қоса, LAI өсімдік белсенділігінің маусымдық өзгерістеріне байланысты өзгереді және көктемде жаңа жапырақтар пайда болатын кезде әдетте ең жоғары, ал жаздың соңында немесе күздің басында жапырақтар қартайғанда (және түсіп қалуы мүмкін) ең төмен болады. LAI-ды зерттеу "филлометрия" деп аталады.
Leaf area index (LAI) is a dimensionless quantity that characterizes plant canopies. It is defined as the one sided green leaf area per unit ground surface area (LAI = leaf area / ground area, m2 / m2) in broadleaf canopies. In conifers, three definitions for LAI have been used:
Half of the total needle surface area per unit ground surface area
Projected (or one sided, in accordance the definition for broadleaf canopies) needle area per unit ground area
Total needle surface area per unit ground area
The definition “half the total leaf area” pertains to biological processes, such as gas exchange, whereas the definition “projected leaf area” was disregarded because the projection of a given area in one direction may differ in another direction when leaves are not flat, thick, or 3D shaped. Moreover, “ground surface area” is specifically defined as “horizontal ground surface area” to clarify LAI on a sloping surface. The definition “half the total leaf area per unit horizontal ground surface area” is suitable for all kinds of leaves and flat or sloping surfaces. A leaf area index (LAI) expresses the leaf area per unit ground or trunk surface area of a plant and is commonly used as an indicator of the growth rate of a plant. LAI is a complex variable that relates not only to the size of the canopy, but also to its density, and the angle at which leaves are oriented in relation to one another and to light sources. In addition, LAI varies with seasonal changes in plant activity, and is typically highest in the spring when new leaves are being produced and lowest in late summer or early fall when leaves senesce (and may be shed). The study of LAI is called "phyllometry."
Түсіндіру және қолдану
LAI – бұл жер бетінің бірлік ауданына шаққандағы жапырақтардың жалпы ауданы, және ол өсімдіктердің қанша жарық сіңіре алатынымен тікелей байланысты. Бұл фотосинтез арқылы бастапқы өндіріс, булануды болжау және егін өсуін бағалау үшін қолданылатын маңызды көрсеткіш. Осылайша, LAI теориялық өндіріс экологиясында маңызды рөл атқарады. LAI мен жарық сіңіру арасындағы кері экспоненциалды байланыс орнатылған, ол бастапқы өндіріс деңгейіне тура пропорционалды: мұнда Pmax – ең жоғары бастапқы өндіріс, ал – дақылға тән өсу коэффициентін көрсетеді. Бұл кері экспоненциалды функция бастапқы өндіріс функциясы деп аталады. LAI 0-ден (жалаңаш жер) 10-нан астам (тығыз қылқан жапырақты ормандар) дейін өзгереді.
where Pmax designates the maximum primary production and designates a crop specific growth coefficient. This inverse exponential function is called the primary production function. LAI ranges from 0 (bare ground) to over 10 (dense conifer forests).
ЖАА анықтау
Жапырақ ауданы индексін (LAI) өсімдік шатырындағы жапырақтардың статистикалық маңызды үлгісін алып, әрбір үлгілік алақандағы жапырақ ауданын өлшеп, оны алақанның жер беті ауданына бөлу арқылы тікелей анықтауға болады. Жанама әдістер шатырдың геометриясын немесе жарықтың сіңуін өлшейді және оны LAI-мен байланыстырады.
Тікелей әдістер
Тікелей әдістерді жапырақты түрлерге жапырақ түсу кезінде, жапырақтарды шатыр астындағы белгілі бір ауданда орналасқан тұзақтарға жинау арқылы оңай қолдануға болады. Жиналған жапырақтардың ауданы жапырақ ауданы өлшегіш немесе бейне сканері және бейне талдау бағдарламалық құралы (ImageJ) және мобильді қосымшалар (Leafscan, Petiole Pro, Easy Leaf Area) арқылы өлшенуі мүмкін. Өлшенген жапырақ ауданын тұзақтардың ауданына бөлгенде ЛАИ-ды алуға болады. Балама ретінде, жиналған жапырақтардың ішіндегі бір бөлігінде жапырақ ауданы өлшеніп, оны жапырақтың құрғақ массасымен байланыстыруға болады (мысалы, нақты жапырақ ауданы арқылы, SLA см²/г). Осылайша, барлық жапырақтардың ауданын бірінен соң бірін өлшеудің қажеті жоқ, жиналған жапырақтарды кептіргеннен кейін (60–80°C температурада 48 сағат бойы) салмақтап өлшеу жеткілікті. Жапырақтың құрғақ массасын нақты жапырақ ауданымен көбейту арқылы жапырақ ауданына айналдыруға болады. Тұрақты жасыл өсімдіктерде тікелей әдістер міндетті түрде жойғыш болып табылады. Дегенмен, олар егістіктер мен жайылымдарда өсімдіктерді жинау және белгілі бір жер бетінің ауданындағы жапырақтарды өлшеу арқылы кеңінен қолданылады. Табиғи экожүйелерде, әсіресе мәңгі жасыл ағаш түрлерінің ормандырында мұндай жойғыш әдістерді қолдану өте қиын (сондай-ақ этикалық тұрғыдан да дұрыс емес). Орман шаруашылығы мамандары мәңгі жасыл орманның жапырақ ауданын анықтау үшін аллометриялық байланыстарды қолданатын әдістерді әзірледі. ЛАИ-ды бағалаудағы тікелей әдістердің қиындықтары мен шектеулеріне байланысты, олар көбінесе қолдануға оңай және жылдам жанама әдістер үшін анықтама ретінде қолданылады.
Әдістердің кемшіліктері
Тікелей әдістің кемшілігі – ол құрылымды бұзады, көп уақыт алады және қымбатқа соғады, әсіресе зерттеу аумағы өте үлкен болған жағдайда. Жанама әдістің кемшілігі – кейбір жағдайларда тығыз жапырақ қабаттарында жапырақ индексін (LAI) төмен бағалауы мүмкін, себебі ол бір-бірінің үстіне жатқан жапырақтарды ескермейді, ал теориялық LAI модельдері бойынша олар бір жапырақ ретінде қарастырылады. Жапырақ қабаттарындағы кездейсоқтық еместігін ескермеу LAI-ды 25%-ға дейін төмендетуі мүмкін. Жанама әдісте жол ұзындығының таралуын енгізу LAI-ды өлшеудің дәлдігін арттыруға көмектеседі. LAI-ды жанама түрде бағалау таңдалған деректерді талдау әдістеріне де сезімтал.