مؤشر مساحة الورقة

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة

مؤشر مساحة الورقة ( LAI ) أو نسبة مساحة الورقة هو كمية لا بُعدية تُميز غطاء النبات . يُعرَّف بأنه نسبة مساحة الورقة (LA) إلى مساحة الأرض ، بوحدات النظام الدولي للوحدات (SI) وهي متر مربع لكل متر مربع (م² / م² ) . في الأشجار عريضة الأوراق ، تُعرَّف مساحة الورقة بأنها الجزء الأخضر من جانب واحد من الورقة . [ 1 ] أما في الأشجار الصنوبرية ، فقد استُخدمت ثلاثة تعريفات لمساحة الورقة للإبر : مساحة السطح الكلية، ونصف مساحة سطح الإبرة الكلية، والمساحة المسقطة . [ 2 ] [ 3 ]

يشير تعريف "نصف مساحة الورقة الكلية" إلى العمليات البيولوجية، مثل تبادل الغازات ، بينما نادرًا ما يُستخدم تعريف "مساحة الورقة المسقطة"، لأن إسقاط مساحة معينة في اتجاه ما قد يختلف في اتجاه آخر عندما لا تكون الأوراق مسطحة أو سميكة أو ثلاثية الأبعاد. علاوة على ذلك، تُعرَّف "مساحة سطح الأرض" تحديدًا بأنها "مساحة سطح الأرض الأفقية" لتوضيح مؤشر مساحة الورقة على سطح مائل. أما تعريف "نصف مساحة الورقة الكلية لكل وحدة مساحة سطح أرض أفقية" فهو مناسب لجميع أنواع الأوراق والأسطح المسطحة أو المائلة. [ 4 ]

يُستخدم مؤشر مساحة الورقة (LAI) عادةً كمؤشر لمعدل نمو النبات. وهو متغير معقد لا يرتبط فقط بحجم الغطاء النباتي، بل بكثافته أيضًا، والزاوية التي تتجه بها الأوراق بالنسبة لبعضها البعض وبالنسبة لمصادر الضوء. بالإضافة إلى ذلك، يتغير مؤشر مساحة الورقة مع التغيرات الموسمية في نشاط النبات، [ 5 ] ويكون عادةً في أعلى مستوياته في الربيع عند إنتاج أوراق جديدة، وفي أدنى مستوياته في أواخر الصيف أو أوائل الخريف عند تساقط الأوراق (وربما تساقطها). يُطلق على دراسة مؤشر مساحة الورقة اسم "علم قياس الأوراق". [ 6 ]

التفسير والتطبيق

مؤشر مساحة الورقة (LAI) هو مقياس لمساحة الأوراق الكلية لكل وحدة مساحة أرضية، ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية الضوء التي يمكن للنباتات امتصاصها. وهو متغير مهم يُستخدم للتنبؤ بالإنتاج الأولي الضوئي ، والنتح، وكأداة مرجعية لنمو المحاصيل . ولذلك، يلعب مؤشر مساحة الورقة دورًا أساسيًا في علم البيئة الإنتاجي النظري . وقد تم إثبات وجود علاقة أسية عكسية بين مؤشر مساحة الورقة وامتصاص الضوء، والتي تتناسب طرديًا مع معدل الإنتاج الأولي: [ 7 ] [ 8 ]

P=Pالأعلى(1-هـ-ج⋅لأأنا){\displaystyle P=P_{\max }\left(1-e^{-c\cdot LAI}\right)}

حيث يشير P max إلى الحد الأقصى للإنتاج الأولي وج{\displaystyle c}يُحدد معامل نمو خاص بالمحصول . تُسمى هذه الدالة الأسية العكسية دالة الإنتاج الأولي .

يتراوح مؤشر مساحة الورقة (LAI) من 0 (أرض جرداء) إلى أكثر من 10 (غابات صنوبرية كثيفة). [ 9 ]

عزيمة

يمكن تحديد مؤشر مساحة الورقة (LAI) مباشرةً عن طريق أخذ عينة ذات دلالة إحصائية من أوراق الشجر من غطاء النبات ، وقياس مساحة الورقة لكل قطعة عينة، ثم قسمة الناتج على مساحة سطح الأرض للقطعة. أما الطرق غير المباشرة فتقيس هندسة الغطاء النباتي أو امتصاص الضوء وتربطها بمؤشر مساحة الورقة. [ 10 ]

الأساليب المباشرة

يمكن تطبيق الطرق المباشرة بسهولة على الأشجار المتساقطة الأوراق عن طريق جمع الأوراق أثناء تساقطها في مصائد موزعة أسفل مظلة الأشجار. تُقاس مساحة الأوراق المجمعة باستخدام جهاز قياس مساحة الأوراق أو ماسح ضوئي وبرنامج تحليل الصور (ImageJ) وتطبيقات الهواتف الذكية ( Leafscan ، Petiole Pro ، Easy Leaf Area ). ثم تُقسم مساحة الورقة المقاسة على مساحة المصائد للحصول على مؤشر مساحة الورقة (LAI). بدلاً من ذلك، يمكن قياس مساحة الورقة على عينة فرعية من الأوراق المجمعة وربطها بكتلة الورقة الجافة (مثلاً عبر مساحة الورقة النوعية ، SLA سم² / غ). بهذه الطريقة، لا داعي لقياس مساحة كل ورقة على حدة، بل يكفي وزن الأوراق المجمعة بعد تجفيفها (عند 60-80  درجة مئوية لمدة 48 ساعة). تُضرب كتلة الورقة الجافة في مساحة الورقة النوعية لتحويلها إلى مساحة الورقة. أما الطرق المباشرة في الأشجار دائمة الخضرة فهي بالضرورة طرق مدمرة. ومع ذلك، فهي شائعة الاستخدام في المحاصيل والمراعي من خلال حصاد الغطاء النباتي وقياس مساحة الورقة ضمن مساحة سطح أرضية محددة. من الصعب للغاية (بل ومن غير الأخلاقي) تطبيق هذه التقنيات المدمرة في النظم البيئية الطبيعية، لا سيما في غابات الأشجار دائمة الخضرة . وقد طوّر خبراء الغابات تقنيات لتحديد مساحة الأوراق في هذه الغابات من خلال العلاقات القياسية . ونظرًا لصعوبة ومحدودية الطرق المباشرة لتقدير مؤشر مساحة الأوراق، تُستخدم هذه الطرق في الغالب كمرجع للطرق غير المباشرة الأسهل والأسرع تطبيقًا.

الأساليب غير المباشرة

صورة نصف كروية لغطاء الغابة . تُستخدم نسبة مساحة الغطاء إلى مساحة السماء لتقريب مؤشر مساحة الورقة (LAI).

يمكن تقسيم الطرق غير المباشرة لتقدير مؤشر مساحة الورقة في الموقع تقريبًا إلى ثلاث فئات على الأقل:

  1. قياسات مؤشر مساحة الورقة (LAI) عن طريق التلامس غير المباشر، مثل خطوط الشاقول والمربعات النقطية المائلة.
  2. القياسات غير المباشرة بدون تلامس
  3. التقدير غير المباشر من الاستشعار عن بعد مثل LiDAR [ 11 ] والتصوير متعدد الأطياف [ 12 ] بما في ذلك مؤشرات مثل مؤشر اختلاف الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI) .

نظراً للطبيعة الذاتية والجهد المبذول في الطريقة الأولى، يُفضّل عادةً استخدام القياسات غير المباشرة التي لا تتطلب التلامس. ومن أدوات قياس مؤشر مساحة الورقة (LAI) التي لا تتطلب التلامس: التصوير نصف الكروي ، وجهاز تحليل غطاء النبات Hemiview من شركة Delta-T Devices، وجهاز تحليل غطاء النبات CI-110.محلل غطاء النبات LAI-2200 من شركة CID Bio-Scienceمن شركة LI-COR Biosciences وجهاز قياس امتصاص الضوء LP-80 LAIتقيس أجهزة Decagon Devices مؤشر مساحة الورقة (LAI) بطريقة غير مُتلفة. تُقدّر طرق التصوير نصف الكروي مؤشر مساحة الورقة وخصائص بنية الغطاء النباتي الأخرى من خلال تحليل صور عين السمكة الملتقطة من أسفل الغطاء النباتي. يحسب جهاز LAI-2200 مؤشر مساحة الورقة وخصائص بنية الغطاء النباتي الأخرى من قياسات الإشعاع الشمسي التي تُجرى باستخدام مستشعر بصري واسع الزاوية. تُستخدم القياسات التي تُجرى أعلى وأسفل الغطاء النباتي لتحديد امتصاص الضوء في الغطاء النباتي عند خمس زوايا، ومنها يُحسب مؤشر مساحة الورقة باستخدام نموذج لانتقال الإشعاع في الأغطية النباتية قائم على قانون بير . يحسب جهاز LP-80 مؤشر مساحة الورقة عن طريق قياس الفرق بين مستويات الإضاءة فوق الغطاء النباتي وعلى مستوى سطح الأرض، مع مراعاة توزيع زاوية الورقة، وزاوية سمت الشمس ، ومعامل امتصاص النبات. تُعدّ هذه الطرق غير المباشرة، التي يُحسب فيها مؤشر مساحة الورقة (LAI) بناءً على ملاحظات متغيرات أخرى (مثل هندسة الغطاء النباتي، واعتراض الضوء، وطول الورقة وعرضها، [ 13 ] إلخ)، أسرع عمومًا، وقابلة للأتمتة، مما يسمح بالحصول على عدد أكبر من العينات المكانية. ولأسباب تتعلق بسهولة استخدامها مقارنةً بالطرق المباشرة (التي تتطلب تحليلًا معمقًا)، تزداد أهمية هذه الأدوات يومًا بعد يوم.

عيوب الأساليب

أما عيوب الطريقة المباشرة فهي أنها مدمرة وتستغرق وقتاً طويلاً ومكلفة، خاصة إذا كانت منطقة الدراسة كبيرة جداً.

من عيوب الطريقة غير المباشرة أنها قد تُقلل من قيمة مؤشر مساحة الورقة (LAI) في بعض الحالات، خاصةً في الغطاء النباتي الكثيف، لأنها لا تأخذ في الحسبان الأوراق المتداخلة التي تُعامل كوحدة واحدة وفقًا لنماذج LAI النظرية. [ 14 ] [ 15 ] قد يؤدي تجاهل التوزيع غير العشوائي داخل الغطاء النباتي إلى التقليل من قيمة LAI بنسبة تصل إلى 25%، لذا فإن إدخال توزيع طول المسار في الطريقة غير المباشرة يُحسّن دقة قياس LAI. [ 16 ] كما أن التقدير غير المباشر لـ LAI يتأثر بشكل كبير بأساليب تحليل البيانات المُختارة. [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ واتسون، دي جيه (1947). "دراسات فسيولوجية مقارنة حول نمو المحاصيل الحقلية: 1. التباين في معدل التمثيل الضوئي الصافي ومساحة الورقة بين الأنواع والأصناف، وداخل السنوات وبينها" . حوليات علم النبات . 11 : 41-76 . doi : 10.1093/oxfordjournals.aob.a083148 .
  2. ↑ تشين، جيه إم؛ بلاك، تي إيه (1992). "تعريف مؤشر مساحة الورقة للأوراق غير المسطحة". الأرصاد الجوية الزراعية والحرجية . 57 : 1-12 . doi : 10.1016/0168-1923(91)90074-z .
  3. ↑ غولز، هنري ل.؛ فيتز، فرانكلين ك.؛ وارينغ، ر. هـ. (1976). "اختلافات مساحة الأوراق المرتبطة بمجتمعات الغابات القديمة في جبال كاسكيد الغربية بولاية أوريغون". المجلة الكندية لأبحاث الغابات . 6 (1): 49-57 . Bibcode : 1976CaJFR...6...49G . doi : 10.1139/x76-007 . S2CID 85319218 . 
  4. يان ، جي جي؛ هو، آر إتش؛ لو، جي إتش؛ ماري، دبليو؛ جيانغ، إتش إل؛ مو، إكس إتش؛ شي، دي إتش؛ تشانغ، دبليو إم (2019). "مراجعة للقياسات البصرية غير المباشرة لمؤشر مساحة الورقة: التطورات الحديثة والتحديات والآفاق" . مجلة الأرصاد الجوية الزراعية والحرجية . 265 : 390-411 . Bibcode : 2019AgFM..265..390Y . doi : 10.1016/j.agrformet.2018.11.033 .
  5. ↑ ماس، خوسيه مانويل؛ فوز، جيمس م.؛ سوانك، واين ت.؛ مارتينيز-يريزار، أنجلينا (1995-06-01). "التغيرات الموسمية لمؤشر مساحة الأوراق (LAI) في غابة استوائية نفضية في غرب المكسيك" . علم بيئة الغابات وإدارتها . 74 (1): 171-180 . Bibcode : 1995ForEM..74..171M . doi : 10.1016/0378-1127(94)03485-F . ISSN 0378-1127 . 
  6. ^ تومازيتش، إيرما؛ كوروسيك كوروزا ، زورا (2003/11/01). "صلاحية المعاملات الفسيولوجية المستخدمة للتمييز بين أصناف Locan Vitis Vinifera L." . الموارد الوراثية وتطور المحاصيل . 50 (7): 773–778 . بيب كود : 2003GRCEv..50..773T . دوى : 10.1023/أ:1025085012808 . ردمك 1573-5109 . S2CID 6333777 .  
  7. ↑ فيرمان، د.م.، وإي.ج. ألين. "العلاقة بين امتصاص الضوء، والغطاء الأرضي، ومؤشر مساحة الأوراق في البطاطس". مجلة العلوم الزراعية 113، العدد 3 (ديسمبر 1989): 355-359. doi : 10.1017/S0021859600070040 . https://www.niab.com/uploads/files/Light_interception_ground_cover_LAI_Firman_Allen_1989.pdf
  8. ↑ أسنر، غريغوري ب، وجوناثان إم أو سكورلوك، وجيفري أ هيك. "التوليف العالمي لملاحظات مؤشر مساحة الأوراق: الآثار المترتبة على الدراسات البيئية والاستشعار عن بعد". علم البيئة العالمي ، 2003، 15. http://www2.geog.ucl.ac.uk/~mdisney/teaching/teachingNEW/GMES/LAI_GLOBAL_RS.pdf مؤرشف في 17 أبريل 2018 على موقع Wayback Machine
  9. ↑ إيو، أتسوهيرو؛ هيكوساكا، كوكي؛ أنتين، نيلز بي آر؛ ناكاغاوا، يوشياكي؛ إيتو، أكيهيكو (2014). "الاعتماد العالمي لمؤشر مساحة الأوراق المرصودة ميدانيًا في الأنواع الخشبية على المناخ: مراجعة منهجية". علم البيئة العالمي والجغرافيا الحيوية . 23 (3): 274-285 . Bibcode : 2014GloEB..23..274I . doi : 10.1111/geb.12133 . ISSN 1466-8238 . 
  10. ↑ بريدا، ن. (2003). "القياسات الأرضية لمؤشر مساحة الورقة: مراجعة للطرق والأدوات والخلافات الحالية". مجلة علم النبات التجريبي . 54 (392): 2403-2417 . doi : 10.1093/jxb/erg263 . PMID 14565947 . 
  11. ↑ تشاو، كايغوانغ؛ بوبيسكو، سورين (2009). "رسم خرائط مؤشر مساحة الأوراق باستخدام تقنية الليدار واستخدامها للتحقق من صحة منتج مؤشر مساحة الأوراق من القمر الصناعي GLOBCARBON في غابة معتدلة في جنوب الولايات المتحدة الأمريكية" . الاستشعار عن بعد للبيئة . 113 (8): 1628-1645 . Bibcode : 2009RSEnv.113.1628Z . doi : 10.1016/j.rse.2009.03.006 .
  12. ↑ تشين، جيه إم؛ سيهلار، جوزيف (1996). "استخلاص مؤشر مساحة أوراق غابات الصنوبر الشمالية باستخدام صور لاندسات TM". الاستشعار عن بعد للبيئة . 55 (2): ص 153-162. Bibcode : 1996RSEnv..55..153C . doi : 10.1016/0034-4257(95)00195-6 .
  13. ↑ بلانكو، ف.ف.؛ فوليجاتي، م.ف. (2003). "طريقة جديدة لتقدير مؤشر مساحة أوراق نباتات الخيار والطماطم" . البستنة البرازيلية . 21 (4): 666-669 . doi : 10.1590/S0102-05362003000400019 .
  14. ↑ فيلهلم، دبليو دبليو؛ رووي، ك؛ شليمر، إم آر (2000). "مقارنات بين ثلاثة أجهزة لقياس مؤشر مساحة الأوراق في غطاء نبات الذرة" . علوم المحاصيل . 40 (4): 1179-1183 . doi : 10.2135/cropsci2000.4041179x . S2CID 6461200 . 
  15. ↑ تشاو، كايغوانغ؛ غارسيا، ماريانو؛ غو، تشينغوا؛ ليو، شو؛ تشن، غانغ؛ تشانغ، شويسونغ؛ تشو، يويو؛ شوليان، مينغ. (2015). "الاستشعار عن بعد للغابات باستخدام تقنية الليدار الأرضية: تقديرات الاحتمالية القصوى لملف تعريف الغطاء النباتي، ومؤشر مساحة الأوراق، وتوزيع زاوية الأوراق". مجلة الأرصاد الجوية الزراعية والحرجية . 209 : 100-113 . Bibcode : 2015AgFM..209..100Z . doi : 10.1016/j.agrformet.2015.03.008 .
  16. ↑ هو، رونغهاي؛ يان، غوانغجيان؛ مو، شيهان؛ لو، جينغهوي (2014). "القياس غير المباشر لمؤشر مساحة الورقة بناءً على توزيع طول المسار". الاستشعار عن بعد للبيئة . 155 : 239-247 . Bibcode : 2014RSEnv.155..239H . doi : 10.1016/j.rse.2014.08.032 .
  17. ↑ تشاو، كايغوانغ؛ ريو، يونغريل؛ هو، تونغشي؛ غارسيا، ماريانو؛ يانغ، لي؛ ليو، تشن؛ لوندو، أليكسيس؛ وانغ، تشاو (2019). "كيفية تحسين تقدير مؤشر مساحة الورقة وتوزيع زاوية الورقة من التصوير الرقمي نصف الكروي؟ التحول إلى نموذج الانحدار غير الخطي الثنائي" . مناهج في علم البيئة والتطور . 10 (11): 1864-1874 . Bibcode : 2019MEcEv..10.1864Z . doi : 10.1111/2041-210X.13273 .

ملحوظات