葉面積指數(shù)（葉片總面積占土地面積的倍數(shù)）
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葉面積指數(shù)
葉片總面積占土地面積的倍數(shù)
葉面積指數(shù)，亦稱葉面積系數(shù)。是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù)。它與植被的密度、結(jié)構(gòu)（單層或復(fù)層）、樹(shù)木的生物學(xué)特性（分枝角、葉著生角、耐蔭性等）和環(huán)境條件（光照、水分、土壤營(yíng)養(yǎng)狀況）有關(guān)，是表示植被利用光能狀況和冠層結(jié)構(gòu)的一個(gè)綜合指標(biāo)。
基本信息
| 中文名 | 葉面積指數(shù) |
| 外文名 | leaf area index |
| 別名 | 葉面積系數(shù) |
| 定義 | 單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù) |
| 計(jì)算公式 | 葉面積指數(shù)=葉片總面積/土地面積 |
| 測(cè)定方法 | 直接方法、間接方法 |
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定義
葉面積指數(shù)（leaf area index）又叫葉面積系數(shù)，是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù)。即：葉面積指數(shù)=葉片總面積/土地面積。在田間試驗(yàn)中，葉面積指數(shù)（LAI）是反映植物群體生長(zhǎng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小直接與最終產(chǎn)量高低密切相關(guān)。
計(jì)算公式
常用葉面積指數(shù)（LAI）由下式中求得：葉面積用直尺測(cè)量每株各葉片的葉長(zhǎng)（Lij）和最大葉寬（Bij）。式中，n為第j株的總?cè)~片數(shù)；m為測(cè)定株數(shù)；ρ種為種植密度。
作用及意義
葉面積指數(shù)是反映作物群體大小的較好的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。葉面積指數(shù)可以反映在一定的范圍內(nèi)，作物的產(chǎn)量隨葉面積指數(shù)的增大而提高。當(dāng)葉面積指數(shù)增加到一定的限度后，田間郁閉，光照不足，光合效率減弱，產(chǎn)量反而下降。蘋(píng)果園的最大葉面積指數(shù)一般不超過(guò)5，能維持在3~4較為理想。盛果期的紅富士蘋(píng)果園，生長(zhǎng)期畝枝量維持在10~12萬(wàn)條之間，葉面積指數(shù)基本能達(dá)到較為適宜的指標(biāo)。
氮對(duì)提高葉面積指數(shù)、光合勢(shì)、葉綠素含量和生長(zhǎng)率均有促進(jìn)作用，而凈同化率隨施氮增加而下降。施氮對(duì)大豆光合速率無(wú)顯著影響。隨施氮增加葉面積指數(shù)提高的正效應(yīng)可以抵消凈同化率下降的負(fù)效應(yīng)，從而最終獲得一個(gè)較高的生長(zhǎng)率。因此，高產(chǎn)栽培首先應(yīng)考慮獲得適當(dāng)大的葉面積指數(shù)。
在生態(tài)學(xué)中，葉面積指數(shù)是生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，用來(lái)反映植物葉面數(shù)量、冠層結(jié)構(gòu)變化、植物群落生命活力及其環(huán)境效應(yīng)，為植物冠層表面物質(zhì)和能量交換的描述提供結(jié)構(gòu)化的定量信息，并在生態(tài)系統(tǒng)碳積累、植被生產(chǎn)力和土壤、植物、大氣間相互作用的能量平衡，植被遙感等方面起重要作用。
測(cè)定方法
直接方法
直接測(cè)定方法是一種傳統(tǒng)的、具有一定破壞性的方法。
1、葉面積的測(cè)定，傳統(tǒng)的格點(diǎn)法和方格法。
3、儀器測(cè)定法。葉面積測(cè)定儀可以分成兩種類型，分別通過(guò)掃描和拍攝圖像獲取葉面積。掃描型葉面積儀主要由
掃描器（掃描相機(jī)）、數(shù)據(jù)處理器、處理軟件等組成，可以獲得葉片的面積、長(zhǎng)度、寬度、周長(zhǎng)、葉片長(zhǎng)度比和形狀因子以及累積葉片面積等數(shù)據(jù)，主要儀器有：CI-202便攜式葉面積儀、LI-3000臺(tái)式或便攜式葉面積儀、AM-300手持式葉面積儀等。此外，還有使用臺(tái)式掃描儀和專業(yè)圖像分析軟件測(cè)定的方法。圖像處理型葉面積儀由數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)處理器、處理分析軟件和計(jì)算機(jī)等組成，可以獲取葉片面積、形狀等數(shù)據(jù)，主要儀器有：WINDI2AS圖象分析系統(tǒng)、SKYE葉片面積圖像分析儀、Decagon-Ag圖象分析系統(tǒng)、WinFOLIA多用途葉面積儀。
葉面積指數(shù)
間接方法
1、點(diǎn)接觸法
式中，LAI為葉面積指數(shù)，n為探針接觸到的葉片數(shù)，G（θ）為投影函數(shù)，θ為天頂角.
當(dāng)天頂角為57.5°時(shí)，假設(shè)葉片隨機(jī)分布和葉傾角橢圓分布，則冠層葉片的傾角對(duì)消光系數(shù)K的影響最小，此時(shí)采用32.5°傾角刺入冠層，會(huì)得出較準(zhǔn)確的結(jié)果，用以下公式計(jì)算.
點(diǎn)接觸法是由測(cè)定群落蓋度的方法演進(jìn)而來(lái)的，在小作物L(fēng)AI的測(cè)量中較準(zhǔn)確，但在森林中應(yīng)用比較困難，主要是由于森林植物樹(shù)體高大以及針葉樹(shù)種中高密度的針葉影響了測(cè)定。
2、消光系數(shù)法
該法通過(guò)測(cè)定冠層上下輻射以及與消光系數(shù)該法通過(guò)測(cè)定冠層上下輻射以及與消光系數(shù)相關(guān)的參數(shù)來(lái)計(jì)算葉面積指數(shù)，前提條件是假設(shè)葉片。隨機(jī)分布和葉傾角呈橢圓分布，由Beer-Lambert定
律知：
式中：LAI為葉面積指數(shù)，Q0和Q分別為冠層上下部的太陽(yáng)輻射，k為特定植物冠層的消光系數(shù)，一般在0.13～1.15變化，其計(jì)算公式為：
其中x為葉傾角分布參數(shù)，θ為天頂角。消光系數(shù)k與植物種類、天頂角、葉片傾角以及非葉生物量有關(guān)，在確定時(shí)常需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式獲得，如關(guān)德新等在研究長(zhǎng)白山針闊葉混交林時(shí)，利用觀測(cè)結(jié)果反推消光系數(shù)k值。該方法中消光系數(shù)如果能夠準(zhǔn)確地加以測(cè)量，那么得出的葉面積指數(shù)也較準(zhǔn)確.
3、經(jīng)驗(yàn)公式法
經(jīng)驗(yàn)公式法利用植物的胸徑、樹(shù)高、邊材面積、冠幅等容易測(cè)量的參數(shù)與葉面積或葉面積指數(shù)的相關(guān)關(guān)系建立經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。研究表明：葉面積指數(shù)與胸徑平方和樹(shù)高的乘積有顯著的指數(shù)相關(guān)性，邊材面積與葉面積具有很高的相關(guān)性，林冠開(kāi)闊度與葉面積指數(shù)呈較好的指數(shù)關(guān)系。經(jīng)驗(yàn)公式法的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量參數(shù)容易獲取，對(duì)植物破壞性小，效率較高，然而經(jīng)驗(yàn)公式具有特定性，并不適合于任何樹(shù)種，因而該法的應(yīng)用具有一定的局限性.
4、遙感方法
衛(wèi)星遙感方法為大范圍研究LAI提供了有效的途徑。主要有2種遙感方法可用來(lái)估算葉面積指數(shù)，一種是統(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)NDVI、比植被指數(shù)RVI和垂直植被指數(shù)PVI與實(shí)測(cè)LAI建立模型。這種方法輸入?yún)?shù)單一，不需要復(fù)雜的計(jì)算，因此成為遙感估算LAI的常用方法。但不同植被類型的LAI與植被指數(shù)的函數(shù)關(guān)系會(huì)有所差異，在使用時(shí)需要重新調(diào)整、擬合。另一種是光學(xué)模型法，它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，采用迭代的方法來(lái)推算LAI.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是有物理模型基礎(chǔ)，不受植被類型的影響，然而由于模型過(guò)于復(fù)雜，反演非常耗時(shí)，且反演估算LAI過(guò)程中有些函數(shù)并不總是收斂的.
5、光學(xué)儀器法
光學(xué)儀器法按測(cè)量原理分為基于輻射測(cè)量的方法和基于圖像測(cè)量的方法.
⑴基于輻射測(cè)量的方法。該方法是通過(guò)測(cè)量輻射透過(guò)率來(lái)計(jì)算葉面積指數(shù)，主要儀器有：LAI-2000、AccuPAR、Sunscan、SunfleckceptometerDemon和TRAC(TracingRadiationandArchitectureofCano2pies）等.這些儀器主要由輻射傳感器和微處理器組成，它們通過(guò)輻射傳感器獲取太陽(yáng)輻射透過(guò)率、冠層空隙率、冠層空隙大小或冠層空隙大小分布等參數(shù)來(lái)計(jì)算葉面積指數(shù).前5種儀器都假設(shè)均一冠層、葉片隨機(jī)分布和橢圓葉角分布，在測(cè)量葉簇生冠層時(shí)有困難。而TRAC通過(guò)測(cè)量集聚指數(shù)，能有效地解決集聚效應(yīng)的問(wèn)題，使得葉面積指數(shù)計(jì)算可以不用假設(shè)葉片在空間隨機(jī)分布，減小了有效葉面積指數(shù)與現(xiàn)實(shí)葉面積指數(shù)之間計(jì)算的誤差.基于輻射測(cè)量?jī)x器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量簡(jiǎn)便快速，但容易受天氣影響，常需要在晴天下工作.
⑵基于圖像測(cè)量的方法.該方法是通過(guò)獲取和分析植物冠層的半球數(shù)字圖像來(lái)計(jì)算葉面積指數(shù)，儀器主要有CI-100、WINSCANOPY、HemiView、HCP(HemisphericalCanopyPhotography）等，這些圖像分析系統(tǒng)通常由魚(yú)眼鏡頭、數(shù)碼相機(jī)、冠層圖像分析軟件和數(shù)據(jù)處理器組成.其原理是通過(guò)魚(yú)眼鏡頭和數(shù)碼相機(jī)獲取冠層圖像，利用軟件對(duì)冠層圖像進(jìn)行分析，計(jì)算太陽(yáng)輻射透過(guò)系數(shù)、冠層空隙大小、間隙率參數(shù)等，進(jìn)而推算有效葉面積指數(shù)。基于圖像測(cè)量的儀器和方法測(cè)量精度較高，速度則較基于輻射測(cè)量的儀器慢，且常需要對(duì)圖像進(jìn)行后期處理.此外，測(cè)量時(shí)需要均一的光環(huán)境，如黎明、黃昏、陰天等，晴天會(huì)使魚(yú)眼鏡頭低估或者高估太陽(yáng)輻射或散射。
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