葉面積指数

葉面積指数（LAI）は、植物の樹冠を特徴付ける無次元量です。広葉樹の樹冠における単位地表面積あたりの片側緑葉面積（LAI = 葉面積 / 地表面積、m ² / m ²）として定義されます。^[1]針葉樹では、LAIには3つの定義が使用されています。

単位地表面積あたりの針葉表面積の半分^[2]
単位面積あたりの投影（または広葉樹林の定義に従って片側）針葉樹面積
単位面積あたりの針葉表面積^[3]

「総葉面積の半分」という定義は、ガス交換などの生物学的プロセスに関係しますが、「投影葉面積」の定義は、葉が平らでなかったり、厚くなかったり、3D形状でない場合、ある方向への特定の領域の投影が別の方向では異なる可能性があるため、無視されました。さらに、「地表面積」は、傾斜面上のLAIを明確にするために「水平地表面積」として具体的に定義されています。「単位水平地表面積あたりの総葉面積の半分」という定義は、あらゆる種類の葉と平坦または傾斜面に適しています。^[4]

葉面積指数 (LAI) は、植物の単位地上面積または幹面積あたりの葉面積を表し、植物の成長率の指標として一般的に使用されています。LAI は、樹冠の大きさだけでなく、樹冠の密度、葉が互いや光源に対して向いている角度にも関係する複雑な変数です。さらに、LAI は植物の活動の季節的な変化によって変化し、^[5]通常、新しい葉が生成される春に最も高くなり、葉が老化する (そして落葉する) 晩夏または初秋に最も低くなります。LAI の研究は「葉計測学」と呼ばれます。^[6]

解釈と応用

LAI は、単位面積あたりの葉の総面積の尺度であり、植物が遮断できる光の量に直接関係しています。これは、光合成による一次生産、蒸発散を予測し、作物の成長の参照ツールとして使用される重要な変数です。そのため、LAI は理論的な生産生態学において重要な役割を果たしています。LAI と光遮断の間には、一次生産率に直線的に比例する逆指数関係が確立されています。^[要出典]^[7]^[8]

P=P_{\max}\left(1-e^{-c\cdot LAI}\right)

ここで、P _{max は}最大一次生産量を示し、は作物固有の成長係数を示します。この逆指数関数は一次生産関数と呼ばれます。 $c$

LAIは0（裸地）から10以上（密集した針葉樹林）までの範囲である。^[9]

LAIの決定

LAIは、植物の樹冠から統計的に有意な葉のサンプルを採取し、サンプル区画あたりの葉面積を測定し、それを区画の土地表面積で割ることによって直接決定することができます。間接的な方法では、樹冠の形状または光の減衰を測定し、それをLAIと関連付けます。^[10]

直接的な方法

落葉樹種では、落葉中に樹冠の下に分布する一定面積のトラップで葉を収集することにより、直接法を簡単に適用できます。収集された葉の面積は、葉面積計または画像スキャナーと画像分析ソフトウェア (ImageJ) およびモバイルアプリケーション (Leafscan、Petiole Pro、Easy Leaf Area) を使用して測定できます。次に、測定した葉面積をトラップの面積で割って LAI を取得します。または、収集した葉のサブサンプルで葉面積を測定し、葉の乾燥質量にリンクすることもできます (例:比葉面積、SLA cm ² /g を使用)。そのようにすると、すべての葉の面積を 1 つずつ測定する必要はなく、収集した葉を乾燥後 (60～80 °C で 48 時間) に計量します。葉の乾燥質量に比葉面積を掛けたものが葉面積に変換されます。常緑樹
種に対する直接法は必然的に破壊的です。しかし、作物や牧草地では、植生を収穫し、一定の地表面積内で葉面積を測定することで広く使用されています。このような破壊的な技術を自然生態系、特に常緑樹の森林に適用することは非常に困難 (かつ非倫理的) です。森林管理者は、相対成長関係を通じて常緑樹林の葉面積を決定する技術を開発しました。LAI を推定する直接的な方法には困難さと限界があるため、これらの方法は主に、より簡単かつ迅速に適用できる間接的な方法の参考として使用されます。

間接的な方法

LAI を現場で間接的に推定する方法は、少なくとも次の 3 つのカテゴリに大別できます。

鉛直線や傾斜点方位図などの間接接触LAI測定^[要出典]
間接非接触測定
^{ライダー[11]}やマルチスペクトルイメージング^[12]などのリモートセンシングからの間接推定

最初の方法には主観性と労力がかかることから、間接的な非接触測定が一般的に好まれます。半球写真法、Delta-T Devices の Hemiview Plant Canopy Analyzer、CID Bio-Science の CI-110 Plant Canopy Analyzer [1]、LI-COR Biosciencesの LAI-2200 Plant Canopy Analyzer [2]、 Decagon Devicesの LP-80 LAI セプトメーター [3] などの非接触 LAI ツールは、LAI を非破壊的に測定します。半球写真法では、植物の樹冠の下で撮影された上向きの魚眼写真の分析から、LAI やその他の樹冠構造属性を推定します。LAI-2200 は、広角光学センサーで行われた太陽放射測定から、LAI やその他の樹冠構造属性を計算します。林冠の上と下で行われた測定は、5 つの角度での林冠の光遮断を決定するために使用され、ビールの法則に基づく植物林冠の放射伝達モデルを使用して LAI が計算されます。LP-80 は、林冠上と地上レベルの光レベルの差を測定し、葉の角度分布、太陽の天頂角、および植物の消光係数を考慮に入れることで LAI を計算します。LAI が他の変数 (林冠の形状、光遮断、葉の長さと幅、^[13]など) の観測に基づいて計算されるこのような間接的な方法は、一般的に高速で自動化しやすく、それによってより多くの空間サンプルを取得できます。直接的な (破壊的な) 方法と比較して利便性の理由から、これらのツールはますます重要になっています。

方法の欠点

直接法の欠点は、特に調査対象地域が非常に広い場合には、破壊的で時間がかかり、費用がかかることです。

間接法の欠点は、非常に密集した樹冠では、重なり合う葉を考慮せず、理論的なLAIモデルによれば基本的に1枚の葉として振る舞うため、LAIの値を過小評価する場合がある点である。^[14]^[15]樹冠内の非ランダム性を無視すると、LAIが最大25%過小評価される可能性があるが、間接法に経路長分布を導入すると、LAIの測定精度が向上する可能性がある。^[16] LAIの間接推定は、選択したデータ分析方法にも左右される。^[17]

参照

参考文献

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注記

一定条件下で栽培されたシロツメクサの生産率に対する最適な葉面積指数は存在しない
Law, BE、T. Arkebauer、JL Campbell、J. Chen、O. Sun、M. Schwartz、C. van Ingen、S. Verma。2008。陸地炭素観測：植生サンプリングおよびデータ提出のプロトコル。レポート 55、全球陸地観測システム。FAO、ローマ。87 ページ。
ドイツのギーセン大学のLAI定義

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