葉面積指数 (LAI )または葉面積比は、植物の 樹冠を 特徴付ける無次元量 です。これは、葉面積 (LA)と地表面積 の比 として定義され、SI 単位 は平方メートル /平方メートル(m 2 /m 2 )です。広葉樹の 樹冠では、葉面積は 葉 の片面の緑色の部分として定義されます。[ 1 ] 針葉樹 では、LA の定義として、針葉 の総表面積、針葉の総表面積の半分、投影面積 の3 つが使用されています。[ 2 ] [ 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するものであり、「投影葉面積」という定義は、葉が平らでなく、厚くなく、3D形状でない場合、ある方向への特定の面積の投影が別の方向では異なる可能性があるため、ほとんど使用されません。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らな面または傾斜面に適しています。[ 4 ]
LAIは、植物の成長速度の指標としてよく用いられます。LAIは、樹冠の大きさだけでなく、その密度、葉が互いに、また光源に対してどの角度で向いているか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動し[ 5 ] 、通常は新しい葉が生成される春に最も高く、葉が老化(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」と呼ばれます[ 6 ] 。
解釈と応用 LAIは、単位地表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量に直接関係しています。これは、光合成一次生産 、蒸発散を予測するために使用される重要な変数であり、 作物の 成長の基準ツールとしても使用されます。このように、LAIは理論的な生産生態学 において重要な役割を果たします。LAIと光遮断の間には逆指数関数的な関係があり、光遮断は一次生産速度に線形的に比例することが確立されています。[ 7 ] [ 8 ]
P = P 最大 ( 1 − e − c ⋅ L A 私 ) {\displaystyle P=P_{\max }\left(1-e^{-c\cdot LAI}\right)} ここで、P max は 最大一次生産量 を表し、c {\displaystyle c} 作物固有の成長係数 を表します。この逆指数関数は 一次生産関数 と呼ばれます。
LAIは0(裸地)から10以上(密生した針葉樹林)までの範囲である。[ 9 ]
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、サンプル区画ごとの葉面積を測定し、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に関連付けます。[ 10 ]
直接法 直接法は、落葉樹 種では、落葉時に樹冠下に配置された一定面積のトラップで葉を収集することで容易に適用できます。収集した葉の面積は、葉面積計またはイメージスキャナ と画像解析ソフトウェア(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。測定された葉面積をトラップの面積で割ると、LAIが得られます。あるいは、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(例えば、比葉面積 、SLA cm 2 /g を介して)と関連付けることもできます。この方法では、すべての葉の面積を1枚ずつ測定する必要はなく、収集した葉を乾燥後(60~80 ℃で48時間)に重量を測定すれば済みます。葉の乾燥質量に比葉面積 を乗じることで、葉面積に変換できます。常緑樹 種 における直接法は、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、一定の地表面積内の葉面積を測定することで広く使用されています。自然生態系、特に常緑樹 林において、このような破壊的な手法を適用することは非常に困難であり、倫理的にも問題があります。林業家は、アロメトリー 関係を用いて常緑樹 林の葉面積を測定する手法を開発してきました。しかし、葉面積 指数(LAI)を直接推定する方法には困難と限界があるため、それらは主に、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用いられています。
方法の欠点 直接法の欠点は、破壊的であり、時間と費用がかかることであり、特に調査対象地域が非常に広い場合はその傾向が顕著になる。
間接法の欠点は、非常に密な樹冠では、場合によっては LAI の値を過小評価する可能性があることです。これは、互いに重なり合って、理論的な LAI モデルに従って実質的に 1 つの葉として作用する葉を考慮していないためです。[ 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ります。間接法に経路長分布を導入すると、LAI の測定精度が向上します。[ 16 ] LAI の間接推定は、選択したデータ分析方法にも影響を受けます。[ 17 ]
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