شاخص سطح برگ چیست؟
فهرست
همه کشاورزان می‌خواهند بدانند که گیاهان و محصولات کشاورزی آن‌ها به چه موادی نیاز دارند تا به شکل مؤثرتری رشد کنند و محصول دهند. درواقع برای رشد و محصول دهی آرمانی گیاهان، پارامترهای بسیاری نیاز است که شاید تا چند سال پیش به‌صورت تجربی در مورد مواد موردنیاز و شرایط نگهداری هر نوع گیاه، دستورالعمل‌هایی ارائه می‌شد؛ اما امروزه و با پیدایش کشاورزی نوین و ابزارهای کارآمد، می‌توان به‌طور دقیق‌تری در مورد نحوه‌ی کشت هر گیاه در مناطق خاص، صحبت کرد. شاخص سطح برگ یا Leaf Area Index می‌تواند اطلاعات بسیار مفیدی در رابطه با فتوسنتز گیاهان و ساختار آن‌ها به ما دهد. ارزیابی و بررسی این شاخص نقش بسزایی در کشاورزی نوین دارد و با استفاده از پایش کشاورزی می‌توان به آن دسترسی پیدا کرد. شاید با شنیدن نام شاخص سطح برگ و تأثیر آن در کشاورزی این سؤال‌ها در ذهنتان پدید آمده که:
- شاخص سطح برگ چیست و چگونه می‌تواند موجب بهبود کشاورزی شود؟
- چطور می‌توان شاخص سطح برگ یک مزرعه را محاسبه کرد؟
- و این‌که چطور می‌توان از داده‌های این شاخص برای بهبود وضعیت کشت، بهره برد؟
ما در این مقاله به معرفی کامل LAI خواهیم پرداخت؛ پس تا انتها با ما همراه باشید.
همچنین شما می توانید برای مطالعه بیشتر مقاله شاخص های گیاهی،شاخص پوشش گیاهی ndvi چیست؟بخوانید تا در مورد انواع شاخص های گیاهی بیشتر آگاه شوید.
شاخص سطح برگ چیست؟
شاخص سطح برگ یا LAI معیاری است که با استفاده از آن پوشش گیاهی محصول را نسبت به مزرعه یا زمین کشاورزی توصیف می‌کنند. این معیار جزو مهم‌ترین واصلی‌ترین پارامترهای مربوط به اندازه‌گیری برگ و فعالیت آن است ویک متغیر برای محاسبه‌ی میزان تراکم برگ‌های گیاهان، محسوب می‌شود. درواقع ازآنجایی‌که میزان تراکم برگ‌ها و سایز برگ‌ها در تاج گیاه، تأثیر بسیار زیادی در جذب نور، فتوسنتز و حتی تعریق گیاه دارد، این شاخص می‌تواند اطلاعات مهمی را درباره‌ی وضعیت گیاه و مزرعه، در پی داشته باشد.
این شاخص اولین بار در سال 1947 توسط واتسون ارائه شد و تا حدود زیادی مشکل مطالعه فتوسنتز را در جوامع گیاهان زراعی برطرف نمود و عبارتست از نسبت سطح برگ به سطح زمینی که برگ‌ها روی آن سایه‌اندازی نموده‌اند، بنابراین LAI بدون واحد می‌باشد و اگر بعنوان نمونه LAI=2.5 باشد بدان معنی است که در هر متر مربع سطح زمین، 2.5 مترمربع سطح برگ وجود دارد.
به‌عنوان‌مثال اگر LAI یک گیاه به‌اندازه 0.5 باشد، به این معنی است که این گیاه دارای میزان برگی است که می‌تواند نصف یک زمین یا مزرعه با مساحت مشخص را پوشش دهد. یا به‌عبارت‌دیگر 0.5 واحد LAI برای یک سطح زمین 1000 متری به معنای 500 متر سطح برگ در این مقیاس است.
این شاخص را می‌توان برای مقیاس‌های مختلفی نظیر بخش کوچکی از مزرعه و تعمیم چند نمونه به فضای کل، به کاربرد. با استفاده از LAI متوجه می‌شوید که پوشش گیاهی یک زمین در کدام قسمت بیشتر و در کدام قسمت کمتر است.
اهمیت شاخص سطح برگ
LAI اطلاعات بسیار زیاد و پرسودی در رابطه با تنش‌های محیطی به ما خواهد داد. علاوه بر این، برای پایش کشاورزی از اهمیت زیادی برخوردار است. در این شاخص، برگ مهم‌ترین جزء محسوب می‌شود. برخی تعاملات برگ با جو عبارت‌اند از:
- تأثیر نور بر روی گیاه برای فتوسنتز
- جذب دی‌اکسید کربن و تولید اکسیژن به‌عنوان محصول فرعی فتوسنتز
- تأثیر بادبر برگ‌ها
- تبخیر و تعرق که باعث از دست رفتن بخارآب می‌شوند و با ایجاد فشار منجر به جذب آب از زمین خواهند شد.
کربوهیدرات‌هایی که در طول فتوسنتز تولید می‌شوند در برگ‌ها ذخیره خواهند شد؛ به همین دلیل برگ‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند و رشد گیاه را به دنبال دارند. برگ‌ها بخش عمده‌ی ماده خشک یا زیست‌توده گیاه را تولید می‌کنند؛ ازاین‌رو جزو مهم‌ترین شاخص‌ها برای بررسی تبدیل انرژی در گیاه و اثر بارش و تابش بر روی آن هستند. LAI یک شاخص دقیق برای نشان دادن میزان رشد گیاه است؛ به همین دلیل بیشتر مطالعات در زمینه باغبانی، زراعت و عواملی مانند آبیاری و کود را بر اساس بازده گیاه و LAI اندازه‌گیری می‌کنند.
اهمیت شاخص سطح برگ در کشاورزی
شاخص سطح برگ در پایش هوایی زمین‌های کشاورزی اهمیت دارد و آن را جزو متغیرهای بیوفیزیکی کلیدی به شمار می‌آورند. همان‌طور که پیش‌ازاین توضیح داده شد، این شاخص در ارتباط گیاه با محیط اطراف تأثیرگذار است. علاوه بر این برای مدل‌سازی محصولات کشاورزی و پایش کشاورزی از LAI استفاده می‌شود.
اهمیت LAI در اکولوژی
اهمیت LAI فقط محدود به کشاورزی نمی‌شود؛ بلکه در زمینه‌های دیگر و فراتر از کشاورزی نیز از آن استفاده خواهد شد. درواقع این شاخص را نوعی پارامتر کلیدی واصلی در اکوسیستم‌ها و بومی شناسی گیاهان می‌دانند. درواقع ازآنجایی‌که تغییرات تنفس و فتوسنتز گیاهان، در کنترل میزان بهره‌وری از تابش نور خورشید و همچنین بارش باران در یک منطقه تأثیرگذار است؛ بنابراین برای تحقیقات اقلیم‌شناسی و محیط‌زیست نیز کاربرد دارد. با کمک آن می‌توان میزان آلودگی هوا در مناطق مختلف را بررسی و مقایسه کرد. به‌این‌ترتیب که LAI را برای درختان یک ناحیه یا حتی درختان یک جنگل موردبررسی قرار می‌دهند و به اطلاعات مهمی دست خواهند یافت.
کاربرد و اهمیت شاخص سطح برگ در کشاورزی
ازآنجایی‌که برگ‌ها ضروری‌ترین عضو برای فتوسنتز هستند و بخش عظیمی از زیست‌توده را تشکیل می‌دهند، تعداد برگ‌ها در کنار LAI بر بازده محصولات اثرگذار است. به‌علاوه در بیشتر مدل‌های شبیه‌سازی محصولات، از این شاخص برای پیش‌بینی و تخمین میزان و بازده محصول استفاده می‌شود. رابطه‌ای که بین LAI و بازده برقرار می‌شود، رابطه ساده‌ای نیست و بر اساس مرحله رشد گیاه و نوع محصول متفاوت خواهد بود. برای این‌که بتوانید بازده محصول را به‌طور دقیق و بهینه اندازه‌گیری کنید، بهتر است این شاخص را در تمامی مراحل چرخه رشد گیاه محاسبه نمایید. درنهایت میتوانید LAI را در سال‌های مختلف مقایسه کنید و اطلاعات دقیقی در مورد عملکرد محصول به دست آورید.
محصولات برگ‌دار
در رابطه با محصولاتی که قسمت برگ‌دار آن‌ها طرفداران زیادی دارد، مانند اسفناج و کاهو، دارا بودن LAI بالا یا به‌عبارت‌دیگر داشتن برگ بیشتر باعث افزایش سود خواهد شد.
میوه‌ها
زمانی که درخت جوان است، بالا بودن LAI باعث بهبود عملکرد میوه می‌شود. بااین‌وجود، درصورتی‌که تاج‌پوششی ضخامت زیادی داشته باشد باعث می‌شود که نور نتواند به سطوح و میوه‌های پایینی برسد و کیفیت و کمیت عملکرد درختان میوه کاهش خواهد یافت. درنتیجه میزان شاخص LAI بر اساس دوره رشد درختان تفاوت دارد.
سبزیجات
در اکثر سبزیجات، بالا بودن فتوسنتز باعث بالا رفتن عملکرد خواهد شد. بنابراین در سبزیجات هر چه میزان LAI بیشتر باشد، برای گیاه مطلوب‌تر است. در سبزیجاتی مثل گوجه‌فرنگی، کاهش شاخص LAI بر روی عملکرد و میزان زیست‌توده تأثیر می‌گذارد؛ البته افزایش آن بیشتر از یک مقدار معین نیز باعث افزایش عملکرد گیاه نخواهد شد. LAI در بازه 3 تا 4 مناسب‌ترین میزان برای گیاه گوجه‌فرنگی است.
غلات
در غلات LAI تعیین‌کننده تجمع زیست‌توده است. البته لازم به ذکر است که مقدار شاخص بر اساس نوع غلات متفاوت خواهد بود. برای مثال در برنج، افزایش میزان LAI نشانه خوبی است؛ در حالیکه در سورگوم، افزایش LAI با عملکرد محصول رابطه معکوس دارد. به‌عبارت‌دیگر با افزایش شاخص سطح برگ، بازده گیاه سورگوم کاهش می‌یابد.
تفاوت بین شاخص پوشش گیاهی و سطح برگ
یکی دیگر از اصطلاحات پرکاربرد در کشاورزی مدرن، شاخص پوشش گیاهی است که شاید با شاخص سطح برگ اشتباه گرفته شود. اما این دو مؤلفه کاملاً جدا بوده و هر دو شاخص، در کشاورزی مدرن از اهمیت خاص خود برخوردار هستند. تا اینجای کار توضیح دادیم که شاخص سطح برگ چیست، اما برای فهمیدن فرق این دو مؤلفه، باید بدانیم که شاخص پوشش گیاهی چیست. شاخص پوشش گیاهی یا NDVI نوعی شاخص برای بررسی سلامت پوشش گیاهی است و طبق نحوه بازتاب گیاه در محدوده‌ی خاصی از طیف الکترومغناطیسی را شامل می‌شود. به‌عبارت‌دیگر NDVI نشان‌دهنده سلامت گیاهان طبق نحوه انعکاس امواج نوری توسط آن‌ها است.
با کمک شاخص NDVI و اطلاعات و تصاویر به‌دست‌آمده از پایش هوایی زمین‌های کشاورزی میتوانید به نقشه رنگی و دقیق محل موردمطالعه دست‌یابید. همچنین با استفاده از آن میتوانید سلامت زمین و تراکم گیاهی را ارزیابی نمایید. درصورتی‌که شاخص LAI در رابطه با وضعیت برگ اطلاعاتی به ما می‌دهد، یعنی با کمک آن می‌توان به اطلاعات مهمی در مورد سطح برگ، تعرق، تبخیر و میزان فتوسنتز دست‌یافت. ازآنجایی‌که گیاهان مختلفی در یک منطقه وجود دارد و هر یک از آن‌ها برگ‌های متنوعی دارند، شاخص سطح برگ هر یک از آن‌ها متفاوت خواهد بود. بنابراین پیشنهاد می‌شود که برای یک منطقه یا مزرعه، هر دو شاخص را باهم موردبررسی قرار دهید.
روش‌های محاسبه شاخص سطح برگ، شاخص سطح برگ مطلوب و بحرانی
بر اساس اطلاعات و داده‌هایی که از گیاهان یک منطقه به دست می‌آید، به دو روش می‌توان شاخص سطح برگ را محاسبه کرد. انتخاب هر یک از این روش‌ها به بودجه شما بستگی خواهد داشت و شامل موارد زیر هستند:
ارزیابی LAI به‌صورت مستقیم یا Direct
از این روش ارزیابی برای پروژه‌های کوچک و با بودجه کم استفاده می‌شود. میزان دقت روش مستقیم بالا است، اما ممکن است انجام آن زمان زیادی از شما بگیرد. در این روش باید برگ‌های در حال ریختن را جمع‌آوری نمایید و LAI آن‌ها را محاسبه نمایید. برای این منظور، ازآنجایی‌که برگ‌های تاج گیاه موردنظر هستند، با قرار دادن سطح مناسب، می‌توان این برگ‌ها را در فصل ریزش جمع‌آوری کرده و سپس به محاسبه‌ی شاخص پرداخت. میتوانید از مترها و اسکنرهای مخصوص استفاده کنید و سطح برگ را بر اساس آن‌ها اندازه‌گیری نمایید.
راه‌حل دیگری نیز برای اندازه‌گیری شاخص سطح برگ به‌صورت مستقیم وجود دارد که شاید در نگاه اول کمی سخت‌تر به نظر برسد؛ اما روی‌هم‌رفته نیاز به محاسبات کمتری دارد. در این روش نیازی به محاسبه سطح تک‌تک برگ‌ها جداگانه نیست و به این صورت است که پس از جمع‌آوری برگ‌ها، برگ‌ها را خشک می‌کنیم و سپس با وزن کردن مجموعه‌ی برگ‌ها و ضرب این وزن در ضریب نسبت برگ (نسبت سطح برگ به توده‌ی خشک برگ) می‌توانیم شاخص سطح برگ را محاسبه کنیم.
در محاسبه‌ی سطح برگ به این روش، برگ‌های زرد یا قسمت‌هایی از برگ که زرد شده‌اند و یا برگ‌هایی که به‌طور طبیعی ریزش کرده‌اند در نظر گرفته نمی‌شود.
ارزیابی LAI به‌صورت غیرمستقیم یا Indirect
در ارزیابی به‌صورت غیرمستقیم متغیرهایی همچون شکل تاج، طول و عرض برگ و میزان ربایش نور تأثیرگذار هستند. روش غیرمستقیم در مقایسه با روش مستقیم سریع‌تر انجام می‌شود و کمترین اشتباه را در ارزیابی شاخص به دنبال دارد. به‌علاوه، این روش با استفاده از ماشین‌آلات انجام می‌شود و محدوده وسیعی دارد. ارزیابی غیرمستقیم به دودسته روش غیرمستقیم لمسی یا تماسی و روش غیرمستقیم غیر لمسی یا بدون تماس تقسیم‌بندی می‌شود. محاسبه شاخص سطح برگ با روش غیرمستقیم، با به‌کارگیری از تجهیزات خاص صورت می‌پذیرد و پیچیدگی‌های خاص خود را دارد که بایستی توسط متخصصین این حوزه انجام گیرد.
تعیین شاخص سطح برگ توسط ماهوارهها
امروزه از طریق ماهوارهها به پایش کشاورزی می‌پردازند و شاخص‌های بسیاری را به دست می‌آورند. در پایش هوایی زمین‌های کشاورزی با استفاده از ماهواره‌های مخصوص، نور منعکس‌شده از سطح برگ را در طول‌موج معینی بررسی می‌کنند و از عکس‌های دریافت شده از ماهوارهها، اطلاعات دقیقی در رابطه با پوشش گیاهی به دست می‌آورند.
پایش کشاورزی یک نقشه پیکسلی به شما می‌دهد که هر پیکسل دارای LAI مخصوص به خود است. مقدار این شاخص می‌تواند بین 0 برای زمین برهنه یا عاری از پوشش گیاهی تا 6 یا حتی بیشتر از آن برای بقیه زمین‌ها متغیر باشد. البته ازآنجایی‌که معمولاً تمامی مساحت زمین‌ها از پوشش گیاهی پوشانده شده نیست، مقدار شاخص LAI معمولاً بین 0 تا 1 قرار می‌گیرد. مقدار 1 به این معنی است که سطح برگ‌های پوشش گیاهی منطقه، دقیقاً به‌اندازه‌ی مساحت زمین مربوطه است. شاخص LAI به‌دست‌آمده از پایش هوایی زمین‌های کشاورزی، برای مدل‌سازی متغیرهای اکولوژیکی یک جزء ضروری محسوب می‌شود.
کاربردهای بیشتر شاخص سطح برگ در کشاورزی
امروزه متخصصان در حال کار کردن بر روی کاربردهای بیشتر LAI در کشاورزی هستند. به‌کارگیری شاخص LAI می‌تواند در استراتژی‌های کشاورزی نوین تأثیرگذار و مفید باشد. در صورت اندازه‌گیری شاخص سطح برگ در نقاط مختلف و در مقاطع زمانی متفاوت، حتی می‌توان میزان آبیاری، کود، قارچ‌کش‌ها یا آفت‌کش‌های موردنیاز یک محصول را به‌درستی محاسبه کرد. علاوه بر این، از طریق پایش هوایی زمین‌های کشاورزی می‌توان وضعیت نیتروژن محصولات را تشخیص داد و باعث افزایش عملکرد و تأثیرگذاری کودها شد. با توجه به کاربرد فراوانی که این شاخص دارد، روش‌های متعدد و متنوعی برای ارزیابی آن در حال رشد هستند.
شاخص سطح برگ چه ارتباطی با میزان تبخیر و تعرق دارد؟
محققان نخستین بار در سال 1979 میزان LAI گیاه گندم را با کمک ماهواره لند ست محاسبه کردند و توانستند میزان تعرق و تبخیر را در آن به دست آورند. همچنین توانستند مدل‌سازی محصول گیاه را ارزیابی کنند. یکی از اصلی‌ترین نتایجی که از این تحقیقات به دست آمد، ارتباط LAI با میزان تبخیر و تعرق در گیاهان بود. از همان زمان، شاخص LAI را به‌عنوان یک شاخص اصلی برای سنجش تبخیر و تعرق در نظر می‌گیرند. البته تحقیقات جدید نشان داده‌اند که این شاخص در همه شرایط آب و هوایی نمی‌تواند برای ارزیابی تعرق و تبخیر مناسب باشد.
برای مطالعه بیشتر میتوانید مقاله تبخیر و تعرق چیست؟ را مطالع کنید.