شاخص سطح برگ

شاخص سطح برگ یا LAI (Leaf Area Index) بیانگر میزان موادی است که در یک تاج گیاهی قرار دارند و نسبت سطح برگ یک طرفه به واحد سطح زمین را نشان می‌دهد. LAI به دلیل اینکه نسبتی است و نه مقداری مطلق، دارای واحد نیست. این شاخص به منظور ارزیابی چگونگی توزیع برگ در فضای گیاهی استفاده می‌شود و به ما کمک می‌کند تا فهم بهتری از نحوه عملکرد و بهره‌وری گیاهان داشته باشد.

به عنوان مثال، یک سایبان با LAI  برابر 1 دارای نسبت 1:1 سطح برگ به سطح زمین است (شکلa).

یک سایبان با شاخص سطح برگ 3 نسبت سطح برگ به سطح زمین 3:1 خواهد بود (شکل b).

تصویر مفهومی یک تاج گیاه که در آن a = 1 و b = 3

شاخص سطح برگ (LAI) در سطح جهانی بسیار متغیر است. برخی از اکوسیستم‌های بیابانی، مانند صحراها ممکن است شاخص سطح برگ کمتری نسبت به 1 داشته باشند، در حالی که جنگل‌های استوایی متراکم‌تر، می‌توانند شاخص سطح برگ بالاتری تا 9 برآورد کنند. همچنین، جنگل‌ها و بوته‌زارهایی که در مناطق عرض جغرافیایی متوسط قرار دارند معمولاً دارای مقادیر شاخص سطح برگ بین 3 تا 6 هستند.

شاخص سطح برگ یکی از ابزارهای مهم در ارزیابی رشد گیاهان و تعیین میزان بهره‌وری تاج پوشش است. به عنوان نمونه، شاخص سطح برگ ذرت، که از زمان کاشت تا بلوغ می‌تواند تغییرات چشمگیری تجربه کند، از 0 تا 6 متغیر است. این تغییرات نه تنها نشان‌دهنده‌ی وضعیت فعلی گیاه است بلکه می‌تواند الگوهای مکانی و زمانی رشد را نیز توصیف کند.

اهمیت برآورد شاخص سطح برگ:

• جذب دی‌اکسید کربن (CO2) و فتوسنتز: گیاهان از طریق برگ‌های خود دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند تا در فرآیند فتوسنتز، که یکی از روش‌های اصلی تولید انرژی در گیاهان است، استفاده کنند. این فرایند همچنین باعث تولید گلوکز و اکسیژن می‌شود.

• تولید اکسیژن: در طی فتوسنتز، گیاهان اکسیژن را به عنوان یک محصول جانبی تولید می‌کنند. این اکسیژن برای تنفس حیوانات و انسان‌ها ضروری است.

• تبخیر و تعریق: گیاهان از طریق تبخیر و تعریق، بخار آب را از سطح برگ‌ها خارج می‌کنند. این فرایند باعث ایجاد فشار برای جذب بیشتر آب از خاک می‌شود، که برای رشد و توسعه گیاهان حیاتی است.

• هدایت آب: پس از جذب توسط ریشه‌ها، آب به سمت شاخه‌ها و ساقه‌ها هدایت می‌شود و سپس به برگ‌ها منتقل می‌شود. این فرآیند اطمینان حاصل می‌کند که تمام بخش‌های گیاهی با آب مورد نیاز هستند.

• تأثیر باد: باد می‌تواند تأثیری بر روی رشد و توسعه گیاهان داشته باشد. باد قوی می‌تواند باعث آسیب دیدگی برگ‌ها و سایر بخش‌های گیاهی شود، در حالی که باد ملایم می‌تواند به توزیع آب و مواد غذایی در گیاه کمک کند.

رابطه بین شاخص سطح برگ و عملکرد محصول:

برگ‌ها نه تنها برای فرآیند فتوسنتز ضروری هستند بلکه بخش عمده‌ای از زیست‌توده گیاهی را تولید می‌کنند. شاخص سطح برگ (LAI)، که نسبت سطح برگ به سطح سطحی کل گیاه است، نشان‌دهنده میزان فعالیت فتوسنتزی و در نتیجه عملکرد گیاهی است.

بسیاری از مدل‌های شبیه‌سازی محصول از LAI به عنوان یکی از متغیرهای مهم برای پیش‌بینی عملکرد گیاهی استفاده می‌کنند، زیرا این شاخص می‌تواند تأثیر عوامل محیطی مانند نور، دما و رطوبت بر عملکرد گیاهان را تخمین بزند. با این حال، رابطه بین LAI و عملکرد گیاهی پیچیده است و ممکن است بسته به نوع محصول و مرحله زندگی گیاه متفاوت باشد.

بنابراین، برای محاسبه دقیق عملکرد گیاهی، توصیه می‌شود LAI را در مراحل مختلف چرخه گیاهی اندازه‌گیری کنید. علاوه بر این، مقایسه LAI بین سال‌های مختلف می‌تواند روش مناسبی برای ارزیابی تغییرات در عملکرد محصولات باشد و به کشاورزان کمک کند تا مدیریت‌های مناسب را اعمال کنند.

در غلات، شاخص سطح برگ (LAI) نقش مهمی در تعیین تجمع زیست‌توده دارد و می‌تواند تأثیر مستقیمی بر میزان فتوسنتز و در نتیجه عملکرد گیاهی داشته باشد. با این حال، بسته به نوع غلات، LAI بهینه ممکن است متفاوت باشد. در برخی موارد، مانند برنج، افزایش LAI و فتوسنتز هدف اصلی است.

اما در برخی دیگر، مانند سورگوم، رابطه بین LAI و عملکرد ممکن است بالا اما منفی باشد، یعنی با افزایش LAI، بازده کاهش می‌یابد. این تفاوت می‌تواند ناشی از تفاوت‌های ساختاری و فیزیولوژیکی بین این دو نوع غلات باشد. علاوه بر این، سایه‌زدگی یکی از عواملی است که می‌تواند باعث کاهش فتوسنتز در گیاهان با LAI بالا شود. بنابراین، برای دستیابی به عملکرد بهینه، مهم است که LAI را در نظر گرفت و شرایط محیطی را مد نظر قرار داد.

نحوه اندازه‌گیری شاخص سطح برگ (LAI)

هیچ روش مطلق و بی‌نظیری برای اندازه‌گیری شاخص سطح برگ (LAI) وجود ندارد. هر روش انتخابی، دارای مزایا و معایب خاص خود است و انتخاب روش مناسب به شدت بستگی به اهداف تحقیق و شرایط محیطی دارد. برخی محققان ممکن است به یک تخمین دقیق و ثابت از LAI نیاز داشته باشند، در حالی که دیگران ممکن است به دنبال بررسی تغییرات کمی یا سالانه LAI باشند.

روش های اندازه گیری مقدار LAI به دو دسته روش‌های زمینی و سنجش از راه دور تقسیم می‌شوند که روش‌های زمینی نیز به دو روش مستقیم و غیر مستقیم(برآوردی) دسته‌بندی می‌شوند.

روش اندازه گیری زمینی مستقیم مقادیر LAI شامل:

جهت کالیبره کردن روشهای غیرمستقیم زمینی و سنجش از دور، استفاده از روش‌های مستقیم لازم و ضروری است.

روش زمینی: طولانی بودن زمان برآورد، هزینه های زیاد، نیاز به نیروی کار فراوان و همچنین اجرای آن در مقیاس های بزرگ، از محدودیت‌های روش مستقیم زمینی است.
روشهای غیرمستقیم که در آن سطح برگ از مشاهدات متغیر دیگری به دست می آید مخرب نیستند و عموماً می توان مقدار LAI را سریع تر برآورد کرد. این روش ها به طور عمده بر پایه تجزیه و تحلیل میزان نور عبوری از میان تاج پوشش درختان و با استفاده از ابزارهای پیشرفته نوری استوار می باشند.

هر چند بزرگ ترین عیب روش های غیرمستقیم، بیش برآوردی آن ها است، به طوری که مقدار LAI را بیشتر از مقدار واقعی آن نشان می‌دهند. همچنین نیاز به دستگاههای نیمه پیشرفته و پیشرفته که گران قیمت می باشند، سبب شده است که روش های مستقیم در کشورهای در حال توسعه مانند ایران، کاربرد وسیع داشته باشد.

معایب و مزایای روش‌های مستقیم و غیر مستقیم برای تعیین شاخص سطح برگ

روش‌های غیرمستقیم: این روش‌ها شامل استفاده از تصاویر ماهواره‌ای یا عکس‌های هوایی است. مزایا شامل دسترسی آسان و قابلیت پوشش گسترده منطقه است.

محاسبه دقیق شاخص سطح برگ (LAI) نقش مهمی در افزایش دقت برآورد تبخیر و تعرق و میزان تاثیر تنش‌هاي محیطی مانند خشکی برگیاهان را  دارد. اندازه‌گیري این شاخص مهم در سطح وسیع بسیار هزینه‌بر و وقت‌گیر است. فناوري سنجش از دور امکان اندازه‌گیري آسان LAI را در این شرایط فراهم نموده است.

شاخص سطح برگ در کشاورزی دقیق

کاربرد LAI (Leaf Area Index) در اندازه‌گیری رشد محصولات و به عنوان شاخص عملکرد، بیش از پیش شناخته شده است. اما این شاخص در حال حاضر نیز در کشاورزی دقیق، کاربردهای جدیدی پیدا کرده است.

سطح برگ می‌تواند در تعیین مقدار صحیح محلول‌پاشی‌های آفت‌کشی یا قارچ‌کشی، که برای حفاظت از محصول لازم است، نقش مهمی داشته باشد. علاوه بر این، LAI  قادر است وضعیت نیتروژن غلات را از طریق تصاویر ماهواره‌ای تشخیص دهد، که منجر به استفاده بهینه از کودها برای افزایش عملکرد می‌شود.

با توجه به اهمیت این شاخص، انتظار نمی‌رود روش‌های جدید برای برآورد LAI و اهداف جدید برای نظارت بر محصولات، کمبود داشته باشند.

برآورد میزان سطح برگ به دو صورت کیفی و کمی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در سامانه جوتیار

سامانه جوتیار با استفاده از آنالیز تصاویر ماهواره‌ای در دوره بازگشت کوتاه مدت، قادر است وضعیت سطح برگ مزرعه را به صورت کمی و کیفی در قالب نقشه و نمودار به کاربران ارائه دهد.