Gap fraction based estimation of LAI in Scots pine stands subjected to experimental removal of branches and stems

Abstract

We compared estimates of leaf area index obtained by the LAI-2000 plant canopy analyzer (LAI_PCA) to direct estimates of LAI ("true" LAI) obtained through allometric relationships. This was done for two Scots pine (Pinus sylvestris L.) stands, where LAI was gradually reduced by removing branches and whole trees. LAI (defined on a hemisurface area basis) decreased from 2.24 to 0.50 in the branch removal experiment and from 1.58 to 0.29 in the tree removal experiment. The aim of the study was to analyse the variation in the ratio of the LAI-2000 estimate to the true LAI (LAI_PCA/LAI) with changes in stand structure and total leaf area. In the tree removal plot, which had a smaller proportion of woody (branch) area, LAI_PCA/LAI remained fairly stable (0.63‐0.69) and was smaller than that in the branch removal plot, where LAI_PCA/LAI increased from 0.76 to 1.16 along with the decrease in leaf area and a subsequent increase in woody (stem) area. The ratio of LAI_PCA to the plant area index (PAI) differed less between plots but remained higher in the branch removal plot (increasing from 0.56 to 0.69) than in the tree removal plot, where it varied between 0.55 and 0.60. Results were analysed with the help of a theoretical canopy radiation model, which can be inverted to give LAI based on the gap fraction values measured by the LAI-2000 and stand structural parameters. Model-inverted LAI agreed well with directly measured LAI, suggesting that the model is a useful tool for correcting bias in the LAI-2000 estimates because of grouping of leaf area and the contribution of woody area.

Nous avons comparé des estimations d'indice de surface foliaire obtenues à l'aide de l'appareil d'analyse du couvert végétal LAI-2000 (LAI_PCA) par rapport à des estimations directes de LAI (LAI « réel ») dérivées de relations allométriques. Ce travail a été réalisé pour deux peuplements de pins sylvestres (Pinus sylvestris L.) où le LAI a été graduellement réduit en coupant des branches et puis des arbres entiers. Dans l'expérience d'élagage des branches, le LAI (défini sur la base d'une surface hémisphérique) a diminué de 2,24 à 0,50 et, dans l'expérience de coupe d'arbres, de 1,58 à 0,29. L'objectif de cette étude était d'analyser la variation du rapport entre les estimations LAI-2000 et le LAI réel (LAI_PCA/LAI) avec des changements dans la structure du peuplement et la surface foliaire totale. Dans la parcelle d'arbres coupés, qui présentait une proportion plus faible de surface ligneuse (branche), LAI_PCA/LAI est demeuré plutôt stable (0,63 à 0,69) et était plus faible que dans la parcelle de branches élaguées, où LAI_PCA/LAI augmentait de 0,76 à 1,16 parallèlement avec la décroissance de la surface foliaire et une augmentation subséquente de la surface ligneuse (tiges). Le ratio de LAI_PCA par rapport à l'indice de surface de la plante (PAI) variait moins entre les parcelles, mais demeurait plus élevé dans la parcelle de branches élaguées (augmentant de 0,56 à 0,69) que dans la parcelle d'arbres coupés, où il variait entre 0,55 et 0,60. Les résultats ont été analysés à l'aide d'un modèle théorique de rayonnement du couvert pouvant être inversé pour dériver le LAI basé sur les valeurs de fraction de trouées mesurées par le LAI-2000 en combinaison avec des paramètres structuraux du peuplement. Les valeurs de LAI obtenues par inversion du modèle étaient en accord avec le LAI mesuré directement, suggérant que le modèle constitue un bon outil pour corriger le biais dû au regroupement de la surface foliaire et de la contribution de la surface ligneuse dans les estimations de LAI-2000.[Traduit par la Rédaction]