شاخص سطح برگ را بهتر بشناسید

عوامل زیادی به تعیین سلامت و بهره‌وری محصولات کشاورزی کمک می‌کنند، یکی از آن‌ها شاخص سطح برگ یا LAI است. نسبت سطح پوشیده از برگ‌های گیاه یا درخت به سطح زیرین آن میزان این شاخص را تعیین می‌کند. سطح برگ یک متغیر کلیدی است که برای مطالعات فیزیولوژیکی رشد گیاه، جذب نور، کارایی فتوسنتزی تبخیر و تعرق، تخمین رشد گیاه، عملکرد گیاه و پاسخ گیاه به کودها و آبیاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. اندازه‌گیری شاخص سطح برگ نقش مهمی در اندازه‌گیری تأثیر تنش‌های محیطی مانند خشکی در الگوریتم‌های ارائه‌شده از طریق سنجش از دور و مدل‌سازی دارد.

برای برخی محصولات مانند چای و تنباکو که برگ مهم‌ترین محصول (از لحاظ اقتصادی) است، شاخص سطح برگ شاخص مستقیم و مناسبی برای بررسی عملکرد محصول است.

روش‌های زیادی برای اندازه‌گیری سطح برگ وجود دارد، از جمله روش‌های غیرمستقیم که مساحت تک‌برگ‌ها را با ابعاد خطی آن‌ها مانند طول و عرض برگ تخمین می‌زنند. تعریف شاخص سطح برگ با روش اندازه‌گیری آن تعیین می‌شود. در دسترس بودن اطلاعات مکانی و زمانی از LAI برای مطالعات تغییرات آب و هوا نیز بسیار مهم است.

نقش سطح برگ

به طور کلی در مطالعات میدانی برای ارزیابی باروری و بهره‌وری از چرخه‌های بیوژئوشیمیایی، اندازه‌گیری کمیت و میزان پوشش تاج ضروری است. شاخص سطح برگ نشان‌دهنده پتانسیل سطح برگ موجود برای تبادل گاز با جو و بیوسفر است. گیاهانی که برگ‌های عمودی بیشتری دارند، سطح برگ بیشتری نیز دارند و هر چه شاخص سطح برگ بیشتر باشد، سطح اشباع نور یک جامعه گیاهی بالاتر است. گیاهانی که سطح برگ بیشتر و برگ‌های موازی با سطح افق دارند، باران بیشتری را جذب کرده و از رواناب و فرسایش خاک جلوگیری می‌کنند. آن‌ها همچنین فرصتی را برای نفوذ باران به اعماق خاک با جلوگیری از فرود آمدن مستقیم قطرات باران بر روی سطح خاک فراهم می‌کنند. در بسیاری از مناطق با بارندگی کم، به دلیل رطوبت ناکافی، پوشش گیاهی دائمی در مراتع وجود ندارد و خاک ذخیره کربن کافی ندارد. به همین دلیل بررسی شاخص برگ در مراتع می‌تواند نشان‌دهنده کیفیت و کمیت حاصلخیزی یک منطقه باشد.

شاخص سطح برگ و بازده محصول چگونه ارتباط دارند؟

فتوسنتز، فرآیند تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی است. می‌دانیم که فتوسنتز به طور مستقیم با افزایش/کاهش عملکرد مرتبط است. این فرآیند به طور عمده در برگ‌های سبز هر گیاهی رخ می‌دهد و اهمیت بسیار برگ‌ها را نشان می‌دهد. بنابراین اگر بخواهیم بدانیم که داخل یک گیاه چه می‌گذرد، اندازه‌گیری سطح برگ می‌تواند اطلاعات خوبی را در اختیارمان قرار دهد.

به دست آوردن شاخص سطح برگ با سنجش از دور

شاخص سطح برگ یکی از پارامترهای اصلی بیوفیزیکی و بیوشیمیایی قابل مطالعه در مزارع است.

اندازه‌گیری این شاخص گیاهی روش مناسبی برای بررسی وضعیت مزارع و واکنش گیاه به تنش‌های محیطی است. اندازه‌گیری مستقیم یک پارامتر اغلب پرهزینه و دشوار است و به دستگاه‌ها و تجهیزات آزمایشگاهی نیاز دارد، به همین دلیل امروزه از سنجش از دور به عنوان روشی بسیار کارآمدتر و دقیق‌تر در تخمین این دو دسته پارامتر در خصوص گیاهان زراعی استفاده می‌کنیم. در سیستم‌های سنجش از دور مانند سامانه کشتیار، اطلاعات LAI از ماهواره‌ها برای هر زمین انتخابی بازیابی می‌شود و داده‌های آن با استفاده از هوش مصنوعی مدل‌سازی و پیاده‌سازی می‌شود تا تغییرات سطح برگ را با دقت لازم در اختیار کشاورزان، صاحبان زمین‌های کشاورزی و یا متخصصین این حوزه قرار دهد.

سطح برگ و رابطه‌ آن با رطوبت گیاه

با گذشت زمان افزایش جمعیت و نیاز به منابع غذایی موجب توسعه صنعت و نیاز به افزایش سطح سلامت می شود. بنابراین الگوی مصرف آب در آینده تغییر زیادی خواهد کرد. مدیریت مصرف آب در بخش کشاورزی باعث افزایش راندمان در این زمینه شده و به صرفه جویی بیشتر آب کمک می کند. برای بهبود مدیریت مصرف آب در کشاورزی، باید میزان مصرف آب را به طور دقیق برآورد کنیم. برآورد بیش از حد آب مورد نیاز گیاه، ضمن هدر رفتن آب آبیاری، باتلاق ایجاد می کند و باعث شسته شدن مواد غذایی خاک و آلودگی منابع آب زیرزمینی می شود. ضمناً دست کم گرفتن آبیاری مورد نیاز باعث تنش رطوبتی کنترل شده به گیاه و در نتیجه کاهش عملکرد می شود.

اندازه‌گیری میزان آب داخل کانوپی که مقدار آب در واحد زمین است می‌تواند در تعیین میزان کل آب مصرفی در مزارع بسیار مؤثر باشد. در سامانه کشتیار از هوش مصنوعی و مدل‌سازی الگوریتم‌های خاص برای تخمین سطح رطوبت گیاه به کارآمدترین روش استفاده می‌شود. به زبان ساده تر، این سازوکار نشان می‌دهد که کدام قسمت از مزرعه از کمبود آب یا تنش خشکی رنج می‌برد.

محتوای آب داخل تاج‌پوش (CWC) با استفاده از فرمول مقدار آب داخل سطح برگ (EWT) در شاخص سطح برگ به دست می‌آید:

CWC = LAI * EWT

می‌توان گفت میزان آب تاج‌پوش نشان‌دهنده تفاوت وزن تر و خشک گیاه است:

CWC = FW-DW

FW = وزن تازه

DW = وزن خشک

استفاده از هوش مصنوعی در مدیریت آب کشاورزی

یکی از ابزارهای مطالعه و بهبود جنبه‌های مختلف مدیریت آب، مدل‌سازی رشد گیاه در شرایط تنش برای درک بهتر فرآیندهای مختلف گیاهی و سهم آنها در عملکرد محصول است. مدل‌ها نشان می‌دهند که گیاهان چگونه به شرایط محیطی واکنش نشان می‌دهند. این مدل‌ها برای درک واکنش محصولات کشاورزی به دینامیک خاک و سیستم‌های جوی، جهت مدیریت و استفاده بهتر از منابع موجود استفاده می‌شوند.

کشتیار الگوریتم‌های محاسبه‌شده با هوش مصنوعی را در خصوص دسترسی گیاهان به منابع آب ارائه می‌کند که می‌تواند توسط کشاورزان برای استفاده بهتر از منابع آبی محدود استفاده شود.