La source ultime de toute énergie sur terre est le soleil. La plupart des organismes disposent de cette énergie par le biais de la photosynthèse, la conversion duCO2 et duH2Oen hydrates de carbone (énergie stockée) et en O2. La photosynthèse se produit lorsque les pigments des organismes photosynthétiques absorbent l'énergie des photons, déclenchant une chaîne d'événements photochimiques et chimiques. Où se produit cet échange d'énergie et de matière ? Dans le couvert végétal. La quantité de photosynthèse qui se produit dans les couverts dépend de la quantité de rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) interceptée par les feuilles dans les couverts.
Le taux de photosynthèse d'une feuille peut être calculé, mais dans les canopées, les feuilles fonctionnent collectivement. L'extrapolation de la photosynthèse de feuilles individuelles à des canopées entières est complexe ; le nombre de feuilles et leur disposition dans la structure de la canopée peuvent être écrasants. La surface foliaire, l'inclinaison et l'orientation des feuilles influencent toutes le degré de capture et d'utilisation de la lumière dans une canopée.
La lumière varie considérablement dans l'espace et dans le temps à travers la canopée. Le niveau moyen de lumière diminue plus ou moins exponentiellement vers le bas à travers la canopée, au fur et à mesure que la surface foliaire rencontrée augmente. Pour certains couverts, la plus grande surface foliaire se trouve près du centre. Par conséquent, l'analyse de la structure de la canopée devient de plus en plus complexe lorsqu'on passe d'une plante unique à des peuplements de la même plante ou à des communautés végétales, en raison de la variété des plantes et des formes de croissance.
L'absorption du rayonnement et la photosynthèse qui en résulte dépendent de l'orientation des feuilles, de l'élévation du soleil dans le ciel, de la distribution spectrale et des réflexions multiples de la lumière, ainsi que de la disposition des feuilles. La répartition de la lumière et des zones d'ombre peut être compliquée et changer en fonction de la position du soleil. En outre, la saisonnalité du feuillage peut entraîner une interception relativement faible de PAR par la canopée pendant une grande partie de l'année. Le PAR peut également être intercepté par les parties non photosynthétiques des plantes (écorce, fleurs, etc.).
La disposition des feuilles (orientation angulaire) influe sur l'interception de la lumière. Les feuilles strictement verticales ou orientées horizontalement sont des cas extrêmes, mais il existe une large gamme d'angles. Les feuilles verticales absorbent moins de rayonnement lorsque le soleil est à un angle élevé et plus de rayonnement lorsque le soleil est à un angle faible ; l'inverse est vrai pour les feuilles horizontales. La plus grande capacité de photosynthèse peut être obtenue en passant de feuilles presque verticales à des feuilles presque horizontales plus bas. Cette disposition permet une pénétration efficace du faisceau et une répartition plus uniforme de la lumière.
Leaf area index (LAI), une mesure du feuillage dans une canopée, est la propriété de la canopée qui a le plus d'effet sur l'interception du rayonnement. Le LAI est généralement compris entre 1 et 12. Les valeurs de 3 à 4 sont typiques des espèces à feuilles horizontales telles que la luzerne ; les valeurs de 5 à 10 se rencontrent chez les espèces à feuilles verticales telles que les graminées et les céréales ou chez les plantes à feuilles très groupées, telles que l'épicéa. Les LAI les plus élevés sont généralement observés dans les forêts de conifères, dont les générations de feuilles se chevauchent. Ces forêts bénéficient d'un avantage photosynthétique en raison de la longévité des aiguilles individuelles.
La variabilité de la distribution des feuilles dans la canopée entraîne de grandes variations de la lumière. Pour déterminer la lumière à n'importe quelle hauteur de la canopée, le PAR doit être mesuré à un certain nombre d'endroits, puis faire l'objet d'une moyenne. Les méthodes directes de mesure comprennent l'utilisation de capteurs à ligne horizontale dont la sortie est la moyenne spatiale sur la longueur du capteur. La longueur du capteur ou le nombre de points d'échantillonnage dépendent de l'espacement des plantes. Le capteur METER ACCUPAR LP-80 dispose d'un réseau de 80 photodiodes sur une sonde qui peut mesurer soit le PAR moyen, soit le PAR sur des segments spécifiques de la sonde.
Les méthodes indirectes de mesure de la structure de la canopée reposent sur le fait que la structure de la canopée et la position du soleil déterminent le rayonnement à l'intérieur de la canopée. Comme il est difficile de mesurer la distribution tridimensionnelle des feuilles dans une canopée, les modèles d'interception de la lumière et de croissance des arbres supposent souvent une distribution aléatoire dans la canopée ; or, les feuilles sont généralement agrégées ou groupées.
La capacité à mesurer le PAR permet de comprendre les schémas spatiaux uniques que les différentes plantes ont pour présenter les surfaces photosynthétiques. Étant donné que l'utilisation efficace de la PAR influe sur la production végétale, la connaissance de la diversité structurelle des canopées facilite la recherche sur la productivité végétale. Résultat : les chercheurs peuvent utiliser les informations sur les capacités des différentes plantes à intercepter et à utiliser le PAR pour modifier la structure du couvert et améliorer ainsi de manière significative le rendement des cultures.
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Pour en savoir plus sur la mesure de la canopée, consultez la vidéo ci-dessous. Steve Garrity parle de Leaf Area Index (LAI). Les sujets abordés comprennent la théorie qui sous-tend la mesure, les méthodes directes et indirectes, la variabilité entre ces méthodes, les éléments à prendre en compte lors du choix d'une méthode et les applications du LAI.
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