شاخص سطح برگ (Leaf Area Index یا LAI) یک پارامتر مهم در علم محیط زیست و سنجش از دور است که برای اندازه‌گیری مساحت سطح برگ در یک منطقه خاص استفاده می‌شود. این شاخص معمولاً به‌عنوان نسبت مساحت سطح برگ به مساحت سطح زمین بیان می‌شود. LAI به‌طور گسترده‌ای در مدل‌های کشاورزی، اکولوژی، هواشناسی، و تغییرات اقلیمی برای ارزیابی تراکم گیاهی و میزان پوشش گیاهی در اکوسیستم‌های مختلف به‌کار می‌رود.
NIR: باند مادون قرمز نزدیک با طول موج 0.78:1.4 µm (780 نانومتر تا 1400 نانومتر)
RED: باند قرمز با طول موج 0.64:0.76 µm (640 نانومتر تا 760 نانومتر)
BLUE: باند آبی با طول موج 0.42:0.48 µm (420 نانومتر تا 480 نانومتر)
اختصار: LAI
معادل کامل: Leaf Area Index
معادل فارسی: شاخص سطح برگ
کاربرد اصلی: سلامت گیاهی , تحلیل وضعیت زمین و مدیریت کشاورزی
مزیت : مهم ترین مزیت آن عدم اشباء در تراکم بالای گیاهی است.
LAI به‌عنوان شاخصی از تراکم پوشش گیاهی استفاده می‌شود و می‌تواند به شناسایی وضعیت سلامت گیاهان و مناطق آسیب‌دیده از بیماری‌ها یا آفات کمک کند.
LAI می‌تواند برای تحلیل وضعیت پوشش گیاهی و زمین‌های کشاورزی یا طبیعی مورد استفاده قرار گیرد. این شاخص به‌ویژه در شبیه‌سازی وضعیت اراضی و بررسی تغییرات زمانی پوشش گیاهی اهمیت دارد.
این شاخص در مدیریت منابع طبیعی مانند جنگل‌ها و مراتع کمک می‌کند تا پوشش گیاهی و توانایی زمین‌ها برای تولید مواد آلی یا سایر منابع بررسی و بهینه‌سازی شود.
در کشاورزی، LAI به‌عنوان ابزاری برای بررسی تراکم گیاهی در مزارع و ارزیابی نیازهای آبی و تغذیه‌ای گیاهان استفاده می‌شود. این شاخص برای پیش‌بینی عملکرد محصولات و مدیریت بهینه کشاورزی اهمیت دارد.
شاخص LAI می‌تواند در ارزیابی نیاز آبی گیاهان و تعیین میزان تبخیر و تعرق کمک کند. همچنین می‌تواند به تصمیم‌گیری‌های مربوط به مصرف منابع آبی در بخش کشاورزی و محیط‌زیست کمک کند.
LAI به‌عنوان معیاری از تغییرات در پوشش گیاهی و تاثیرات تغییرات اقلیمی بر آن‌ها می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. تغییرات در این شاخص می‌تواند نشان‌دهنده کاهش یا افزایش تراکم گیاهی ناشی از تغییرات دما، بارش و سایر عوامل اقلیمی باشد.
LAI در مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی و نیمه‌طبیعی مانند جنگل‌ها و مراتع کاربرد دارد. این شاخص می‌تواند به تحلیل ظرفیت اکوسیستم‌ها برای تولید مواد آلی و کنترل فرآیندهای زیست‌محیطی کمک کند.
LAI به‌طور مستقیم با عملکرد محصولات کشاورزی ارتباط دارد و از آن می‌توان برای پیش‌بینی میزان تولید محصولات زراعی استفاده کرد. این شاخص به کشاورزان کمک می‌کند تا بهینه‌ترین زمان‌ها برای برداشت محصولات را شبیه‌سازی کنند.
LAI به‌عنوان یک شاخص مهم در مدیریت جنگل‌ها استفاده می‌شود. این شاخص به مدیران جنگل کمک می‌کند تا پوشش گیاهی جنگلی و تغییرات در آن را ارزیابی کنند و همچنین میزان جذب کربن توسط جنگل‌ها را تحلیل نمایند.
LAI می‌تواند به تحلیل وضعیت خاک و اراضی در بخش‌های کشاورزی و طبیعی کمک کند. این شاخص می‌تواند به شناسایی تغییرات در کیفیت خاک و ارزیابی نیازهای مختلف خاک مانند آبیاری یا کوددهی کمک کند.
مقادیر LAI معمولاً در مقیاس 0 تا 6 اندازه‌گیری می‌شوند، اما ممکن است در شرایط خاصی به مقادیر بالاتر هم برسند.
مقادیر بالای 3 نشان‌دهنده تراکم بسیار زیاد پوشش گیاهی و پوشش گیاهی بالغ است.
مقادیر بین 1 تا 3 به پوشش گیاهی متوسط اشاره دارند که ممکن است در مراحل مختلف رشد گیاه قرار داشته باشند.
مقادیر نزدیک به 0 نشان‌دهنده کمبود پوشش گیاهی یا پوشش گیاهی ضعیف هستند.
مقادیر منفی در بسیاری از موارد نشانه‌ای از خطای داده‌ها یا منطقه‌ای غیرگیاهی مانند مناطق آب‌دار یا مناطق شهری است.
میانگین مقادیر LAI در یک منطقه می‌تواند نشان‌دهنده وضعیت کلی پوشش گیاهی باشد.
انحراف معیار مقادیر LAI می‌تواند تنوع پوشش گیاهی را در منطقه نشان دهد. این امر به تحلیل توزیع پوشش گیاهی در یک منطقه کمک می‌کند و ممکن است نشان‌دهنده تغییرات طبیعی یا ناشی از فعالیت‌های انسانی باشد.
تغییرات مقادیر LAI در زمان‌های مختلف می‌تواند به شما درک بهتری از تغییرات در وضعیت پوشش گیاهی بدهد.
کاهش LAI ممکن است به دلیل عوامل مختلفی مانند خشکسالی، آتش‌سوزی، یا فعالیت‌های انسانی باشد.
افزایش LAI معمولاً به فصل رشد گیاهان یا اقدامات حفاظتی (مثل آبیاری و کشاورزی) مرتبط است که باعث بهبود وضعیت پوشش گیاهی می‌شود.
شناسایی مقادیر بحرانی LAI (مانند مقادیر کمتر از 1) می‌تواند به پیش‌بینی وضعیت پوشش گیاهی ضعیف یا تهدیدات بیابانی شدن و تخریب خاک کمک کند.
مقادیر بالای LAI (بیش از 3) معمولاً نشان‌دهنده پوشش گیاهی بسیار سالم و شرایط مساعد برای رشد گیاهان است.
ترکیب LAI با داده‌های دمای سطح زمین یا بارش می‌تواند برای تفسیر بهتر تغییرات در پوشش گیاهی مفید باشد. این ترکیب می‌تواند دلایل تغییرات در پوشش گیاهی را شفاف‌تر کند.
مقایسه LAI با شاخص‌های دیگر مانند NDVI یا EVI می‌تواند به بهبود دقت تحلیل‌ها کمک کند و تفاوت‌های موجود بین شاخص‌ها را نشان دهد. برای مثال، مقایسه LAI با NDVI می‌تواند پوشش گیاهی و تراکم آن را بهتر نشان دهد.
رسم هیستوگرام مقادیر LAI می‌تواند توزیع پوشش گیاهی در یک منطقه را نشان دهد.
این هیستوگرام‌ها می‌توانند به شناسایی طبقات مختلف پوشش گیاهی در یک منطقه کمک کنند و تحلیل‌های دقیق‌تری از وضعیت پوشش گیاهی منطقه به دست دهند.
محاسبه تغییرات میانگین LAI در مناطق مختلف می‌تواند کمک کند تا مناطق با پوشش گیاهی ضعیف و در حال تخریب شناسایی شوند.
مقایسه تغییرات LAI در مناطق با شرایط اقلیمی مختلف می‌تواند نشان‌دهنده تأثیرات محیطی یا انسانی در پوشش گیاهی باشد و به شناسایی مشکلات زیست‌محیطی کمک کند.
| نام سنجنده | باند NIR | باند RED | باند BLUE | باندهای متناظر در فرمول |
|---|---|---|---|---|
| ASTER | **** | **** | **** | ***** |
| Sentinel2 | B8 | B4 | B2 | EVI = 2.5 * ((B8 – B4) / (B8 + 6 * B4 – 7.5 * B2 + 1)) |
| Landsat 8 & 9 | B5 | B4 | B2 | EVI = 2.5 * ((B5 – B4) / (B5 + 6 * B4 – 7.5 * B2 + 1)) |
| Landsat 7 | B4 | B3 | B2 | EVI = 2.5 * ((B4 – B3) / (B4 + 6 * B3 – 7.5 * B1 + 1)) |
| Landsat 5 | B4 | B3 | B2 | EVI = 2.5 * ((B4 – B3) / (B4 + 6 * B3 – 7.5 * B1 + 1)) |
Boegh, E., H. Soegaard, N. Broge, C. Hasager, N. Jensen, K. Schelde, and A. Thomsen. “Airborne Multi-spectral Data for Quantifying Leaf Area Index, Nitrogen Concentration and Photosynthetic Efficiency in Agriculture.” Remote Sensing of Environment 81, no. 2-3 (2002): 179-193.