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现代农业气象业务理论与技术基础湖南气象培训分中心夏德奇2012年11月23日第一讲农业气象业务基础的一些相关概念农业生物、农业生产与气象的关系农业气象学的研究内容、对象•农业：通过培育动植物生产食品及工业原料的产业。农业属于第一产业，研究农业的科学是农学。一.农业生物、农业生产与气象的关系大气给农业生物提供了重要生存环境和物质、能量基础。农业生物对大气环境又有直接的影响。农业生产也反过来影响气象条件。人们的生产活动是形成农业小气候的重要因子之一。大气给农业生物提供了重要生存环境和物质、能量基础。农业生物对大气环境又有直接的影响。农业生产也反过来影响气象条件。人们的生产活动是形成农业小气候的重要因子之一。•农业气象学的定义：•农业气象学是研究农业生产与气象条件相互关系及其规律以求农业趋利避害、高产、优质、高效的科学。林业气象作物气象畜牧气象渔业气象农业气象学的分支•农业气象系统：•“土壤--植物--大气”系统（SPAS），或可称之为“农业气象系统”。大气土壤植物20—30米30—50厘米•农业气象学的主要内容：农业气象基本方法与理论研究；农业气候资源分析及其合理开发利用研究与服务；农业气象情报预报方法研究与服务；农业气象灾害规律及防御措施研究与服务；农业微气象条件研究与服务。第二讲光照条件与农业生产•主要内容：光照长度对作物的影响光照强度对作物的影响光能利用率及其提高途径光照异常的农业气象灾害•1.光照长度对作物的影响•（1）植物的光周期现象：•白天光照和夜晚黑暗的交替及其持续时间•对植物的开花有很大的影响，这种现象称•之为光周期现象。•根据作物开花对光长的反应，可分为：•a.长日性植物。光照长度超过一个临界光长•（如小麦、大麦、黑麦、油菜、天仙子等）•b.短日性植物。光照长度短于一定临界值•（大豆、苍耳、菊花、晚稻、美洲烟草等）•c.中日性植物。昼夜长短接近于相等时•d.中间型植物。开花受光长影响较小的植物••光周期反应与光强无关•（2）光周期对植物生长发育的影响•光周期主要是对植物开花的诱导效应。•光周期对植物营养生长的影响不大。•（3）光周期学说在农业生产中的应用•作物引种。•作物育种。•防御农业气象灾害，（主要是躲）。•延长生育期，提高产量。•2．光照强度对作物的影响•（1）光强与光合作用•光饱和点：•在一定的光照强度范围内，光合作用强度随着光照强度的增强而增强。当光照强度达到一定强度后，光合作用强度不再相应地增强，我们把这种现象称为光饱和现象。这个光的临界点称为光饱和点。•光补偿点：••在光合作用进行的同时，植物的呼吸过程也在进行。把植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光强值称为光补偿点。喜阳植物和耐荫植物根据植物对光照强度的反应，可分为喜阳植物和耐荫植物。最喜阳植物的光合作用水平随光照强度可一直增加到等于全部太阳光照时（即不存在光饱和现象）。而耐荫植物在光照强度仅及晴天时的1/10时，光合作用就不再增加了。喜阳植物光饱合点较高，所以植物对太阳能的利用率也较高，生产潜力较大。另外强光有利于作物果实和籽粒的生长，产品中的蛋白质、含糖量等都比较高。栽培的农作物多属喜阳植物。耐荫植物虽然要求一定强度的阳光，但可忍耐不同程度的荫蔽。相对较弱的光照条件有利于植物营养器官的生长，一般植物生长较细长、嫩弱，蛋白质含量较少，水分含量较高。这对于以植物营养部分为收获对象的作物很有利。（2）光在群体中的分布：反射吸收透射•3．光能利用率及其提高途径•1.光能利用率我们把单位面积上作物收获物中包含的能量（eh）与投射到该单位面积上的光合有效辐射（可见光）能量（RPARU表示：(U=eh/RPAR×100%)如果计算某段时期的光能利用率，则上式可写成：(U=Hm×ΔWm/∑RPAR)即：生成能量与投射年能量之比2.提高光能利用率的途径1）光能利用率的理论值：研究表明，在水、热、矿物营养都能得到保证的条件下，植物最终形成产量的光合有效辐射的能量利用率在10%左右，这是希望达到的理论数值，即可能达到的产量上限。但在实际生产中，光能利用率离理论数值相差甚远，只有0.5%～1.0%，高的约达2%，说明提高光能利用率以增加单位面积产量是大有潜力的。2）限制光能利用率的自然因素主要有：作物生长初期覆盖率小；作物群体内光分布不合理；光能转化率低；中、高纬度地区农业受冬季低温的限制；不良的水分供应与大气条件使气孔关闭，影响CO2的有效性与植物的其它功能；光合作用受空气中CO2含量的限制；作物营养物质的缺乏；自然灾害（气象与病虫等）的影响。•3）提高作物光能利用率的途径•(1)充分利用生长季节，增加农作物的生长日数。•(2)建立合理的群体结构，造成群体中多层立体配置，以减少整个作物层的反射、透射和漏射光，增加作物对光能的吸收比例。•(3)改善水、热、气等环境条件，增加作物光合能力。•(4)培育高光效品种，提高作物的光饱和点。在培育作物品种时，要增加暗反应的速度，以充分利用光反应所吸收的光能，提高光饱和点和光能利用率。•(5)减少呼吸等消耗，增加净光合生产率。•(6)提高经济系数即谷草比。通过育种和先进的栽培措施，使作物的经济系数提高。•4、光照因子异常的农业气象灾害•1、日灼：树木枝干、果实因受强烈日射而引起的伤害。•2、阴害：持续阴天光照不足导致光合作用下降，养分积累不足，茎秆细弱易倒折，授粉不良等现象。第三讲热量条件与农业生产•主要内容：1.温度强度对作物的影响2.温度累积对作物的影响3.温度周期性变化对作物的影响4、温度异常引起的农业气象灾害•热量条件对农业生产的影响是通过：温度强度持续时间变化规律等方面产生的。•1.温度强度对作物的影响•适宜的温度条件范围内，作物生命活动顺利进行;•过高或过低温度，对作物生命活动不利，•严重时甚至会导致其死亡。•（1）作物的三基点温度三基点温度最适温度最高温度最低温度下限温度最适温度上限温度针对不同作物不同•对大多数作物而言：•维持生命的温度一般都在-10～50℃之间，•适宜生长的温度在5～40℃之间，•保证发育的温度在10～35℃之间。不同作物的三基点温度不同；不同品种的三基点温度不同（同一种作物）；不同生育期的三基点温度也有差异（同一种作物品种）；不同生理过程和不同器官对温度条件的要求也是不同（同一种作物）。（2）农业界限温度农业界限温温度重要物候现象农事活动开始终止的温度完全根据农业生产和气象条件的关系来划定•具有普遍意义的，标志某些重要物候现象或农事活动的开始、终止或转折的温度叫农业界限温度，简称界限温度。•农业上常用的界限温度（用日平均气温表示）有：0℃、5℃、10℃、15℃和20℃。他们的农业意义为：•0℃——土壤冻结和解冻；农事活动开始或终止。冬小麦秋季停止生长和春季开始生长（有人采用3℃），冷季牧草开始生长。0℃以上持续日数为农耕期。•5℃——早春作物播种；喜凉作物开始或停止生长，多数树木开始萌动。冷季牧草积极生长。5℃以上持续日数称生长期或生长季10℃——春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长。常称10℃以上的持续日数为喜温作物的生长期。15℃——喜温作物积极生长，春季棉花、花生等进入播种期，可开始采摘茶叶。稳定通过15℃的终日为冬小麦适宜播种的日期；水稻此时已停止灌浆；热带作物将停止生长。20℃——水稻安全抽穗、开花的指标，热带作物正常生长。•（3）温度强度与作物的生长发育温度强度是通过光合作用呼吸作用影响作物的生长发育•光合作用和呼吸作用都有它们的三基点温度，但呼吸作用的最适温度比光合作用的高。•作物有机物质的增加（积累），取决于其光合作用所积累的有机物质和呼吸作用所消耗的有机物质之差。•温度还通过影响植物蒸腾作用来影响植物的光合作用。•（4）温度条件与作物引种•作物引种有下列三条规律：•一是：北种南引（或高山引向平原）比南种北引（或平原引向高山）容易成功。•二是：一年生植物要比多年生植物引种容易成功，落叶植物要比常绿植物引种容易成功，草本植物要比木本植物引种容易成功，灌木要比乔木引种容易成功。•三是：在植物引种过程中，存在着气候驯化现象。•引种一定要遵循气候相似原理。•2.温度累积对作物的影响•积温：某一时段内逐日平均气温累积之和。它是研究作物生长、发育对热量的要求和评价热量资源的一种指标。一般用单位为℃，有时用℃·d，两者依计算方法而异。•研究温度对作物生长、发育的影响，既要考虑到温度的强度，又要注意到温度的作用时间。•（1）活动积温与有效积温•下限温度（生物学零度）：•作物开始生长发育要求一定的下限温度，实际上是作物生长发育的起始温度，又称为生物学零度。•活动积温：把高于下限温度的日平均气温称为活动温度。•作物在某一时段内活动温度的总和称为活动积温。活动积温多用于农业气候分析Y:活动积温，Ti:活动温度=1niiYT•有效积温：把活动温度与下限温度之差称为有效温度。•作物在某时段内有效温度的总和称为有效积温。•有效积温多用于研究作物的发育与热量条件的定量关系、建立作物发育速度的农业气象模式和编制农业气象预报等。1niiATBA:有效积温，Ti:活动温度，B:下限温度•（2）积温的求算方法•给定上下限温度求算积温的方法比较简单，即按照积温的定义求算即可。••没有给定上下限温度求算积温的方法要复杂一些，关键是要确定上限温度及下限温度。••在实际工作中常根据多年观测资料、分期播种资料、地理播种资料或地理分期播种资料采用图解法、最小二乘法及差值法求出。•3.温度周期性变化对作物的影响•（1）作物的温周期现象：作物的生长发育对气温的周期性变化的反应，称为作物的温周期现象。•温周期现象是作物对温度节律性变化规律的适应。•（2）气温日变化对作物生长发育及产量形成的影响日温周期有效范围内生长发育速度灌浆速度否则会造成伤害，严重时会导致作物死亡•（3）气温日变化对农产品品质的影响•气温日较差大，作物的含糖量和蛋白质含量都较高，产量也高。•另外，气温日变化还常和其它气象要素日变化（尤其是光周期）相结合共同对作物产生影响，即白天高气温、强光照有利于光合作用，而适当的气温日较差可增加白天的光合积累而减少夜间的呼吸消耗。4、温度因子异常的农业气象灾害•1、冷害：作物在生长季节内，因温度降到生育所能忍受的下限以下而受害。•某些作物受害后形态上无明显症状，不易发现，俗称“哑巴灾”。•冷害发生时的日平均温度都在0℃以上,有时甚至可达20℃左右，因作物及其所处的发育期而异。同一种冷害在不同地区有不同的称谓。•如水稻抽穗开花期的冷害发生在中国长江中下游地区的称秋季低温害，俗称“翘穗头”；发生在广东、广西地区时因值寒露节气，故称寒露风。冷害敏感的果蔬•类型•按发生时的天气特点,可分3种类型：•①湿冷型。低温伴随阴雨,日照少,相对湿度大而气温日较差小。•②干冷型。冷空气入侵后，天气晴朗，相对湿度小而气温日较差大。•③霜冷型。前期低温与来得特早的秋霜冻相结合所致。••按对作物为害的特点，则可分为：•①延迟型。较长时期的低温削弱植株生理活性，引起作物生育期显著延迟,在生长季节内不能正常成熟，导致减产。•②障碍型。作物在生殖生长阶段，主要是孕穗期和抽穗开花期遇短时间低温,生殖器官的生理机能被破坏，造成空壳减产。•③混合型。由上述两类冷害相结合而成，比单一型为害更严重。•2、冻害：即作物在0℃以下的低温使作物体内结冰，对作物造成的伤害。•常发生的有越冬作物冻害、果树冻害和经济林木冻害等。•（3）、寒害：主要指热带、亚热带作物在冬季生育期间温度不低于0℃时，因气温降低引起作物生理机能障碍，导致减产甚至死亡的一种农业气象灾害。•寒害多发生在我国华南地区，该地区冬季常遭受冷空气影响，造成强烈降温，对香蕉、荔枝、龙眼、甘蔗、橡胶等华南主要热带、亚热带经济作物危害严重。热带植物遭低温侵袭而受的损害主要发生于冬季。一般最低气温在10℃左右即已轻微受害，4～5℃左右将严重受害。•不同作物受害症状不同：•橡胶树受害后顶芽叶片嫩梢焦枯，树枝