农业气象学

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的相互关系及其规律的科学，它是根据农业生产的需要，运用农学和气象科学技术来不断揭示和解决农业生产中的农业气象问题，以谋求合理利用气候资源战胜不利气象因素，促使农业发展的实用性学科。研究对象：农业气象学的研究对象不能单指生物体及其生产过程，也不能单指生物体所处的气象环境，而是生物体与气象条件两者相互作用的规律及其影响，一方面研究农业生产对气象条件的要求和反应，气象条件对农业生产的影响；同时，另一方面也研究农业生产对气象条件的影响。主要内容：农业气象学的主要内容大体可归纳为以下几个方面（一农业气象基本方法与理论的研究（二农业小气候研究（三农业气象灾害规律及防御措施的研究（四农业气候资源分析及其开发利用研究（五因地制宜开展专业气象研究和服务（六农业气象情报、预报方法研究与服务光在群体中垂直分布规律的数学描述I=Ioexp（-kF）光合有效辐射（生理辐射）：能被植物吸收用于光合作用、色素合成、光周期现象和其他生理现象的太阳辐射波谱区。植物的光周期现象：光周期现象是指植物生长发育对昼夜长短的不同反应，即白天光照和夜晚黑暗的交替与它们的持续时间对植物开花有很大的影响，称为光周期现象。光饱和点：光强增强时，光合量也增加。光强达到一定强度时，光合量不再增加，这种现象如前所述，称为光饱和现象，这个光的临界点称为光饱和点。补偿点:植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光强值称为补偿点，在这一光强下，光合作用制造的产物与呼吸作用消耗的产物相等，在光补偿点以上，植物的光合作用超过呼吸作用，可以积累有机物质，在光补偿点以下，植物的呼吸作用超过光合作用，此时非但不能积累有机物质，反而要消耗贮存的有机物质，如长时期在光补偿点以下，植物将逐渐枯黄以至死亡。对于水稻、小麦等C3植物，光饱和点为3－5万勒克斯，C4植物的光饱和点一般比C3植物高。.作物群体的光饱和点和光补偿点均较单叶为高。光能利用率是投身到作物表层的太阳光能或光合有交辐射能被植物转化为化学能的比率。三基点温度与受害、致死温度：不论对于哪种温度，仅就其生理过程来说，都有三个基本点，即通常所说的三基点温度，最低温度、最适温度、和最高温度。或称为下限温度，最适温度、上限温度。对于作物的生长，下限温度是指在一定低温影响的一定时间内，作物不能继续生长，最适温度是指生长最适宜的温度，上限温度是指作物处于一定高温的一定时间内，不能继续生长，但也不受伤害的温度。就某一项生理过程而言，也有三基点温度。作物光合作用和呼吸作用就存在三基点温度，一般地说，光合作用的最低温度为0－5℃，最适温度为20－25℃，最高温度为40－50℃，对呼吸作用，则分别为－10℃、36－40℃、50℃。不同作物及品种，作物的光合与呼吸作用的三基点温度也有变化，而，光照强度、CO2浓度，土壤水分含量以及农业技术措施等都会影响三基点温度值的大小。如果温度高于上限温度或低于下限温度，作物就会逐渐受到不同程度的危害，此时称为受害高温或受害低温，温度进一步升高或降低，则会使作物受害致死，称为致死高温或致死低温，结合上面所讲的三基点温度，这就是通常所说的五基点温度或七基点温度。界限温度的农业意义农作物生命活动的另一个基本温度是农业界限温度，又叫指标温度。它表明某些重要物候现象或农事活动开始终止的温度，所谓“界限”，完全是从农业生产和气象条件的关系上划定的，农业气候上常用的界限温度（日平均温度稳定通过日期）：0℃、3－5℃、10℃、15℃、20℃。0℃：土壤冻结和解冻，越冬作物秋季停止生长，春季开始生长。春季0℃至秋季0℃之间的时段即为农耕期。3-5℃：早春作物播种、喜凉作物开始生长、多数树木开始生长。春季3(5)℃至秋季3(5)℃之间时段为冬作物或早春作物的生长期。10℃：春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长。开始大于10℃至开始小l0℃之间的时段为喜温作物的生长期。15℃：初日为水稻适宜移栽期，棉苗开始生长期，终日为冬小麦适宜播种期。初终日之间的时段为喜温作物的活跃生长期。20℃：初日为热带作物开始生长期，水稻分蘖迅速增长，终日对水稻抽穗开花开始有影响，往往导致空壳。初终日之间的时段为热带作物的生长期，也是双季稻的生长季节。积温学说：●在其他条件得到满足的前提下，温度对作物的发育起着主导作用。●作物开始发育要求一定的下限温度；而根据近年来的研究结果，在高温季节完成的发育期还存在有上限问题。●作物完成某一阶段的发育需要一定的积温。积温的定义某一时段内逐日平均气温之和，单位为℃。活动积温是作物在某时段内活动温度的总和，有效积温是在某时段内有效温度的总和，可根据该时期内日平均温度计算。作物的感温性：热量条件随各地的纬度、经度、拔海高度、地形、和栽培季节不同而变化。温度是作物发育过程中不可缺少的条件，但不同作物、品种对湿度的与反应不同，品种受温度的影响表现出发育速度不同的特性称为感温性。某品种在高温下能显著表现出缩短抽穗日数，则该品种感温性强，反之则弱，前者可称为对温度反应敏感，后者不敏感。有些作物在其发育过程中，需要一定的低温环境或低温刺激，否则不能正常抽穗结实，如小麦，这是作物感温效应的另一特点。造成积温不稳定的原因可归纳为下列几个方面：（1）积温学说的假定a.其他条件均得到满足的假定在自然条件下难以满足；b.发育速度—温度的线性关系是在其它条件适宜且在适宜的温度范围内才能成立，否则为非线性关系。（2）作物本性的影响a.作物对光温影响的反应即感光性和感温性的问题；b.作物的个体差异；c.作物对外界环境条件特别是对温度条件的适应能力；因此，积温应当有一个幅度，而不应该理解为一个固定的常数。（3）人为造成的误差a.作物发育期的观测误差；b.温度资料的来源不同及作物发育期观测的代表性问题，离温度测站的远近问题；c.计算积温时选取的上下限温度与作物实际的上下限温度的差异；d.采用日平均气温计算，而不考虑气温日变化带来的误差。温度条件订正依据：温度的高低（即温度强度的大小），对作物发育速度的影响是不一样的。夜间温度的高低及日较差的大小等，也会影响到积温的稳定性。a.有效积温变量基于温度的三基点理论及温度的有效性，有人提出一种温度因素对作物发育速度影响的非线性模式，以替代积温公式中的线性假设。温度与作物发育速度的非线性模式为：式中，1/n为发育速度，T为日平均气温，M、B为作物发育速度等于零时的上、下限温度，K、P和Q为大于零的经验参数。在非线性模式中，令：则上式变为：式中，A(T)称为有效积温变量。用实测资料可以验证，A(T)值与有效积温的实际值十分接近。而从A(T)的计算公式中可以看出，A(T)是温度的函数，即温度不同对作物发育速度并非等效。b.当量积温在有效温度（或温度当量）的基础上，可以用当量积温改进活动积温，即：Σθ=K（T）﹡ΣT式中，Σθ为当量积温，ΣT=Aa为活动积温，K(T)为温强系数，上式建立了当量积温与活动积温的联系。K(T)的计算公式为：式中，n0为发育速度最快（温度为T0）时的发育期天数。K(T)可以根据实验资料并按照上式确定。可见，温强系数是温度对作物发育有效性的度量，当量积温则反映出积温累积期间平均温度的有效性，其稳定性也较好（见P111表）。不利温度条件造成的灾害1、分类●低温危害，主要包括冷害、寒害、霜冻和冻害等。●高温危害，主要包括热害、暖冬害等。2、低温危害1）冷害冷害是指在农作物生长季节，温度在0℃以上，有时甚至在20℃左右的条件下对农作物产生的危害。发生冷害时，作物形态一般无明显变化，有“哑巴灾”之称。根据农作物受害情况可将冷害分成延迟型、障碍型和混合型冷害。（2）寒害寒害是指中国热带、亚热带地区作物在冬季遭受0℃以上（有时稍低于0℃）的低温危害的现象。它是热带作物主要的农业气象灾害之一。危害的作物有橡胶、椰子、咖啡、可可、胡椒和剑麻等。根据寒害发生的天气条件，可以将其分为平流型、辐射型和混合型寒害。热量平衡方程R0=QS+P+C+LE式中，R0是作用面的热量收支；QS是作用面和土壤下层热量交换；P是作用面与空气层的热量交换；C是冷空气平流的冷却作用或其它加热作用、空气垂直混合所增加的热量等；LE是水分蒸发和植物的蒸腾所消耗的热量或水汽凝结所释放的热量。从式中可以看出，任一分量的变化都会引起热量平衡方程的变动，导致土壤温度和近地气层温度的变动。QPKnTMBT1111)()()1()()()(QPTMBTKTAnBTTA)(TTnTK00)(调节和控制田间热状况的根本途径，便是从调节和控制上述方程各个分量入手，采取相应的措施，以增大受光面、减少反射、减少长波辐射增加土层热量传输能力，达到温度调控的目的。1）覆盖主要通过改变地面反射或吸收能力来增温。覆盖物主要有作物秸杆、塑料薄膜、风障、积雪、土面增温剂和染色剂等。试验表明黑色覆盖物增温效果好，白色覆盖物则相反。覆膜、塑料大棚和太阳能温室能更有效地增温，并能形成特定良好的小气候环境。灌溉改变农田热状况的原因：●降低地面反射率，提高空气湿度，增加热量平衡；●增加土壤热容量，保温效果好。夏季灌溉可以降温，冬季灌溉可以增温，且日较差小。近地层及土壤温度调控技术1、热量平衡方程R0=QS+P+C+LE式中，R0是作用面的热量收支；QS是作用面和土壤下层热量交换；P是作用面与空气层的热量交换；C是冷空气平流的冷却作用或其它加热作用、空气垂直混合所增加的热量等；LE是水分蒸发和植物的蒸腾所消耗的热量或水汽凝结所释放的热量。从式中可以看出，任一分量的变化都会引起热量平衡方程的变动，导致土壤温度和近地气层温度的变动。调节和控制田间热状况的根本途径，便是从调节和控制上述方程各个分量入手，采取相应的措施，以增大受光面、减少反射、减少长波辐射增加土层热量传输能力，达到温度调控的目的。（1）覆盖主要通过改变地面反射或吸收能力来增温。覆盖物主要有作物秸杆、塑料薄膜、风障、积雪、土面增温剂和染色剂等。试验表明黑色覆盖物增温效果好，白色覆盖物则相反。覆膜、塑料大棚和太阳能温室能更有效地增温，并能形成特定良好的小气候环境。温度过低对农业生物的危害：一般可把低温危害分成冷害、寒害、霜冻和冻害四种类型。寒害类型：依寒害发生时的农业天气条件，一般可将寒害分成：（1）、平流型寒害，指平流型降温引起的寒害。（2）、辐射型寒害：指在冷高压控制下，夜间晴朗无风，植物表面强烈辐射降温而发生的霜冻，又称为“静霜”或“晴霜”。（3）、平流辐射型霜冻：也称混合型霜冻，指冷平流和辐射冷却共同作用下发生的霜冻。通常是先有冷空气侵入，温度明显下降，到夜间天空转晴，地面有效辐射很强，植株体温进一步降低而发生霜冻，此种霜冻发生次数最多，影响范围大，危害也最重。（4）、蒸发霜冻：指由于空气变干或植被、土壤表面水分蒸发迅速，植物体耗热较多，株体冷却，而使作物受害的一种霜冻。；I为土壤水分类型：从力的角度来分析，水分在土壤中受到各种力的作用，使它能够保持在土壤中，产生运动现象。对应不同力所作用的水分存在状态，可分为吸湿水、毛管水、重力水等常规的土壤水分类型。（一）、吸湿水（又称吸着水或紧束缚水），吸湿水指烘干的土壤从含有饱和水蒸汽的空气中由吸附力吸附于土粒表面的水分。（二）、毛管水，这是被表面张力以水膜形式吸附于土粒周围，由毛管水面凹曲产生的力所保持的水分，又分为薄膜水和毛管水。为毛管所保持又与地下水不相连通者是毛管吸着水（毛管悬着水），吸着水中在土粒表面成薄膜状的水叫薄膜水，在土粒相互接触部位的水叫孔隙水，毛管吸着水达到最大数量时的含水量称为田间持水量。（1）、薄膜水（又称膜状水、松吸着水、松束缚水）。当土壤的吸湿水达到最大量后，其外层所形成的一层膜状的液态水叫薄膜水。当薄膜水过到最大数量时称为最大分子持水量。（2）、毛管水：毛管水的性质和运动主要取决于毛管力。毛管力就是指毛管壁与水分子间的吸持力与水的表面张力的共同作用。（三）、重力水：因重力而排出的水，不能保持在土壤中。当土壤中的水分超过了土粒吸引力和毛管力的作用范围后，多余的水