農(nóng)業(yè)氣象學(xué)原理

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農(nóng)業(yè)氣象學(xué)原理 第一章 緒論 1 生物有機體的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成 生物體的全部生命過程 既存在它內(nèi)部生 命活動的矛盾 又存在它與外界自然環(huán)境 的矛盾 這些矛盾構(gòu)成一個辯證的統(tǒng)一整 體 生物體的生命活動就是這些矛盾作用 下的結(jié)果 生物有機體發(fā)展的內(nèi)因充滿著各種矛盾 同化和異化則是基本矛盾 貫穿于生命活 動的始終 生物有機體生長發(fā)育的外因也是一個復(fù)雜 的外部矛盾的總體 既有不同的外界自然 因子如土壤 氣候 地形地勢等與生物有 機體的矛盾 又有外界人為因素如農(nóng)業(yè)措 施 社會經(jīng)濟條件條件等與其生育的矛盾 外部矛盾是生物體發(fā)展的條件 它和內(nèi)部 矛盾一起 影響生物體發(fā)展的進程 參與 決定生物體發(fā)展的性質(zhì)和方向 2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件 在影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的外界自然環(huán)境的諸因子 中 氣象因子是十分重要的 它是動植物 生活所必需的基本因子 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個特點是地域性和季節(jié)性都 很強 發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 必須 因時因地制 宜 所謂時 實際是指氣象條件 說明氣 象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義 我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)良傳統(tǒng)之一 就是推行 精耕細(xì)作技術(shù)體系 這也是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 一個顯著特點 3 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的定義 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)是研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件的 相互關(guān)系及其規(guī)律的科學(xué) 它是根據(jù)農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)的需要 運用農(nóng)學(xué)和氣象科學(xué)技術(shù)來 不斷揭示和解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)業(yè)氣象問 題 以謀求合理利用氣候資源戰(zhàn)勝不利氣 象因素 促使農(nóng)業(yè)發(fā)展的實用性學(xué)科 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的研究對象不能單指生物體及 其生產(chǎn)過程 也不能單指生物體所處的氣 象環(huán)境 而是生物體與氣象條件兩者相互 作用的規(guī)律及其影響 一方面研究農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)對氣象條件的要求和反應(yīng) 氣象條件對 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響 同時 另一方面也研究 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣象條件的影響 4 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的主要內(nèi)容大體可歸納為以 下幾個方面 一 農(nóng)業(yè)氣象基本方法與理論的研究 二 農(nóng)業(yè)小氣候研究 三 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害規(guī)律及防御措施的研 究 四 農(nóng)業(yè)氣候資源分析及其開發(fā)利用研 究 五 農(nóng)業(yè)氣象情報 預(yù)報方法研究與服 務(wù) 六 因地制宜開展專業(yè)氣象研究和服務(wù) 第二章 太陽輻射與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 1 光是生物體生命活動的能量源泉 到達(dá)地球上的太陽輻射就其最主要的 作用而言是產(chǎn)生光合效應(yīng) 熱效應(yīng)和 光的形態(tài)效應(yīng) 西曼等認(rèn)為地球生物 圈內(nèi)的光輻射的生物學(xué)效應(yīng)可分為 1 有機物質(zhì)的組成 其中包括光 合作用 維生素 D 和花青甙的形 成 2 物質(zhì)輸送 其中包括染色 紅 斑病的形成和殺菌作用 3 刺激作用 其中包括光周期現(xiàn) 象 向光性 趨光性 感光性 光發(fā)芽和暗發(fā)芽 光形態(tài)形成以 及葉脈與分泌腺的刺激作用 2 植物單葉的光學(xué)特性 葉片對光的反射 透射和吸 收 投射于葉面的太陽輻射可分反射 吸 收和透射三部分 反射由外反射和內(nèi) 反射兩部分構(gòu)成 外反射是葉片表皮 層與空氣的界面所發(fā)生的反射現(xiàn)象 內(nèi)投射是反射到葉子內(nèi)部 又從投射 一側(cè)返回空氣中的輻射 反射率 R 透 射率 T 和吸收率 A 有如下關(guān)系 R T A 1 所謂透光率 就是農(nóng)田中各高度的照 度與農(nóng)田上方 對照點 照度的比值 常用小數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示 也稱相對照 度 太陽光能中的可見光 紅外線和紫外 線到達(dá)地面上的比例雖因季節(jié) 緯度 地勢和氣象條件等而有不同 但大體 上可見光約占 45 55 紅外線 50 60 紫外線僅占 0 5 植株葉子在吸收太陽光后能量平衡的 粗略計算 1 能量用于光合作用 2 能量用于葉子向周圍環(huán)境散熱 3 余下的能量轉(zhuǎn)化為熱能 可使 623 640 克的水分蒸騰 并在光合作 用中形成約 1 克干物質(zhì) 粗略地說 光合有效輻射約占太陽總 輻射的 50 3 植物的光周期現(xiàn)象 光周期現(xiàn)象是指植物生長發(fā)育對晝夜長短 的不同反應(yīng) 即白天光照和夜晚黑暗的交 替與它們的持續(xù)時間對植物開花有很大的 影響 稱為光周期現(xiàn)象 自然界中很多植物的開花對光照長度非常 敏感 有的只有在光照長度超過一個臨界 值 臨界光長 時開花 否則停留在營養(yǎng) 狀態(tài) 這類植物稱為長日性植物 有的植 物只在光照長度短于一定臨界值時開花 這類植物稱為短日性植物 中日性植物是 指當(dāng)晝夜長短的比例接近于相等時才能開 花的植物 中間型植物是指開花受光長的 影響較小 只要其它條件適合 在不同的 光長下都能開花 植物分成短日或長日性類型 需要有一個 客觀的光照時數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 長日性植物光長不 能短于這個界限長度 而短日性植物相反 不能長于這個界限長度 短于或長于這個 長度 短日性植物都不能開花結(jié)實 而始 終保持營養(yǎng)生長狀態(tài) 這個界限長度即為 臨界光照長度 4 光照強度及其對植物的影響 光飽和現(xiàn)象 在一定的光照強度范圍 內(nèi) 并在植物生長適宜的外界條件下 光合強度隨著光照強度的增強而增強 當(dāng)光強超過一定限度時 光強再增大 光合強度并不相應(yīng)增強 它以一個最 高值為漸近線而不再上升 這種現(xiàn)象 稱為光飽和現(xiàn)象 光 光合作用曲線 大體呈雙曲線型 5 光飽和點 光強增強時 光合量也 增加 光強達(dá)到一定強度時 光合量 不再增加 這種現(xiàn)象如前所述 稱為 光飽和現(xiàn)象 這個光的臨界點稱為光 飽和點 6 植物的光合強度和呼吸強度達(dá)到相 等時的光強值稱為補償點 在這一光 強下 光合作用制造的產(chǎn)物與呼吸作 用消耗的產(chǎn)物相等 在光補償點以上 植物的光合作用超過呼吸作用 可以 積累有機物質(zhì) 在光補償點以下 植 物的呼吸作用超過光合作用 此時非 但不能積累有機物質(zhì) 反而要消耗貯 存的有機物質(zhì) 如長時期在光補償點 以下 植物將逐漸枯黃以至死亡 對于水稻 小麥等 C3 植物 光飽和點 為 3 5 萬勒克斯 C4 植物的光飽和點 一般比 C3 植物高 作物群體的光飽和點和光補償點均較 單葉為高 光照量度就是每晝夜植物所獲得的光 照能量的總和 到達(dá)地球表面的太陽輻射大致分為三 部分 紫外輻射 可見光及紅外輻射 7 可見光各個波段的作用 真正對有機物合成和產(chǎn)量有實際意義 的 只是 400 700nm 范圍內(nèi)的光 即 光合有效輻射 其中最有效的部分為 紅橙光和藍(lán)紫光 藍(lán)紫光部分為 400 510nm 之間 這是一個強的葉綠 素吸收帶和強的黃色素吸收帶 它的 效率雖只及紅橙光的一半 但對于植 物的化學(xué)成分有強烈的影響 能促進 蛋白質(zhì)和脂肪的合成和數(shù)量增加 8 紅外線對植物的影響 紅外線可分為近紅外輻射和遠(yuǎn)紅外輻 射 兩者對植物的影響不同 波長大 于 1000nm 的輻射為遠(yuǎn)紅外輻射 對于 植物無特殊效應(yīng) 一旦被植物吸收 即轉(zhuǎn)換成熱能而不參加光化學(xué)反應(yīng) 過程 波長在 1000 710nm 之間的輻 射是近紅外輻射 它是一個對于植物 具有特殊作用的光譜帶 雖然伸長效 應(yīng)的光譜區(qū)并不準(zhǔn)確地符合此帶的范 圍 但人們已經(jīng)肯定了這個光譜帶的 輻射能量對于植物的伸長效應(yīng) 9 光能利用率的概念與計算 光能利用率是投身到作物表層的太陽 光能或光合有交輻射能被植物轉(zhuǎn)化為 化學(xué)能的比率 10 影響光能利用率的因素 影響植物群體的光能利用率的因子 主要有光合面積 光合時間和光合能 力 光合面積主要指葉面積 要使群體有最大的光能利用率 就應(yīng) 求出最適葉面積系數(shù)值 大豆的最適 葉面積系數(shù)約為 3 2 玉米約為 5 0 小麥約為 6 0 8 8 水稻約為 4 0 7 0 11 光合時間 是指作物在整個生育 期間或在全年中利用太陽光能進行光 合作用的時間 適當(dāng)延長植物的光合 時間 可以增加體內(nèi)有機物質(zhì)的積累 而提高產(chǎn)量 為了延長光合時間 農(nóng)業(yè)栽培管理主要從兩方面入手 一 是延長葉片的壽命 即延長葉片的功 能期 防止葉片早衰 對禾谷類作 物來說 每張葉片特別是近穗葉片的 壽命長短對籽粒產(chǎn)量有極為重要的作 用 二是適當(dāng)延長植物的生長期 我國的間作套種是增加光合面積 延長光合時間 從而提高光合效率的 有效措施 12 光合能力 當(dāng)植物的環(huán)境因素處 于最佳狀態(tài) 包括大氣中 CO2 的深 度為正常含量 時 植物的最大凈光 合作用速率稱為光合能力 于滬寧等 人在威廉和約瑟夫提出光合生產(chǎn)圖解 模式的基礎(chǔ)上將光合生產(chǎn)的過程分為 三個階段來剖析 并提出了各階段限 制因素 第一個階段是能源和原料的輸送階段 光及 CO2 通過輻射及擴散 進入植物 層直達(dá)葉綠素內(nèi)的光合作用反應(yīng)中心 并進行再分配 第二個階段是能量轉(zhuǎn) 化階段 無機物轉(zhuǎn)化為有機物 光能 轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)潛能 第三個階段是 生物化學(xué)階段 葉子中初步合成的碳 水化合物用于生長發(fā)育和轉(zhuǎn)送到其它 器官貯藏 或轉(zhuǎn)化為還原程度更高的 化合物 此外 光合作用也依賴于溫 度 水分等其它外界因子 所以 設(shè) 法改善這些生境條件 也能提高植物 的光能利用率 各類植物光合作用的最適溫度范圍不 同 C4 植物凈光合作用的最適溫度在 30 以上 C3 植物的凈光合作用的最 適溫度則較低 陽性植物的凈光合作 用最適溫度為 20 30 耐蔭植物比 陽性植物為低 一般為 10 20 13 光能利用率的提高 14 一 增加植物對太陽能的吸 收比例 減少透射 反射和漏射損失 1 增加群體中光合作用面積 即 增加吸收太陽光能的葉面積 合理密 植是充分利用光能 空間 地力 提 高植物光能利用密度率的重要措施 合理密植的關(guān)鍵是栽培密度要合理 既要有一個較大的葉面積系數(shù) 但又 不能過大 2 造成群體中多層立體配置 二 增加農(nóng)作物生長的日數(shù) 高 效地利用全年太陽能進行光合生產(chǎn) 間作套種能充分利用時間和空間 使 田間作物始終有旺盛的群體 保持較 高的光能利用率 間作套種也提高了 復(fù)種指數(shù) 延長了生長季節(jié) 較充分 地利用了各種資源 從而提高了光能 與土地利用率 間作套種還把單作的 間歇用光變?yōu)樘鬃鞯难永m(xù)交替用光 生長了群體的光合時間 同時加大了 總體光合面積 三 改善水 肥 熱 氣等外界 條件 增加光合能力 四 減少呼吸消耗 增加凈光合 生產(chǎn)率 抑制光呼吸就能減少 CO2 的釋放 大 大提高光合強度 增加干物質(zhì)積累 另外 防止病蟲等危害 也是減少光 合產(chǎn)物消耗的重要措施 五 提高 經(jīng)濟系數(shù) 禾谷類作物經(jīng)濟系數(shù)大多 為 0 3 0 4 高的可達(dá) 0 5 通過育 種和先進栽培措施 經(jīng)濟系數(shù)可以提 高 從上述五個方面來看 農(nóng)作物產(chǎn)量實 際等于 光合面積 光合能力 光合時間 消耗 經(jīng)濟系數(shù) 可 稱之為光合性能 它是決定農(nóng)作物產(chǎn) 量高低和光能利用率大小的關(guān)鍵 總之 光是植物生產(chǎn)有機物的能源 農(nóng) 林 牧業(yè)生產(chǎn)的各種產(chǎn)品都是太 陽潛能的表現(xiàn)形態(tài) 提高植物的光能 利用率 可以發(fā)揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的極大增 產(chǎn)潛力 第三章 熱量條件與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 1 溫度表示熱量的物理學(xué)基礎(chǔ) 首先 根據(jù)熱力學(xué)原理 熱量是傳遞著 的能量 溫度是決定一個系統(tǒng)是否與其 它系統(tǒng)處于熱平衡的客觀標(biāo)志 其特征 在于一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同 的溫度 亦即溫度是系統(tǒng)本身內(nèi)部熱運 動狀態(tài)的特征反映 因此 溫度的高低 可反映了熱量的水平 而溫度的也為熱 量的測量和用溫標(biāo)表示提供了可能 其 次 在反映地方氣候條件時 用溫度比 用熱量具有更大的優(yōu)越性 因為溫度既 決定于輻射熱的大小 還決定于下墊面 的條件及其它的物理和非物理特性 它 是一個受綜合影響的度量指標(biāo) 每三 植物生化反應(yīng)的速率與溫度的關(guān)系比用 焦耳 表示的關(guān)系更為密切 因為生 化反應(yīng)速率主要決定于活化分子的數(shù)目 濃度 而不是決定于反應(yīng)物質(zhì)的平均 動能的變化 活化分子數(shù)目的變化則主 要依賴于溫度的高低 第四 和表示熱 量的其他物理量相比 溫度的測量方法 最為簡單 儀器普通 易于普及等 為 用溫度表示熱量提供了方便 2 溫度的農(nóng)業(yè)意義 溫度作為熱量條件的標(biāo)志 對生物體的 影響是多方面的 它影響其生理生態(tài)特 性 分布 同化 呼吸及其蒸騰等各生 理過程 生長發(fā)育與產(chǎn)量形成以及產(chǎn)品 的產(chǎn)量與質(zhì)量等等 根據(jù)溫度對作物生 理生態(tài)特性的影響及作物對溫度的要求 可把作物分為喜溫作物和耐寒作物 前 者指生長發(fā)育的起點溫度與全生育期中 所要求的溫度都比較高 后者指生長發(fā) 育的起點與全生育期中所要求的溫度相 對較低 根據(jù)溫度尋植物分布的影響及 植物對溫度的適應(yīng)性 也可把植物分成 廣溫植物 植物生長要求的溫度范圍較 寬 分布較廣 和窄溫植物 植物的生 活對溫度條件要求嚴(yán)格 分布范圍也較 窄 溫度除直接影響作物的生長發(fā)育外 還通過影響農(nóng)業(yè)環(huán)境中的其它因子 如 水分 土壤等 間接地影響作物的發(fā)育 溫度條件還是作物病蟲發(fā)生 發(fā)展以至 蔓延的基本條件之一 人從溫度的物理學(xué)意義出發(fā) 系統(tǒng)本身 是決定溫度水平高低的條件之一 因此 土壤溫度 動植物體溫及水溫在研究溫 度對農(nóng)業(yè)生物的影響及其間關(guān)系時有著 特殊的意義 3 土壤溫度的農(nóng)業(yè)意義 土壤溫度對于在土壤中以及在鄰近氣層 中所出現(xiàn)的各種過程和現(xiàn)象都產(chǎn)生影響 自然也影響到農(nóng)業(yè)生物的生長發(fā)育環(huán)境 及其生命活動 地溫對作物整個生育期都有一定影響 而且前期影響大于氣溫 在氣溫低而又 不至于危害作物正常發(fā)育的情況下 增 加地溫對促進作物生長是十分有利的 地溫對作物的影響包括對地上部和根系 的生長量 種子的萌發(fā)與幼苗的生長 作物的安全越冬 作物光合作用 作物 對水分及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與輸送以及土 壤中有效養(yǎng)分的變化等等影響 土壤溫 度不太高時 對根系生長比較有利 種 子發(fā)芽 出苗以及幼苗的生長與土壤溫 度的關(guān)系最為密切 土壤溫為對植物塊 根 塊莖及其它作物產(chǎn)量影響很大 在 土壤水分充足的條件下 土壤上層分蘗 節(jié)處的溫度是影響分蘗強度的主要因素 此外 土壤溫度還影響根的吸水量 農(nóng) 田 CO2 的釋放量 以及通過影響作物吸 水而影響氣孔阻力和限制作物的光合作 用 4 生物體體溫的農(nóng)業(yè)意義 生物體體溫與其周圍環(huán)境溫度并不一致 體溫才是真正影響生物體生命活動的 作物的 一切生理活動除受環(huán)境影響外 還決定植株本身的熱量收支 熱傳導(dǎo)和 蒸騰作用等 而葉溫與作物的光合 呼 吸 蒸騰及極端溫度對作物的危害等都 有直接關(guān)系 因而用葉溫表示作物的溫 度狀況更為客觀 5 溫度強度及其對農(nóng)業(yè)生物的影響 一 農(nóng)業(yè)生物生命活動的基本溫度 一 三基點溫度與受害 致死溫度 不論對于哪種溫度 僅就其生理過程來 說 都有三個基本點 即通常所說的三 基點溫度 最低溫度 最適溫度 和最 高溫度 或稱為下限溫度 最適溫度 上限溫度 對于作物的生長 下限溫度 是指在一定低溫影響的一定時間內(nèi) 作 物不能繼續(xù)生長 最適溫度是指生長最 適宜的溫度 上限溫度是指作物處于一 定高溫的一定時間內(nèi) 不能繼續(xù)生長 但也不受傷害的溫度 就某一項生理過程而言 也有三基點溫 度 作物光合作用和呼吸作用就存在三 基點溫度 一般地說 光合作用的最低 溫度為 0 5 最適溫度為 20 25 最高溫度為 40 50 對呼吸作用 則 分別為 10 36 40 50 不同 作物及品種 作物的光合與呼吸作用的 三基點溫度也有變化 而 光照強度 CO2 濃度 土壤水分含量以及農(nóng)業(yè)技術(shù)措 施等都會影響三基點溫度值的大小 如果溫度高于上限溫度或低于下限溫度 作物就會逐漸受到不同程度的危害 此 時稱為受害高溫或受害低溫 溫度進一 步升高或降低 則會使作物受害致死 稱為致死高溫或致死低溫 結(jié)合上面所 講的三基點溫度 這就是通常所說的五 基點溫度或七基點溫度 二 有效溫度與溫度的有效性 從農(nóng)業(yè)生物存在三基點溫度的事實出發(fā) 就產(chǎn)生有效溫度與無效溫度的概念 農(nóng) 業(yè)氣象學(xué)通常把生物生命活動或生長發(fā) 育的下限溫度稱為各自相應(yīng)的生物學(xué)下 限溫度 或生物學(xué)零度 并以 B 表示 當(dāng)日平均氣溫在 B 值以上 或以下 時 則該溫度就是有效 或無效的 故可以 認(rèn)為低于 B 值的日平均溫度為無效溫度 當(dāng)日平均溫度在 B 值以上 則該溫度為 活動溫度 活動溫度中扣除 B 值以下 上限溫度 C 值 以上的溫度而余下的溫 度為有效溫度 三 界限溫度的農(nóng)業(yè)意義 農(nóng)作物生命活動的另一個基本溫度是農(nóng) 業(yè)界限溫度 又叫指標(biāo)溫度 它表明某 些重要物候現(xiàn)象或農(nóng)事活動開始終止的 溫度 所謂 界限 完全是從農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 和氣象條件的關(guān)系上劃定的 農(nóng)業(yè)氣候 上常用的界限溫度 日平均溫度穩(wěn)定通 過日期 0 3 5 10 15 20 6 溫度條件與作物引種 1 北種南引 或高山引向平原 比 南種北移 或平原引向高山 容易成功 2 草本植物比木本植物容易引種成 功 一年生植物比多年生植物容易引種 成功 落葉植物比常綠植物容易引種成 功 3 溫度條件對植物生長的作用在一 定程度上是相對的 各種植物都有一定 的適應(yīng)性 任何一種植物引種到另一地 方種植后 在一定范圍內(nèi)外界氣候條件 都能促使植物發(fā)生變異 以提高其后代 適應(yīng)新環(huán)境的能力 即在植物引種過程 中 存在著氣候馴化的現(xiàn)象 4 當(dāng)然 具體引種時 不能單獨考 慮溫度的作用 在其他條件如土壤適宜 時 還必須綜合光溫條件進行分析 7 積溫的種類 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)中 應(yīng)用最為廣泛的是活動 積溫與有效積溫 活動積溫是作物在某 時段內(nèi)活動溫度的總和 而有效積溫是 在某時段內(nèi)有效溫度的總和 可根據(jù)該 時期內(nèi)日平均溫度計算 8 凈效溫度就是活動溫度減去生物學(xué)下 限溫度和有效溫度上限以上的數(shù)值 凈 效溫度的累積即為凈效積溫 9 造成積溫不穩(wěn)定的原因有這樣幾個方 面 1 積溫學(xué)說的假定 2 環(huán)境因子的干擾 3 作物本性的影響 4 人為造成的誤差 10 氣溫日周期變化比較量是指作物生 育期的平均氣溫在 20 30 范圍內(nèi) 同一 平均氣溫值的氣溫日周期變化的程度 11 作物的感溫性 熱量條件隨各地的 緯度 經(jīng)度 拔海高度 地形 和栽培季 節(jié)不同而變化 溫度是作物發(fā)育過程中不 可缺少的條件 但不同作物 品種對濕度 的與反應(yīng)不同 品種受溫度的影響表現(xiàn)出 發(fā)育速度不同的特性稱為感溫性 某品種 在高溫下能顯著表現(xiàn)出縮短抽穗日數(shù) 則 該品種感溫性強 反之則弱 前者可稱為 對溫度反應(yīng)敏感 后者不敏感 有些作物 在其發(fā)育過程中 需要一定的低溫環(huán)境或 低溫刺激 否則不能正常抽穗結(jié)實 如小 麥 這是作物感溫效應(yīng)的另一特點 12 溫周期現(xiàn)象 在自然條件下 氣溫 呈現(xiàn)著周期性變化 許多植物長期生活于 某一自然條件下 適應(yīng)了某種節(jié)律性變化 規(guī)律 并遺傳成為某生物學(xué)特性之一 這 一現(xiàn)象稱為作物的溫周期現(xiàn)象 13 溫度過低對農(nóng)業(yè)生物的危害 一般 可把低溫危害分成冷害 寒害 霜凍和凍 害四種類型 14 冷害類型 依照農(nóng)作物受害情況 可將冷害分成 1 延遲型冷害 指作物 在其營養(yǎng)生長期 有時也包括生殖生長期 內(nèi)遭遇低溫 使作物生育進程減慢 延遲 生育 最終秕粒增加 導(dǎo)致減產(chǎn)的現(xiàn)象 2 障礙型冷害 指作物在其生殖生長 期 主要是生殖器官分化期到抽穗開花期 遭受短時間 一般只有幾天異常的低溫 使生殖器官的生理活動受阻 造成穎花不 育 籽實空粒而減產(chǎn)的現(xiàn)象 3 混合型 冷害 指在作物生長季中相繼出現(xiàn)或同時 發(fā)生上述兩種類型的冷害 即在生育前期 遇低溫延遲生育 在孕穗 抽穗 開花期 又遇低溫冷害 造成不育或部分不育 產(chǎn) 生大量空秕粒 產(chǎn)量銳減 4 間接型冷 害 或稱稻瘟病型冷害 指水稻在其生長 期內(nèi)因低溫陰雨而發(fā)生稻瘟病 使作物受 害減產(chǎn) 依照發(fā)生地區(qū)分 可把冷害分成 東北 冷害 南方冷害 北方冷害 依照發(fā)生的季節(jié)分 則主要有春季 春 末夏初 低溫 夏秋季低溫和秋季低溫 15 冷害對作物的危害 各種作物品 種在其個體發(fā)育過程中都要求一定的 溫度條件 其生育的適溫范圍也不一 樣 若溫度低于生育適溫的下限溫度 作物就將受到不利影響 引起體內(nèi)的 一系列生理變化 低溫冷害的影響主 要有 影響作物的生理過程 2 引塌起作物生理失調(diào) 3 限制作物的營養(yǎng)生長 4 危害作 物的生殖生長 16 寒害類型 依寒害發(fā)生時的農(nóng)業(yè) 天氣條件 一般可將寒害分成 1 平流型寒害 指平流型降溫引起的寒 害 2 輻射型寒害 指在冷高壓 控制下 夜間晴朗無風(fēng) 植物表面強 烈輻射降溫而發(fā)生的霜凍 又稱為 靜霜 或 晴霜 3 平流輻射 型霜凍 也稱混合型霜凍 指冷平流 和輻射冷卻共同作用下發(fā)生的霜凍 通常是先有冷空氣侵入 溫度明顯下 降 到夜間天空轉(zhuǎn)晴 地面有效輻射 很強 植株體溫進一步降低而發(fā)生霜 凍 此種霜凍發(fā)生次數(shù)最多 影響范 圍大 危害也最重 4 蒸發(fā)霜凍 指由于空氣變干或植被 土壤表面水 分蒸發(fā)迅速 植物體耗熱較多 株體 冷卻 而使作物受害的一種霜凍 17 霜凍發(fā)生的一般規(guī)律 除了天氣條件以外 地形條件是影響 霜凍強度最主要的因子 山的北坡迎 冷風(fēng) 少陽光 霜凍重 南坡背風(fēng)向 陽 霜凍輕 東坡和東南坡早晨首先 照到陽光 植株體溫變化劇烈 霜凍 害往往較重 山坡冷空氣能沿坡下流 霜凍輕 山下谷地及洼地冷空氣堆積 霜凍輕 冷空氣易流進而又難排出的 地形地勢條件下 霜凍重 冷空氣難 進而又易排出的地形霜凍就輕 靠近 水體的地方霜凍較輕 疏松的土壤 熱容量小 導(dǎo)熱率低 使貼地層溫度 迅速下降 霜凍重 緊實潮濕的土壤 則霜凍輕 另外 林中空地的輻射霜 凍強弱主要取決于空地面積 一般若 空地直徑在四周林體高度 3 20 倍 林帶又郁閉 輻射型霜凍最嚴(yán)重 這 樣的林中空地稱為 霜穴 18 凍害及其對作物的影響 凍害是 指越冬作物和果木在越冬期間由于 0 以下低溫或劇烈變溫所造成的一 種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害 凍害的類型 1 冬季嚴(yán)寒型 2 入冬劇烈降 溫型 3 早春融凍型 按凍害發(fā)生 的時期 可分為初冬凍害 嚴(yán)寒凍害 和晚冬凍害 19 凍害對作物的危害 這主要與冬 季低溫強度 低溫持續(xù)時間及作物的 越冬性和抗寒性有關(guān) 一般低溫強度 越強 持續(xù)時間越長 越冬性及抗寒 性越弱 凍害就越嚴(yán)重 所謂越冬性 是指農(nóng)作物在越冬期間對凍害和其他 不良?xì)庀髼l件 如干旱 風(fēng)抽 冰害 雪害等 的忍耐和抵抗能力的總稱 抗寒性則僅指作物在越冬期間抵抗低 溫凍害的能力 作物抗寒性是其越冬 性的最主要的組成部分 20 光 溫 水等氣象條件對作物抗 寒性形成的影響 1 溫度條件的 影響 溫度對抗寒性的影響的一般規(guī) 律是 溫度降低時抗寒性升高 溫度 升高時抗寒性降低 2 光照條件 的影響 一般光合作用強 光照中直 射光成份大 日照長度縮短 都利于 作物抗寒性的形成 3 水分條件 的影響 秋季適宜的土壤水分有利于 抗寒能力的提高 水分過多易引起作 物徒長 降低抗寒性 但若植株生長 弱 長時間的土壤干旱易導(dǎo)致作物脫 水萎蔫 也不利于抗寒性的形成 一 般當(dāng)作物生長過旺時 適當(dāng)?shù)乃植?足是有利的 21 溫度過高對農(nóng)業(yè)生物的危害 溫 度過高的危害 即高溫危害 與低溫 危害相比 其程度要輕 范圍也小 一般意義上的高溫危害 指農(nóng)業(yè)生物 因高溫出現(xiàn) 超過其生長發(fā)育甚至生 命活動的上限溫度而導(dǎo)致傷害的一種 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害 高溫不實 是指高 溫影響作物的受精過程形成空粒的現(xiàn) 象 高溫逼熟 是高溫天氣對成熟期 作物產(chǎn)生的危害 22 高溫危害作物的原因在于 高溫 使植株葉綠素失去活性 陰滯光合作 用的暗反應(yīng) 破壞光合作用和呼吸作 用的平衡 降低光合效率 消耗大大 增強 促進蒸騰作用 破壞水分平衡 使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)凝聚變性 細(xì)胞膜半 透性喪失 導(dǎo)致有害代謝產(chǎn)物的積累 如蛋白質(zhì)分解時氨的積累 植株 中毒 作物的器官組織受到損傷 高 溫還使光合同化物輸送到穗和粒的能 力下降 酶的活性降低 致使灌漿期 縮短 籽粒不飽滿 產(chǎn)量下降 23 覆蓋的作用及其利用 在目前條 件下 利用覆蓋改變地面反射或吸收 能力是可以辦到的 如春季苗床上撒 草木灰 有機肥料或其他深色覆蓋物 能提高土壤對太陽輻射的吸收率 達(dá) 到苗床增溫的目的 在不同天氣條件 下 各種覆蓋物都有增溫效應(yīng) 覆蓋 物顏色不同 增溫效應(yīng)不同 黑色覆 蓋物吸收能力強 反射率低 增溫效 果好 白色覆蓋物則相反 用塑料薄 膜覆蓋 能更有效地增溫 形成特定 的良好的小氣候環(huán)境 目前大面積使 用塑料薄膜育秧 取得了良好效果 薄膜能透過太陽短波輻射同 防止或 削弱地面的長波輻射 起到 花房 效應(yīng)是 同時阻隔水汽向外擴散 蒸 發(fā)受到抑制 膜內(nèi)風(fēng)速為 0 濕度高 24 灌溉的作用 我國農(nóng)民利用灌溉 改變農(nóng)田熱量狀況已有悠久歷史 農(nóng) 田經(jīng)灌溉后能使反射率減小 地面溫 度下降 空氣溫度增加 導(dǎo)致有效輻 射減小 輻射平衡增加 另一方面 由于水的熱容量遠(yuǎn)大于空氣熱容量 灌溉后 土壤含水量增加 空氣含量 減少而使土壤熱容量增加 保溫效果 較好 因此在夏季灌溉可以降溫 冬 季灌溉可以增溫 且溫度日變化也較 小 25 加熱的作用 對空氣加熱主要是 燃燒和吹風(fēng) 26 農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的作用 結(jié)合農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)上的需要 采取相應(yīng)的農(nóng)業(yè)技術(shù) 措施 可以改變影響土壤熱物理特性 的因子 從而改變土層的熱量交換 提高土壤溫度 常用的方法有鎮(zhèn)壓 中耕 鋤地 壟作等 鎮(zhèn)壓 其作用 是增加土壤熱容量 減少土壤孔隙 使土壤上層水分增加 結(jié)果使熱容量 導(dǎo)熱率都有增加 中耕 早春時作物 正是苗期 中耕后上層土壤疏松 接 受太陽輻射的面增大 提高上層土壤 溫度 鋤地 鋤松土壤既增加接受太 陽輻射的面積 又使鋤松的表層土中 空氣含量增加 結(jié)果使土壤熱容量和 導(dǎo)熱率降低 這樣得到同樣的熱量 卻增溫明顯 同時傳給下層的熱量少 白天熱量積聚于松土層 表土層增溫 壟作 壟作可增加土壤對太陽輻射的 吸收面積 約提高 20 25 壟背的 反射率較低 比平地低 3 有利于 土壤溫度的提高 第四章 水分與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 1 降水后的分配 土壤水分平衡方 程的各組成分量中 除降水 蒸發(fā) 蒸騰 徑流等在一般情況下可作一個 常數(shù)處理外 其他還有 1 植物 的截留 所謂截留 即降水落到地面 之前 首先被植物冠層截去的那部分 降水 2 下滲 滲透 降水經(jīng)植 物截后剩余的水透過地表滲入土壤中 的過程稱為滲透 若再向下滲 匯入 地下的水稱為滲漏 水分滲入土壤的 速率主要取決于 1 時間 2 土壤 初始含水量 3 土壤導(dǎo)水性能 4 土壤表面狀況 3 地表徑流 指 未被土壤吸收 也未在地表積存 而 是沿著地表向下坡流去 匯集于小溝 和小溪中的那部分水量 這在降水強 度大于入滲速率時才會發(fā)生 2 水分進入土壤及再分布 在地面水 層消失后 水分滲入土壤 然后不斷 向各層次深入 在地面供水停止后水 分在土壤中下滲的進一步運動稱為水 分再分布 3 土壤水分的再分布 入滲作用結(jié)束 后 在土壤內(nèi)部 水分向下移動沒有 立即停止 還可持續(xù)一段時間 水分 在重力 吸力梯度和溫度梯度的作用 下 繼續(xù)向較干的下層移動 這個過 程稱為土壤水分再分布過程 4 土壤水分類型 從力的角度來分析 水分在土壤中受到各種力的作用 使 它能夠保持在土壤中 產(chǎn)生運動現(xiàn)象 對應(yīng)不同力所作用的水分存在狀態(tài) 可分為吸濕水 毛管水 重力水等常 規(guī)的土壤水分類型 一 吸濕水 又稱吸著水或緊束縛水 吸濕水 指烘干的土壤從含有飽和水蒸汽的空 氣中由吸附力吸附于土粒表面的水分 土粒表面吸附空氣中的水汽形成吸濕 水時 會放出一定熱量 稱為吸濕熱 或濕潤熱 砂土為 4 2 10 5 焦 克 粘土為 20 9 29 3 焦 克 土壤 吸濕水的含量與空氣的相對濕度成正 相比 當(dāng)空氣濕度達(dá)到飽和狀態(tài)時 土壤吸濕水即達(dá)到最大數(shù)量 稱為最 大吸濕量或吸濕系數(shù) 二 毛管水 這是被表面張力以水膜形式吸附于土 粒周圍 由毛管水面凹曲產(chǎn)生的力所 保持的水分 又分為薄膜水和毛管水 為毛管所保持又與地下水不相連通者 是毛管吸著水 毛管懸著水 吸著 水中在土粒表面成薄膜狀的水叫薄膜 水 在土粒相互接觸部位的水叫孔隙 水 毛管吸著水達(dá)到最大數(shù)量時的含 水量稱為田間持水量 1 薄膜水 又稱膜狀水 松吸著水 松束縛水 當(dāng)土壤的吸濕水達(dá)到最大量后 其 外層所形成的一層膜狀的液態(tài)水叫薄 膜水 當(dāng)薄膜水過到最大數(shù)量時稱為 最大分子持水量 2 毛管水 毛 管水的性質(zhì)和運動主要取決于毛管力 毛管力就是指毛管壁與水分子間的吸 持力與水的表面張力的共同作用 三 重力水 因重力而排出的水 不能保持在土壤中 當(dāng)土壤中的水分 超過了土粒吸引力和毛管力的作用范 圍后 多余的水分就會在重力的作用 下沿著土壤非毛管孔隙而下滲 5 土壤水分常數(shù) 常用的土壤水分常 數(shù)有七個 吸濕系數(shù) 凋萎系數(shù) 最 大分子持水量 田間持水量 毛管斷 裂含水量 毛管蓄水量 全蓄水量 6 土壤水勢與水分傳輸 水勢定義為 系統(tǒng)中水的化學(xué)勢與同溫同壓下純水 化學(xué)勢之差 化學(xué)勢是指在一個無限 大的系統(tǒng)中 在等溫等壓下保持各組 分濃度不變時 加入 1 克分子 I 物質(zhì) 所引起的自由能的增量 依據(jù)水勢的 概念 對植物 大氣 土壤中的水分 能態(tài) 都可以用相對于根系的水勢來 衡量 按系統(tǒng)分析的方法 可以將農(nóng) 業(yè)生物層作為一個系統(tǒng)對待 即 SPAC 7 水分傳輸過程 植物根系從土壤中 吸收的水分釋放到大氣中去 這是一 個蒸騰過程 可以看作水分在系統(tǒng)中 運動 水分?jǐn)U散 輸送經(jīng)過了不同的 介質(zhì) 土壤 植物 空氣 它包括四 個過程 A 過程 水 液體 從土壤 向根系表面移動 B 過程為 水 液 體 從根系通過莖向柔軟細(xì)胞表面的 植物組織移動 C 過程 水 氣體 從柔軟細(xì)胞表面通過氣孔前室 由氣 孔向葉表面移動 D 過程 水 氣體 通過葉面邊界層周圍空氣從葉面向周 圍空氣中移動 8 組成系統(tǒng)中水勢的分水勢有 基模 勢 滲透勢 壓力勢 重力勢 溫度 勢 系統(tǒng)中水勢是它們的代數(shù)和 9 土壤的壓力勢由三種分壓勢組成 1 氣壓勢 由于空氣被封閉在土 壤內(nèi)使平衡氣壓發(fā)生改變而產(chǎn)生的壓 力勢 2 靜水壓勢 土壤中存在 水層 對下面的土壤水分產(chǎn)生靜水壓 力所引起的作用 3 荷載壓勢 由 土壤水中含懸浮體物質(zhì)所產(chǎn)生的荷載 壓力引起的 10 蒸散 植物失水的方式主要是蒸 散 即植物生長期內(nèi)葉面散發(fā)量 蒸 騰 和棵間土壤蒸發(fā)量之和 11 影響蒸騰作用的因子 葉片 葉 面積 根冠比例 葉片方位 葉片的 大小和形狀 葉片的表面特征 氣孔 12 作物需水量是指生產(chǎn) 1 克干物質(zhì) 所需的水量 以植物在整個生長期或 某一個發(fā)育時期內(nèi)所吸收的水分總量 與該時期生產(chǎn)的總干物質(zhì)量的比表示 即以植物生理中的蒸騰系數(shù)作為需水 量 13 水分臨界期 農(nóng)作物在其生長發(fā) 育的不同時期 對水分的敏感程度是 不一樣的 對水分最敏感的時期 也 就是由于水分的缺乏或過多 對產(chǎn)量 影響最大的時期 稱為某作物的水分 臨界期 14 水分關(guān)鍵期 在作物水分臨界期 內(nèi) 如降水量較適宜 其保證率也高 則此時并不一定是當(dāng)?shù)赜绊懏a(chǎn)量的關(guān) 鍵時期 如在另一個時期 一方面作 物對水分也相當(dāng)敏感 另一方面 正 好遇上當(dāng)?shù)亟邓畻l件經(jīng)常出現(xiàn)不適宜 過多或過少 這一時期是當(dāng)?shù)厮?分影響產(chǎn)量的關(guān)鍵時期 稱為作物的 水分關(guān)鍵期 15 影響需水量的因素 1 氣象 因素的影響 2 植物因素的影響 3 土地面積大小的影響 4 能 量平衡 16 降水與土壤水分貯存 土壤水分 貯存主要是由大氣降水提供的 滲入 土壤的水分多少與降水強度有很大的 關(guān)系 另一方面也決定于土壤的性質(zhì) 農(nóng)業(yè)氣象中常用 透雨 來分析降水 的有效性和對土壤水分的增墑程度 所謂透雨就是在天氣比較干旱的條件 下 一次降水過程可以使當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作 物在一個較長的時期內(nèi)得到為維持作 物正常生長所需要的水分 這樣的一 次降水過程稱為透雨 具體要多少毫 米降水才達(dá)要求 則要滿足兩個條件 一是降水量必須超過某一深度范圍 使土壤達(dá)到作物的適宜土壤濕度 二 是降水滲透進土壤深度大于作物所要 求的適宜土壤濕度的深度 17 降水強度和降水量對作物的影響 降水也是灌溉水的來源 對無灌溉條 件旱地農(nóng)區(qū) 降水更是決定作物產(chǎn)量 的主要因子之一 相同的降水量 強 度不同 就有不同效果 強雷雨 陣 雨等強度過大 持續(xù)時間短 土壤的 入滲速率小 徑流大 易形成漬澇 且降雨強度過大 易造成作物機械損 傷 同量的降雨如雨日多而強度小的 連陰雨 則間接影響大 帶來陽光不 足 易致作物倒伏與病害 光合產(chǎn)物 不足 形成秕粒 產(chǎn)量低 品質(zhì)差 一定的降水適當(dāng)?shù)胤稚⒔德湫Ч?特別是熱雷雨 夜雨最有利于植物的 生長發(fā)育 因為熱雷雨多在傍晚降落 夜雨則在夜晚降落 既保證了植物水 分供應(yīng) 又使作物有充足的光合作用 時間 熱雷雨還伴有閃電現(xiàn)象 它分 解了大氣中的氮 而給作物帶來氮肥 降水除改變土壤水分含量外 還改變 大氣干濕狀況 比灌溉濕潤的面積大 而均勻 故有 橫水不如豎水 之說 即人工灌水不如天然降水 18 降水時間分配對作物的影響 降 水的季節(jié)分配涉及到兩方面 一是降 水的分布與溫度條件是否配合 如果 水熱同季 熱量條件保證水分條件得 到充分利用 對植物極為有利 二是 降水的時間分配與植物對水分的需要 是否一致 降水效應(yīng)隨植物發(fā)育期不 同而有很大變化 19 空氣濕度與農(nóng)作物的關(guān)系 空氣 濕度與農(nóng)作物生長發(fā)育的關(guān)系主要表 現(xiàn)在空氣濕度影響植物散以及植物組 織中水分平衡的變化 相對濕度小一 些 植物蒸騰較旺 吸水較多 在土 壤水分充足的條件下 蒸騰旺盛可增 加植物對水分和養(yǎng)分的吸收 加快生 長 所以 在一定程度上 空氣相對 濕度較小對植物是有利的 在空氣飽 和濕度下植物的生長受到抑制 谷物 籽粒的灌漿速度也降低 這是由于濕 度大抑制了蒸騰緣故 相對濕度高 還影響作物成熟時脫水過程 延遲收 獲 降低產(chǎn)品質(zhì)量 且不易貯藏 反 之 相對濕度小可能引起大氣干旱 特別是在氣溫高 土壤水分缺乏的條 件下 影響更為嚴(yán)重 它破壞植物的 水分平衡 使水分入不敷出 阻礙生 長 造成減產(chǎn) 20 雪與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 對于冬季積雪時 間長 雪層豐厚的地區(qū) 積雪的農(nóng)業(yè) 意義有 1 保溫作用 2 積 雪能增加土壤水分 雪也有危害 冬 季積雪較少或積雪過多 使作物死亡 和受害 21 露與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 露在某些干旱地 區(qū)和干旱時期 對植物有著重要作用 是某些植物生存的主要水分來源 重 的露水可在一段長的時間內(nèi)抑制蒸發(fā) 等于等量地了土壤水分的消耗 露水 還可能被植物直接吸收 改變內(nèi)在的 水分平衡 植物夜間因露水而達(dá)到水 分飽和 既利于夜間減弱呼吸作用 又有利于早晨的光合作用 但凝露時 間的長短對真菌病害的發(fā)生 發(fā)展關(guān) 系極大 22 干旱的概念 久晴不雨就要發(fā)生 干旱 它常發(fā)生在干季 降水比較少 的干燥少雨季節(jié) 或干期 無雨日數(shù) 持續(xù)一個較長時段 之內(nèi) 多數(shù)情況 下伴隨著大氣高溫 低濕 有時還伴 有風(fēng) 此時蒸散強烈 土壤供水不足 生物體內(nèi)水分平衡破壞 嚴(yán)重時則導(dǎo) 致生物體死亡 氣候干旱與農(nóng)業(yè)干旱 以及干旱氣候與干旱不是同一概念 一般干旱地區(qū)與干旱氣候是對濕潤地 區(qū)與濕潤氣候而言 氣候干旱更是一 個氣候?qū)W概念 農(nóng)業(yè)干旱簡稱干旱 是農(nóng)業(yè)氣象現(xiàn)象 是一種災(zāi)害性天氣 在濕潤或半濕潤地區(qū)也可發(fā)生 23 干旱的類型及其危害 按干旱的 成因可把干旱分為以下三類 1 土壤干旱是指土壤水分不能滿足植物 需要的一種干旱現(xiàn)象 20 大氣干 旱是指大氣中的干旱現(xiàn)象 3 生 理干旱是指植物不是因土壤缺水而出 現(xiàn)的干旱現(xiàn)象 按干旱發(fā)生的季節(jié) 可把我國干旱分 為春旱 夏旱 秋旱以及冬旱 1 春旱指發(fā)生在春季 3 5 月的干旱 它 的特點是 溫度不高 相對濕度低 缺雨或少雨 并常有使土壤變干的冷 風(fēng) 2 夏旱 也稱伏旱 指發(fā)生在 6 8 月的干旱 其特點是 太陽輻射 強 溫度高 相對濕度氏 蒸散旺盛 3 秋旱指發(fā)生在 9 11 月的干旱 它的特點與夏旱相類似 但不及夏旱 特點那樣顯著 可在廣大地區(qū)發(fā)生 4 冬旱指發(fā)生在 12 2 月的干旱 它的特點是我國冬季降水各地都很少 但秋播作物需水也少 在北方 冬季 土壤水分主要保證來年春播和越冬植 物返青之用 因此冬旱本身對當(dāng)時越 冬植物基本沒有影響 只有冬旱連著 春旱 或者迎著秋旱 才加重春旱或 者冬旱的危害性 此外 還有幾旱連 著出現(xiàn)的情況 如伏秋旱 春伏旱 甚至春夏秋旱相連 對作物的危害更 加嚴(yán)重 24 干熱風(fēng) 干熱風(fēng)是指出現(xiàn)在溫暖 季節(jié)導(dǎo)致小麥乳熟期受害的一種干而 熱的風(fēng) 是一種大氣干旱現(xiàn)象 25 干熱風(fēng)的類型及其危害 1 高溫低濕型 2 雨后熱枯型 雨 后猛晴型 3 旱風(fēng)型 26 水澇 水澇是水災(zāi)和澇災(zāi)的通稱 水災(zāi)是指河流泛濫或山洪爆發(fā)淹沒了 河流鄰近的大片農(nóng)田所造成的災(zāi)害 27 水澇害的影響因素 1 降水 多且時間長 2 地形是形成水澇 災(zāi)害的第二個主要因子 28 濕害 濕害 漬害 指長江中下 游地區(qū)春季或秋末多雨地區(qū)麥類等作 物因土壤水過多而受害的一種農(nóng)業(yè)氣 象災(zāi)害 29 農(nóng)田土壤水分的調(diào)節(jié) 水分的循 環(huán)可以分為單循環(huán) 復(fù)循環(huán)兩種 單 循環(huán)是指大氣降水不滲入或少滲入下 層土壤 在土壤表面的耕作層直接而 較快地從土壤蒸發(fā)和通過作物的蒸騰 又回到大氣中去的水分循環(huán) 復(fù)循環(huán) 是指大氣降水滲入土壤中 在深層再 分布 變成深層貯水 然后通過植物 吸收利用再蒸騰到大氣中去的水分循 環(huán) 30 提高水分利用率 常用的措施有 灌溉 種植方式 密植 行距 行向 等 屏障 作物與品種配置等 都 對水分有效利用率有一定影響 31 風(fēng)障減少蒸散的原因 減低風(fēng)速 加大空氣阻力 使水汽輸送緩慢 且 障內(nèi)空氣濕度加大 第五章 空氣 風(fēng)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 1 大氣中含有多種元素和氣體 歸納 起來可分惰性氣體 生物循環(huán)氣體和 短壽氣體三類 按體積計算 大約有 78 的氮 21 的氧和 0 03 的二氧化 碳 2 大氣中二氧化碳主要來自以下途徑 1 海洋 2 人類活動 3 土壤 3 大氣中二氧化碳的主要去向有 1 溶解進入水圈 2 淋化進入 巖圈 3 光合作用進入生物圈 4 二氧化碳飽和點 在輻射能充分滿 足的條件下 作物的光合作用強度不 再隨二氧化碳濃度增加而增大時的二 氧化碳濃度 稱為二氧化碳飽和點 大多數(shù)作物二氧化碳飽和點在 800 1800ppm 左右 5 二氧化碳補償點 作物光合作用所 消耗的二氧化碳與呼吸作用釋放的二 氧化碳達(dá)到平衡時 環(huán)境中的二氧化 碳濃度 稱為二氧化碳補償點 作物 處于二氧化碳補償點時 表示光合強 度等于零 作物沒有干物質(zhì)積累 6 作物同化二氧化碳的速率是與很多 因子有關(guān)的 1 種間差異 2 光 強的影響 3 溫度的影響 4 水 分的影響 5 風(fēng)的影響 7 二氧化碳增加對植物的影響 1 直接影響 1 提高植物光飽和點 2 增加生長量和產(chǎn)量 3 對葉 片的影響 經(jīng)二氧化碳施肥能夠形成 較厚 內(nèi)含物較充實且葉面積較大的 葉片 葉片上氣孔的體積以及單位葉 面積的氣孔數(shù)也隨之增多 單位葉面 積的干物質(zhì)增和長率也有提高 2 間接影響 1 對熱量狀況的影響 大氣二氧化碳對太陽短波輻射幾乎不 吸收 而吸收地面長波輻射 同時也 向地面放出長波輻射 特別是在波長 1200 1800nm 之間的紅外區(qū)域 它 集中了大部分從地球表面向空間發(fā)射 的熱輻射 二氧化碳這種強烈的吸收 大大地降低從地面向外層空間失去的 熱輻射量 2 對水分狀況的影響 氣候變暖的一個直接后果是冰雪消融 海平面上升 海陸面積發(fā)生變化 這 對水分循環(huán)產(chǎn)生一定影響 另一方面 二氧化碳濃度增高會使植物的水分利 用率隨之提高 總之 大氣中二氧化 碳濃度的增加引起氣候環(huán)境的改變將 對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不配可忽視的作用 8 氧循環(huán)對生物的影響 氧 碳 氫 等元素的循環(huán)是緊密聯(lián)系在一起的 不可能獨立地研究某一元素的整個循 環(huán)過程 空氣中二氧化碳含量增加 必然消耗大的氧 兩者增加和減少到 一定限度時 就破壞了二氧化碳和氧 的平衡 對動植物的生長和人體健康 造成威脅 氧是植物生存 生長 發(fā) 育的必需因子 植物的呼吸主要是有 氧呼吸 生物界所需的能量 主要是 靠氧化代謝產(chǎn)物 大氣中氧的另一作 用是 一部分氧將在高空發(fā)生聚合作 用 從而形成一個臭氧層 臭氧層能 保護地表面免受短波紫外線的照射 使地面生物免遭短波光的傷害 9 大氣污染是指由有害物質(zhì)排入大氣 破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生活條件 對人和物造成危害的現(xiàn)象 大氣污染 可以是人為的 也可以是因自然因素 引起的 如火山爆發(fā) 地震 風(fēng)暴等 不過人們多地注意人為的污染 其污 染源主要有 1 由燃料燃燒 交 通運輸工具 工業(yè)生產(chǎn)工藝過程及工 業(yè)用水所產(chǎn)生的工業(yè)污染源 2 由 農(nóng)藥 肥料及農(nóng)業(yè)廢棄物所造成的農(nóng) 業(yè)污染源 3 由生活燃煤 生活污 水 生活垃圾等所形成的生活污染源 10 大氣污染的種類繁多 對農(nóng)業(yè)有 危害的主要有 1 具有氧化作用 的污染物 如臭氧 過氧乙酰硝酸 酯及其同族體 二氧化氮 氯氣等 2 具有還原作用的污染物如二氧 化碳 醛類 硫化氫 一氧化碳等 3 具有酸性作用的污染物如氟化 氫 四氟化硅 氯化氫 二氫化硫 硫酸煙霧 氰化氫等 4 具有堿 性作用的污染物如氨 5 其他有 機氣體如乙烯 丙烯 粉塵等 6 固體粒子狀物質(zhì)如煤煙 粉塵等 這 此污染物以氣態(tài)氣溶膠或微粒狀態(tài)存 在于大氣中 它們對植物的毒性不一 一般可分為三級 一級 強毒性污染 物如氟化氫 臭氧 過氧乙酰硝酸酯 等 二級 中性污染物如硫化物 氮 氧化物等 三級 弱毒性污染物如氨 氯化氫 硫化氫等 11 大氣污染對植物的危害 葉征是 植物與周圍空氣進行氣體交換的最活 躍部位 也是最敏感的器官 空氣污 染物主要通過氣孔有時也通過水孔進 入植物體內(nèi) 所以植物的受害部位首 先是葉片 大氣了污染對植物的危害 一是傷害 二是損害 傷害是指植物 對空氣污染所產(chǎn)生的可識別和測量的 反應(yīng) 損害是指污染物對植物的預(yù)期 或產(chǎn)量造成可識別和測量的不利影響 它取決于植物的產(chǎn)量和經(jīng)濟用作被降 低的程度 植物某一階段所出現(xiàn)的傷 害 不一定必然引起減產(chǎn) 12 大氣污染對植物的危害 又分為 能使植株產(chǎn)生特有傷害癥狀的可見危 害和在外表看不到癥狀的不可見危害 可見危害又有急 慢性之分 13 二氧化硫的危害性 二氧化硫?qū)?植物的生理影響主要有 1 刺激氣 孔不正常開放或關(guān)閉 影響正常的生 理機能 保衛(wèi)細(xì)胞被麻痹 不能再可 靠地控制蒸騰作用 導(dǎo)致植物因大量 蒸騰而迅速枯萎 2 葉綠素中的葉 綠素 A 比 B 明顯減少 光合作用明顯 降低 3 新陳代謝受到干擾 呼吸 作用在初期迅速增加 隨著傷斑的發(fā) 生和擴大 又迅速減少 4 使非 還原糖減少 總蛋白質(zhì)含量下降 氨 基酸總量 特別是谷氨酸和天冬酰氨 減少更明顯 5 花是抗性較強的器 官 常在葉片已受害的情況下仍保持 完好和繼續(xù)開放 但花粉的萌發(fā)和花 粉管的伸長受到影響 從而影響到正 常的授粉和受精 種子發(fā)芽率也明顯 降低 14 臭氧對植物的傷害主要表現(xiàn)在 1 對生長的抑制及器官的脫落 可抑制根 莖的生長和發(fā)育 抑制花 粉的發(fā)芽 引進落葉落果等 2 使 光合作用下降 呼吸作用增強 氧化 磷酸化受抑制 15 氣象條件對污染的影響 風(fēng)的大 小 持續(xù)的長短 直接影響空氣中污 染物的濃度 大氣中污染物濃度與污 染源排放量成正比 而與平均風(fēng)速成 反比 風(fēng)力加大 使單位時間內(nèi)通過 煙波斷面的空氣量增大和湍流擴散增 強 起著稀釋污染物的作用 風(fēng)向 風(fēng)速與污染情況可用公式 污染系數(shù) 風(fēng)和頻率 平均風(fēng)速 湍流是污染 物垂直擴散的主要動力 當(dāng)大氣呈不 穩(wěn)定狀態(tài)時 有利污染物擴散 當(dāng)大 氣處于穩(wěn)定狀態(tài)時 污染物向高空方 向擴散較少 這時若風(fēng)速也較小 會 使污染物停滯和積累在近地氣層 加 劇污染程度和延長污染時間 16 植物的抗性 是指植物在污染物 影響下 能不受害 或受害后能很快 恢復(fù)生長 繼續(xù)保持活力的特性 植 物抗性的強弱主要取決于 氣孔 表 皮細(xì)胞 角質(zhì)層 表皮毛 生理特性 及再生能力 其他形態(tài)特征 17 大氣污染的防御 1 大氣污染 的監(jiān)測 2 控制污染源 3 植物科研 機構(gòu) 凈化空氣 4 傷害后的恢復(fù)方 法 18 風(fēng)對植物外部形態(tài)的影響 1 植株低矮 樹冠過分尖削 呈流線型 的外形 2 葉子比正常葉小 常帶 有褐色或紅色的斑點 尤其在葉片邊 緣 3 樹干常向盛行風(fēng)所吹的方向 傾斜 較小的枝條成為屈曲狀 且整 株植物以同樣的狀態(tài)發(fā)生傾斜 4 小的枝條很短 常有不規(guī)則的分枝 彼此互相交錯 5 許多向風(fēng)的枝條 死亡 6 樹干的橫剖面中心偏外 7 在寒冷風(fēng)大的迎風(fēng)坡面 森林可 能衰退成為密灌叢 且進一步退化為 分散的孤立的墊狀個體 19 風(fēng)對植物的機械損傷 1 造成 植物的機械損傷 損傷的程度 主要 決定于風(fēng)速 風(fēng)的陣性以及植物對風(fēng) 的抗性等 2 大風(fēng) 尤其是臺風(fēng)帶 來的暴雨 可引進山洪爆發(fā) 江河泛 濫 破壞水利設(shè)施 帶來水澇災(zāi)害 3 秋 冬季冷空氣南下時形成的大 風(fēng)常伴隨低溫 干燥 造成越冬作 物異常落葉 抑制花芽分化 花器官 發(fā)育不良 結(jié)實量降低或品質(zhì)下降 干冷的寒風(fēng)還加速農(nóng)田蒸發(fā) 加劇干 旱的危害 4 風(fēng)與農(nóng)作物病蟲害的 關(guān)系主要表現(xiàn)為 1 風(fēng)是作物某 些病蟲害侵染循環(huán)的必要外界條件 2 風(fēng)是某些病蟲害的媒介 3 大風(fēng)造成的植物機械損傷 為病原菌 從傷口進入植物體提供了條件 20 防風(fēng)措施 防風(fēng)措施根據(jù)性質(zhì)可 概括為兩類 一類是使作物免受風(fēng)害 的措施 如營造防風(fēng)林 設(shè)置防風(fēng)籬 等 一類是加強作物本身對風(fēng)害抵抗 能力的措施 主要有 1 選擇抗風(fēng) 作物與品種 2 改善栽培措施 3 支撐 第六章 農(nóng)業(yè)氣象模式 1 農(nóng)業(yè)氣象模式的意義和應(yīng)用是 1 定量表示農(nóng)業(yè)氣象研究中的各種關(guān)系 2 建立模式有助于進一步判斷我們所 缺乏的知識和數(shù)據(jù) 3 建立模式能激 起新的研究思路和方法 4 建立模式 可以縮減不必要的試驗 5 與傳統(tǒng)方 法比較 模式能更好地利用數(shù)據(jù) 6 匯集不同資料和結(jié)果 得出綜合性概念 7 模式可給出內(nèi)插 外推和預(yù)測 給 人們決策的依據(jù) 2 農(nóng)業(yè)氣象模式研究的對象就是土壤 植物 大氣系統(tǒng) 3 系統(tǒng)和外界環(huán)境的復(fù)雜性 研究各級 系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)是植物的總和 農(nóng)業(yè)群落 活的組織可分為幾級 生物圈 群落 有 機體 器官 細(xì)胞和亞細(xì)胞構(gòu)造 為了計 算農(nóng)業(yè)群落水分和熱量狀況的特征 必須 以下列外界環(huán)境參數(shù)作為邊界條件 空氣 的溫度和濕度 輻射強度 大氣反射 風(fēng) 速 土壤溫度和濕度等 一般地說 外界 環(huán)境因子對農(nóng)業(yè)群落的作用不是累加的 而是由于其單優(yōu)勢性 協(xié)同作用 拮抗作 用等現(xiàn)象而復(fù)雜化 單優(yōu)勢性 當(dāng)一個因 子處于最小值或最大值時 對系統(tǒng)產(chǎn)生如 此強大的影響 及致壓倒所有其余因子的 作用 協(xié)同作用 兩個或更多的因子對系 統(tǒng)的增強作用 4 大多數(shù)氣象要素具有時間變化的特點 包括 天氣學(xué)最高值 與大約以 4 天為周 期的振動相適應(yīng) 微氣象學(xué)最高值 與 大約以 1 分種為周期的擾動相符 和劃 分得很廣泛 的中尺度氣象學(xué)最低值 頻 率的間距以幾分鐘到幾小時為周期 氣 象要素也受周期性變化 日變化和年變化 的影響 5 系統(tǒng)的非定常性 是土壤 植物 大 氣系統(tǒng)對外界環(huán)境條件作用做出反應(yīng)的性 質(zhì)在時間上的變化 6 系統(tǒng)的慣性 農(nóng)業(yè)群落植物量的增長 是由許多慣性秘 葉面積 根系大小 土 壤根層的含水量所決定的 7 系統(tǒng)的適應(yīng)性 系統(tǒng)的重要特性是行 為的適應(yīng)性 現(xiàn)代生物學(xué)把生物有機體看 成一個開放的自動調(diào)節(jié)和自我建設(shè)的動態(tài) 系統(tǒng) 對正在變化的情況具有適應(yīng)性 只 有生物才具備這種特性 個體發(fā)育過程中 起作用的調(diào)節(jié)原則有二 1 按遺傳因 子即發(fā)育的內(nèi)部因子進行發(fā)育 2 發(fā)育 與外界環(huán)境的狀況相適應(yīng) 即以外界因子 為轉(zhuǎn)移 8 建立模式應(yīng)考慮如下因素 輸入變量 輸出變量 狀態(tài)變量 比率變量 9 作物氣象模式一般劃分為三類 即經(jīng) 驗統(tǒng)計械 理論統(tǒng)計模式 和理論模式 第七章 作物氣象 1 作物生產(chǎn)的實質(zhì)是一個能量轉(zhuǎn)換 物 質(zhì)循環(huán)和積累的過程 影響作物生長發(fā)育 和產(chǎn)量形成的外界環(huán)境因素 首先是太陽 輻射 它是作物生產(chǎn)的能量源泉 天氣條 件的影響多注意到農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害 旱 澇 風(fēng) 霜 冷 凍等 2 水稻品種類型的光周期反應(yīng) 1 早 稻的感光性 北方地區(qū)的水稻感溫性強 感光性弱 2 晚稻的感光性 晚稻是 感光性強的短日照類型 對光照反應(yīng)極敏 感 晚稻感溫性也較強 在光周期誘導(dǎo)期 間 也要求較高的溫度條件 因此晚稻只 分布在較低緯度地區(qū) 3 中稻的感光性 中稻的基本營養(yǎng)生長性 感光性 感溫性 都居于早稻和晚稻之間 是兩者的過渡類 型 總的來說 南方的水稻比北方水稻的 感光性強 晚稻比早稻強 遲熟品種比早 熟品種強 3 水稻品種類型對溫度的反應(yīng) 晚稻的 感溫性比早 中稻強 而早稻又比中稻強 4 水稻生育對水分的要求 水稻各生育 期對水分的要求是不同的 以花粉母細(xì)胞 減數(shù)分裂到花粉粒形成階段對水分條件最 敏感 這正是水稻一生中需水的臨界期 水稻需水的第二個時期是開花灌漿期 此 時對水分要求較多 缺水受旱 千粒重下 降 產(chǎn)量不高 5 引種 根據(jù)水稻氣候分析 由南向北 緯度增加 1 度 出穗平均延長 2 4 天 由 平地向高山 海拔升高 100 米出平均延遲 2 4 天 由西向東移 5 個經(jīng)度 出穗可提 早 1 天左右 也有延遲也穗的 依品種而 異 一般說 南稻北引 生育期延長或不 出穗 宜用早熟品種 北稻南移 生育期 縮短 宜用遲熟品種 向高山