農(nóng)業(yè)氣象學(xué)教學(xué)課件

1、第一章 緒論 1.2 農(nóng)業(yè)氣象 （1）太陽(yáng)輻射與農(nóng)作物 (2）熱量條件與農(nóng)作物 (3）水分條件與農(nóng)作物 （4）二氧化碳與農(nóng)作物第1頁(yè)，共44頁(yè)。 （1）光主要從三個(gè)方面對(duì)植物產(chǎn)生影響： 光長(zhǎng)，即光照時(shí)間的長(zhǎng)短。 光強(qiáng)，即光照的強(qiáng)弱。 光質(zhì)，即光譜組成的不同。第一章 緒論第2頁(yè)，共44頁(yè)。 日照長(zhǎng)度和光照長(zhǎng)度 日照長(zhǎng)度。是指一地每天從日出到日落之間的日照時(shí)數(shù)，是一種在一定地區(qū)各年之間比較穩(wěn)定的氣候要素。 光照長(zhǎng)度。它和日照長(zhǎng)度不同，它包括日照長(zhǎng)度及只有漫射光的多云、陰天時(shí)段和曙暮光時(shí)段。第3頁(yè)，共44頁(yè)。 光周期現(xiàn)象 白天光照和夜晚黑暗的交替及其持續(xù)時(shí)間對(duì)植物的開(kāi)花有很大的影響，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光周

2、期現(xiàn)象。 第一章 緒論第4頁(yè)，共44頁(yè)。 光周期現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是指植物的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)晝夜長(zhǎng)短的不同反應(yīng)。 這種反應(yīng)在植物的花芽形成期最為敏感，是植物內(nèi)部節(jié)奏生物鐘的一種表現(xiàn)，是由系統(tǒng)發(fā)育所決定的，它是植物利用對(duì)光長(zhǎng)的測(cè)量而控制植物生理反應(yīng)的現(xiàn)象。第5頁(yè)，共44頁(yè)。 根據(jù)光長(zhǎng)影響植物開(kāi)花情況對(duì)植物的分類(lèi) （1）長(zhǎng)日性植物。是指只有在光照長(zhǎng)度超過(guò)一定臨界值（臨界光長(zhǎng)）時(shí)開(kāi)花，否則即停留在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)的植物。例如麥類(lèi)、豌豆、亞麻、油菜、胡蘿卜等原產(chǎn)于高緯度地區(qū)的作物。 （2）短日性植物。是指只有在光照長(zhǎng)度短于一定臨界值時(shí)開(kāi)花的植物。如水稻、玉米、棉花等原產(chǎn)于低緯度地區(qū)的作物。第6頁(yè)，共44頁(yè)。第7頁(yè)，共4

3、4頁(yè)。第8頁(yè)，共44頁(yè)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果: 光周期效應(yīng)決定于暗期長(zhǎng)度而不決定于光期長(zhǎng)度或光暗期之比。 短日性植物需要一定時(shí)間以上的暗期才能開(kāi)花，而長(zhǎng)日性植物暗期過(guò)長(zhǎng)也不能開(kāi)花。第9頁(yè)，共44頁(yè)。 即使給予足夠長(zhǎng)的暗期，如暗期中途給以“光中斷”，則暗期效果消失，而光期中途的“暗中斷”處理則無(wú)變化。 第10頁(yè)，共44頁(yè)。 可見(jiàn)光（光合有效輻射）對(duì)植物的影響 （1）光合有效輻射的概念 生理輻射 決定著最重要的植物生理過(guò)程（包括光合作用、色素合成、光周期現(xiàn)象和其它植物生理現(xiàn)象）的光譜區(qū)稱(chēng)之為輻射的生理有效區(qū)，或稱(chēng)為生理輻射。第11頁(yè)，共44頁(yè)。 光合有效輻射 使得光合作用進(jìn)行的光譜區(qū)輻射，稱(chēng)之為光合有效輻射

4、，簡(jiǎn)稱(chēng)PAR。 光合有效輻射的波長(zhǎng)范圍 光合有效輻射的波段大體與可見(jiàn)光（400760nm）范圍一致，即400700nm（歐美）或380710nm（俄）。第12頁(yè)，共44頁(yè)。 （2）光合有效輻射的計(jì)算 估計(jì)值 光合有效輻射約占太陽(yáng)總輻射的50%。 求算方法 a.進(jìn)行嚴(yán)格的對(duì)比觀測(cè)； b.以點(diǎn)推面，通過(guò)氣候?qū)W計(jì)算來(lái)求取。第13頁(yè)，共44頁(yè)。 在實(shí)際工作中一般用下列簡(jiǎn)便公式來(lái)估算光合有效輻射： 前蘇聯(lián) 中國(guó)華北第14頁(yè)，共44頁(yè)。 （2）溫度對(duì)生物影響的主要方式 溫度強(qiáng)度（高、低） 持續(xù)時(shí)間（累積） 溫度變化（周期性） 在這三個(gè)方面中，溫度強(qiáng)度是最基本的。只有具備了一定的強(qiáng)度，其持續(xù)時(shí)間與變化才能對(duì)

5、農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)生影響。 第15頁(yè)，共44頁(yè)。 維持生命溫度 適宜生長(zhǎng)溫度 保證發(fā)育溫度 -10 0 10 20 30 40 50 光合溫度 呼吸溫度圖1 作物生命活動(dòng)的基本溫度示意圖第16頁(yè)，共44頁(yè)。 作物生命活動(dòng)的每一個(gè)過(guò)程，都有三個(gè)基本點(diǎn)溫度，即三基點(diǎn)溫度。 最低（下限）溫度 最適溫度 最高（上限）溫度 對(duì)于作物的生長(zhǎng)，在最適溫度下生長(zhǎng)迅速而良好，在最低和最高溫度下作物停止生長(zhǎng)，但是仍然能夠維持生命而不受害。第17頁(yè)，共44頁(yè)。 致 受 最 最 最 受 致 死 害 低 適 高 害 死 低 低 溫 溫 溫 高 高 溫 溫 度 度 度 溫 溫 溫度 三基點(diǎn) 五基點(diǎn) 七基點(diǎn)溫度圖2 作物三、五或七

6、基點(diǎn)溫度范圍示意圖第18頁(yè)，共44頁(yè)。 幾種主要作物的三基點(diǎn)溫度作物最低溫度最適溫度最高溫度牧草342630小麥3 4.520 2230 32油菜4 520 2530 32玉米8 1030 3240 44水稻10 1230 3236 38棉花13 152835第19頁(yè)，共44頁(yè)。 空氣溫度對(duì)作物生長(zhǎng)的影響 1.00 相對(duì)速率 光合作用 0.75 作物生長(zhǎng) 呼吸作用0.500.250.00 0 10 20 30 40 溫度圖 植物生長(zhǎng)溫度曲線第20頁(yè)，共44頁(yè)。 空氣溫度對(duì)作物生長(zhǎng)的影響 作物的生長(zhǎng)，是有機(jī)物質(zhì)的積累是在連續(xù)的、同時(shí)進(jìn)行的光合作用和呼吸作用中形成的。 即隨著溫度的升高，作物的生命

7、過(guò)程最初是加快的。當(dāng)溫度超過(guò)一定界限時(shí)，光合作用和呼吸作用就減弱下來(lái)。當(dāng)溫度更高時(shí)，作用就停止了。也就是說(shuō)，光合作用和呼吸作用都有他們各自的最低、最適和最高的溫度。 第21頁(yè)，共44頁(yè)。 積溫學(xué)說(shuō)： 在其他條件得到滿足的前提下，溫度對(duì)作物的發(fā)育起著主導(dǎo)作用。 作物開(kāi)始發(fā)育要求一定的下限溫度；而根據(jù)近年來(lái)的研究結(jié)果，在高溫季節(jié)完成的發(fā)育期還存在有上限問(wèn)題。 作物完成某一階段的發(fā)育需要一定積溫。第22頁(yè)，共44頁(yè)。作 物早熟型中熟型晚熟型馬鈴薯100014001800谷 子170018002200240024002600玉 米21002400250027003000水 稻2300260028003

8、50035004100棉 花26003100320036004000 幾種主要作物所需10以上活動(dòng)積溫第23頁(yè)，共44頁(yè)。 （1）冷害 冷害是指在農(nóng)作物生長(zhǎng)季節(jié)，溫度在 0以上，有時(shí)甚至在20左右的條件下對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生的危害。 根據(jù)農(nóng)作物受害情況可將冷害分成延遲型、障礙型和混合型冷害。 低溫危害第24頁(yè)，共44頁(yè)。 寒害是指中國(guó)熱帶、亞熱帶地區(qū)作物在冬季遭受0以上（有時(shí)稍低于0）的低溫危害的現(xiàn)象。危害的作物有橡膠、椰子、咖啡、可可、胡椒和劍麻等。 根據(jù)寒害發(fā)生的天氣條件，可將其分為平流型、輻射型和混合型寒害。 （2）寒害第25頁(yè)，共44頁(yè)。 霜凍是指在春秋轉(zhuǎn)換季節(jié)，土壤表面和植物表面的溫度下降到

9、（0以下）足以使植物遭受傷害甚至死亡的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。 根據(jù)霜凍發(fā)生的季節(jié)可以將霜凍分為春霜凍和秋霜凍。 根據(jù)成因又可以將其分為平流型、輻射型、平流輻射型和蒸發(fā)型霜凍。 （3）霜凍第26頁(yè)，共44頁(yè)。 凍害是指越冬作物和果木在越冬期間由于0以下低溫劇烈變溫所造成的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。在北方主要危害越冬作物；在南方尤其是亞熱帶北緣地區(qū)，主要危害經(jīng)濟(jì)果木。 根據(jù)凍害發(fā)生的天氣條件可以將其分為冬季嚴(yán)寒型、入冬劇烈降溫型和早春融凍型。 （4）凍害第27頁(yè)，共44頁(yè)。 溫度過(guò)高的危害，即高溫危害。 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(guò)其生長(zhǎng)發(fā)育甚至生命活動(dòng)的上限溫度而導(dǎo)致傷害的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害

10、。 高溫危害第28頁(yè)，共44頁(yè)。 （3）土壤水分 土壤水分物理形態(tài)：固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài) 按土壤中某種吸力對(duì)水分的吸持和對(duì)水分性質(zhì)的影響分為：緊束縛水、松束縛水、毛管水 和 重力水 第29頁(yè)，共44頁(yè)。 土壤水分常數(shù) 1、定義 土壤中水分從受一種力的作用轉(zhuǎn)到受另一種力的作用時(shí)的土壤水分含量。 2、常用的土壤水分常數(shù) （1）吸濕系數(shù)（最大吸濕量） 土壤吸濕水達(dá)到最大數(shù)量時(shí)的土壤含水量。 吸濕系數(shù)以下的土壤水被土粒牢固吸持，不能被植物吸收利用。第30頁(yè)，共44頁(yè)。 （2）凋萎系數(shù)（凋萎含水量、凋萎濕度） 植物產(chǎn)生永久凋萎時(shí)的土壤含水量，包括全部的吸濕水和部分膜狀水。 凋萎系數(shù)是作物可利用水量的下限，約

11、為最大吸濕量的1.52.0倍(p=1520 kPa)。 不同質(zhì)地的土壤，凋萎濕度有明顯差異，即隨著土壤砂性增加而減小，隨著土壤粘性增加而增加。第31頁(yè)，共44頁(yè)。 表 不同作物的凋萎濕度（南京，%）作物名稱(chēng) 冬小麥 棉 花 向日葵 玉 米 大 豆凋萎濕度 6.99 7.36 8.41 9.41 9.32 （3）最大分子持水量 膜狀水達(dá)到最大數(shù)量時(shí)的土壤含水量。 它包括全部的吸濕水和膜狀水，約為最大吸濕量的24倍。第32頁(yè)，共44頁(yè)。 （4）田間持水量（土壤最小持水量） 毛管懸著水達(dá)到最大量時(shí)的土壤含水量。 田間持水量是在不受地下水影響的自然條件下所能保持的土壤水分的最大數(shù)量指標(biāo)。 田間持水量是

12、土壤中對(duì)植物有效水分的上限和計(jì)算灌水定額的依據(jù)。 第33頁(yè)，共44頁(yè)。 （5）毛管斷裂含水量 土壤中的毛管懸著水由于作物的吸收利用和土壤的蒸發(fā)作用，其數(shù)量不斷減少，當(dāng)減少到一定程度時(shí)，其連續(xù)狀態(tài)斷裂，從而停止了毛管懸著水的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)的土壤含水量稱(chēng)為毛管斷裂含水量。 毛管斷裂含水量可視為土壤水分對(duì)作物有效性的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。一般為田間持水量的65%左右，可以此作為灌水的下限指標(biāo)。第34頁(yè)，共44頁(yè)。 （6）毛管蓄水量（最大毛管水量） 土壤毛管孔隙都充滿水分時(shí)的含水量。 包括吸濕水、膜狀水和毛管上升水。 毛管蓄水量比田間持水量高1/41/3左右。 （7）全蓄水量（全持水量、土壤飽和含水量） 土壤所有孔

13、隙全部充滿水分時(shí)的含水量。 全蓄水量的數(shù)值主要取決于土壤孔隙度。第35頁(yè)，共44頁(yè)。 土壤水分常數(shù)及其有效性 不同類(lèi)型土壤的水分常數(shù)不同，主要決定于土壤質(zhì)地及結(jié)構(gòu)。 土壤有效水分含量 = 土壤貯水量- 凋萎濕度時(shí)的土壤貯水量第36頁(yè)，共44頁(yè)。 蒸散即植物葉面蒸發(fā)（蒸騰）和棵間土壤蒸發(fā)之和。蒸散是植物失水的主要方式。 估算作物的蒸散可確定作物的需水量 。于制定灌水計(jì)劃，確定灌水時(shí)間和灌水量，提高灌溉效益具有十分重要的意義。第37頁(yè)，共44頁(yè)。水分過(guò)少的危害-干旱 干旱是指長(zhǎng)期降水偏少，造成空氣干燥，土壤缺水，使農(nóng)作物體內(nèi)水分發(fā)生虧缺，影響作物正常生長(zhǎng)發(fā)育、減產(chǎn)甚至死亡的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。水分過(guò)

14、多的危害-洪水、澇害和濕害 1）洪水是大雨、暴雨引起的山洪暴發(fā)，河水泛濫，淹沒(méi)農(nóng)田，毀壞農(nóng)舍和農(nóng)業(yè)設(shè)施的災(zāi)害； 2）澇害是雨量過(guò)大或過(guò)于集中，造成農(nóng)田積水而使作物受到危害； 3）濕害是連陰雨實(shí)踐過(guò)長(zhǎng)或洪水、澇害之后排水不良引起的，使土壤水分長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，作物根系因缺氧而受到危害。第38頁(yè)，共44頁(yè)。干熱風(fēng) 是我國(guó)北方麥區(qū)的主要?dú)庀鬄?zāi)害，是指引起作物大量蒸騰的高溫、低濕、較大風(fēng)速的綜合氣象現(xiàn)象。 干熱風(fēng)可分為以下幾種類(lèi)型:高溫低濕型，雨后枯熟型、旱風(fēng)型。第39頁(yè)，共44頁(yè)。（4）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán) 第40頁(yè)，共44頁(yè)。 植物吸收利用CO2的狀況，與周?chē)諝獾腃O2濃度有關(guān)。即濃度不同，CO2

15、向葉內(nèi)擴(kuò)散量不同，則光合速率不同。 a、CO2飽和點(diǎn) 在輻射能充分滿足的條件下，植物光合速率不再隨CO2濃度增加而增大時(shí)的CO2濃度稱(chēng)為CO2飽和點(diǎn)。第41頁(yè)，共44頁(yè)。 b、CO2補(bǔ)償點(diǎn) 植物光合作用所消耗的CO2與呼吸作用釋放的CO2達(dá)到平衡時(shí)，環(huán)境中的CO2濃度稱(chēng)補(bǔ)償點(diǎn)。 CO2補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)的光合速率等于零。 CO2補(bǔ)償點(diǎn)是了解和衡量作物光合作用與呼吸作用關(guān)系的一個(gè)重要生理指標(biāo)。所以低CO2補(bǔ)償點(diǎn)往往可以作為作物高光合效率的指標(biāo)。 CO2補(bǔ)償點(diǎn)還與作物的發(fā)育及環(huán)境有關(guān)。第42頁(yè)，共44頁(yè)。 農(nóng)田上CO2濃度的日變化： 夜間由于土壤和植物繼白天不斷地釋放出CO2，而又沒(méi)有光合作用，使農(nóng)田上CO2濃度最大。 白天，由于作物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的黑夜而處于“饑餓”狀態(tài)，光合作用的增強(qiáng)使CO2濃度降低，在午前9-10點(diǎn)時(shí)光合作用迅速增強(qiáng)達(dá)到最大值，而CO2濃度出現(xiàn)低谷，中午前后因外界條件不利于光合作用，所以CO2濃度變化較平穩(wěn)，午后隨著太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的減弱，氣溫降低，葉片氣孔又逐漸張開(kāi)，光合強(qiáng)度在15-16時(shí)出現(xiàn)次高峰，CO2濃度也再