農(nóng)業(yè)氣象節(jié)課件

第一章農(nóng)業(yè)氣象§1.1概述1.1.1氣象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的對象→生物有機體，生命過程→在自然條件（氣象、土壤、地形、地勢）下完成。

光、熱、水、氣（CO2)和是作物的生長發(fā)育的基本因子，它們同等重要，缺一不可。

氣象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響主要有以下5個方面：

(1)氣候影響地球表面植被和農(nóng)作物的地理分布

從赤道到南北兩極，熱量減少，出現(xiàn)不同的氣候帶；從海岸向內(nèi)陸推移，大氣濕度減小、降水量減少，出現(xiàn)干旱、濕潤等不同的氣候區(qū)；海拔高度、地形、地勢等的影響，氣候在垂直方向上的變化。由于世界各地的熱量、降水、光照的不同，形成各種不同類型的氣候，因而各地有不同的作物種類、品種及種植制度等。地區(qū)南嶺以南南嶺以北、長江以南黃淮流域東北內(nèi)蒙古、西北生長期（d)無霜期＞325日平均氣溫穩(wěn)定在5以上的日數(shù)250～300200～250100～150年降水（mm)1500～20001000500～1000500～1000250～400熟制2～3、4熟2～3熟2熟1熟主要作物水稻、甘蔗、柑桔、荔枝及橡膠、咖啡等經(jīng)濟作物水稻、茶葉、蠶絲、桐油、柑桔等冬小麥、玉米、棉花、煙草、花生等東北出產(chǎn)高粱、大豆、春麥、沿江可種植水稻；內(nèi)蒙古種植春小麥、谷子、土豆表1.1我國各地氣候條件與農(nóng)業(yè)(3)天氣、氣候影響產(chǎn)品的質(zhì)量(2)天氣、氣候影響作物生長發(fā)育及產(chǎn)量的年際變化

作物完成生長期需要一定的熱量、適宜的水分、充足的陽光。

作物生長期內(nèi)，氣溫日較差的大小，直接影響有機物質(zhì)的積累與消耗。如新疆的瓜果含糖高

日較差的大小還影響水稻、小麥中蛋白質(zhì)的含量，小麥在灌漿期，北方天氣晴朗、干燥、氣溫高、有利于小麥籽粒中蛋白質(zhì)的積累,因此小麥成熟快，蛋白質(zhì)含量高。四川在成熟期（灌漿～成熟）多陰雨、空氣濕度大，所以小麥成熟慢，貪青晚熟，而且蛋白質(zhì)含量低，淀粉比率高。

氣候的年際變化還影響到產(chǎn)品質(zhì)量的年際變化。如在雨水過多的年份水果不甜；而雨水過少、缺水時，又使水果或一些肉質(zhì)根類作物的纖維素增多，木質(zhì)素增多，使產(chǎn)品汁少。

從表1.1中看到我國各地氣候?qū)ΨN植制度中熟制的影響很大。各地在長期的實踐中，依據(jù)當(dāng)?shù)氐奶鞖?、氣候條件，總結(jié)出很多耕作方法來保證作物正常的生長發(fā)育。如華北平原，春旱是農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵，人們總結(jié)出“早秋耕、深秋耕、耙耱鎮(zhèn)壓”一套較完整的保墑耕作措施，以減少土壤深層水分的蒸發(fā)損失，從而達到伏雨春用，春旱秋撫的效果。(5)天氣、氣候影響一地區(qū)的種植制度和耕種方法

表1.1我國各地氣候條件與農(nóng)業(yè)地區(qū)南嶺以南南嶺以北長江以南黃淮流域東北內(nèi)蒙、西北生長期（d）無霜期＞325日平均氣溫穩(wěn)定在5℃以上的日數(shù)250~300200~250100~150降水量（mm）1500~20001000500~1000500~1000250~400熟制2~3、4熟2~3熟2熟1熟主要作物水稻、甘蔗、柑桔、荔枝、可可、胡椒等經(jīng)濟作物水稻、茶葉、蠶絲、桐油、柑桔等冬小麥、玉米、棉花、煙草、花生等東北出產(chǎn)高粱、大豆、春麥、沿江河重水稻；內(nèi)蒙有春麥、谷子、土豆。不再多見的耕作方式1.1.2農(nóng)業(yè)氣象學(xué)及其研究內(nèi)容

氣象條件的多變性及人工控制的局限性，要求研究氣象條件與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相互關(guān)系，以達到趨利避害氣象條件農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人類活動影響氣候應(yīng)用學(xué)科(2)農(nóng)業(yè)氣象研究的主要內(nèi)容●各種生物有機體在生長期對光、熱、水、氣的要求●確定各作物的最適宜與受害、致死的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)

①研究農(nóng)業(yè)生物有機體

如作物、蔬菜、花卉、林果、牲畜、魚類…對氣象條件的要求與反應(yīng)的規(guī)律、機制與定量指標(biāo)。主要包括：●研究在各種農(nóng)業(yè)措施和天氣形勢下，氣象要素在田間的時空分布規(guī)律及數(shù)學(xué)模式●研究作物微氣象的基本規(guī)律，如農(nóng)田中能量收支與交換、物質(zhì)（CO2與水汽等）的輸送等規(guī)律和有關(guān)植物參數(shù)的特點與作用●地區(qū)光、熱、水資源的農(nóng)業(yè)氣候分析及農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃●地區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害規(guī)律的研究●某些作物、品種、種植制度、農(nóng)業(yè)措施適宜區(qū)域及界限的確定●農(nóng)業(yè)地形氣候?qū)W的研究●農(nóng)田小氣候及其農(nóng)業(yè)措施小氣候效應(yīng)的研究

②合理利用地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的研究●氣象臺站農(nóng)業(yè)氣象觀測、儀器的研究，使其逐漸遙感化、自動化、綜合記錄化來代替目前氣象臺的人工觀測●研究適用于農(nóng)田、林帶內(nèi)、畜舍內(nèi)等的小氣候觀測，且具有一定準(zhǔn)確度又便于攜帶的儀器●人工氣候箱、人工氣候室內(nèi)模擬氣象條件與作物的關(guān)系和規(guī)律的應(yīng)用●地球資源衛(wèi)星與航測資料的應(yīng)用

④農(nóng)業(yè)氣象觀測、儀器及實驗手段2002年，中國科考隊員在南極冰蓋架設(shè)自動氣象觀測站農(nóng)田小氣候觀測儀(3)農(nóng)業(yè)氣象研究的方法①資料獲取方法

資料的準(zhǔn)確性和科學(xué)性是運用農(nóng)學(xué)、氣象學(xué)的理論與方法研究的前提●農(nóng)業(yè)氣象調(diào)查法：根據(jù)需要實地調(diào)查、物候觀測、小氣候考察、小氣候觀測以及文獻資料等方法獲取相關(guān)資料←基礎(chǔ)清明

●農(nóng)業(yè)氣象條件模擬法：根據(jù)生產(chǎn)和科學(xué)研究的要求，人為地再現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象條件和變化過程的農(nóng)業(yè)氣象試驗方法。包括理論模擬和人工模擬兩種。優(yōu)點是能人為調(diào)節(jié)、控制氣象條件，進行單因子或多因子的定向組合試驗，克服了田間試驗中氣象因子組合的隨機性、不可控性的缺點。農(nóng)業(yè)氣象條件模擬試驗方法按可控程度可分為簡易模擬試驗法和人工氣候箱（室）法；按可控因子可以分為單因子模擬試驗方法及多因子模擬試驗方法；按科學(xué)范疇分為統(tǒng)計學(xué)模擬和理論（能量）模擬試驗方法?！駥嶒炇曳ǎ撼Ｅc田間實驗法和模擬法結(jié)合●遙感法：遠(yuǎn)距離利用資源衛(wèi)星的傳感器，接收地面農(nóng)業(yè)生物體輻射的電磁波信息，經(jīng)加工處理后獲得相關(guān)資料的方法。②資料的處理方法●資料的審核、訂正和延長●數(shù)學(xué)處理：滑動平均、標(biāo)準(zhǔn)化、中心化、極值歸一化等③資料的分析方法●對比分析法：不同地區(qū)、不同年份對比→得出一定氣象、氣候條件下的最優(yōu)農(nóng)業(yè)技術(shù)措施●統(tǒng)計分析法：把獲取的資料進行整理分析，包括相關(guān)分析、概率分析、周期分析§1.2太陽輻射與農(nóng)作物太陽能是地球生命活動最主要的能量來源，是動植物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的根本條件，將太陽能盡可能的轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)潛能，是農(nóng)業(yè)科學(xué)的一項重要任務(wù)。到達地球上的太陽能主要的作用是產(chǎn)生光效應(yīng)和熱效應(yīng)。光是植物光合作用的能量來源，光的熱效應(yīng)促進植物的蒸騰作用，調(diào)節(jié)植物體的溫度。光還影響植物營養(yǎng)體形態(tài)的建成和生長運動、葉子的方位、葉和花的形成。光在相當(dāng)程度上影響植物的地理分布。

太陽能主要是從光照長度、強度及光質(zhì)幾方面影響植物生長發(fā)育和產(chǎn)量。農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的任務(wù)之一就是研究太陽輻射與動、植物生長的關(guān)系。以便采取措施提高太陽能的利用率，獲取農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。1.2.2.2、作物群體內(nèi)的光照強度與光合作用1.2.3不同光譜成分對植物的影響1.2.3.1、紫外光：170-400nm之間290nm以下波段滅生性輻射1.2.3.2、可見光：440-760nm光合有效輻射1.2.3.3、紅外光：760-4000nm非生物輻射根據(jù)比爾-蘭伯特定律，當(dāng)光線通過一個介質(zhì)時，其光照強度是呈對數(shù)降低的。1.2.4光能利用率及提高的途徑1.2.4.1、光能利用率：單位面積作物收獲物中所包含的能量與投射到該單位面積上的光合有效輻射能量的比值。農(nóng)業(yè)水平較高的國家，光能利用率2%-3%，不少國家還不到1%，我國耕地的光能利用率只有0.4%。1.2.4.2、提高光能利用率的途徑①培育高光效的品種②合理的栽培措施③改善水、肥、熱、氣的條件④充分利用生長季⑤提高經(jīng)濟系數(shù)（產(chǎn)量重/植株重）⑥提高葉綠素內(nèi)的光合效率

熱量是植物生活的重要條件之一，各種植物的生長發(fā)育都只能在它們所需要的熱量范圍內(nèi)才可正常進行。熱量直接影響作物的生長、產(chǎn)量、分布，還影響作物的發(fā)育速度、生長期長短、發(fā)育期的早晚，作物病蟲害的發(fā)生、發(fā)展等。

§1.3熱量條件與農(nóng)作物1.3.1空氣溫度對作物的影響1.3.1.1三基點溫度：

最低溫度：下限溫度、生物學(xué)零度最適溫度：在此條件下，作物發(fā)育最快最高溫度：上限溫度

表1.2幾種作物的三基點溫度（℃）作物種類最低溫度最適溫度最高溫度小麥3~4.520~2230~32玉米8~1030~3240~44水稻10~1230~3236~38棉花13~142835油菜4~520~2530~32

由上表可知道，不同作物的基點溫度不同，同一作物不同發(fā)育期的也是不同的，最低溫度一般在花芽分化期比較敏感。根據(jù)三基點溫度的范圍分析，高溫災(zāi)害和低溫災(zāi)害出現(xiàn)的頻率大??？1.3.1.2、空氣溫度對作物生長的影響

作物的生長，即有機質(zhì)的積累是連續(xù)的、同時進行兩個相反過程-同化和異化中形成的。最低溫度最適溫度最高溫度光合作用0~53040~50呼吸作用-1036~4050表1.3光合作用和呼吸作用的三基點溫度（℃）1.3.1.3、空氣溫度對作物發(fā)育的影響

（1）積溫及種類：作物完成某一發(fā)育期要求一定的熱量條件---積溫（2）積溫的應(yīng)用：活動積溫：活動溫度（大于或等于生物學(xué)零度B）有效積溫：有效溫度(活動溫度與生物學(xué)零度的差值)作物發(fā)育期B(℃)生物學(xué)零度Ae(℃)有效積溫水稻播種--出苗10-1230-40出苗—拔節(jié)10-12600-700抽穗—黃熟10-15150-300冬小麥播種--出苗370-100出苗—分蘗3130-200拔節(jié)—抽穗7150-200抽穗—黃熟13200-300棉花播種--出苗10-1280-130出苗—現(xiàn)蕾10-13300-400開花—裂鈴15-18400-600

積溫學(xué)說雖然在理論上不完善，但方法簡便，農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用。在今后的應(yīng)用中尚需進一步用實驗和資料加以驗證。1.3.1.4、空氣溫度日變化對作物的影響

（1）溫周期現(xiàn)象：在自然條件下作物的不同生長期間對晝夜溫差的要求。

（2）空氣溫度日變化對作物生長的作用：在一定的日變化條件下，作物生長的速度是最大的；夜間溫度是作物生長的主要溫度，但必須日溫和夜溫配合。

（3）空氣溫度日變化對產(chǎn)品品質(zhì)有較大的影響：在大陸氣候強弱不同的地區(qū)，作物產(chǎn)品的質(zhì)量有明顯的變化。如新疆的葡萄、西瓜等水果含糖量豐富聞名于世。溫差還影響植物蛋白質(zhì)的含量，隨大陸氣候的增強，小麥蛋白質(zhì)的含量也隨之增加，其公式為:Y為蛋白質(zhì)的百分?jǐn)?shù)，⊿Τ為春小麥生長期間日較差的平均值Y=1.29⊿Τ+2.1根據(jù)氣溫日較差的時空分布，利用上式可大致計算出各地春小麥蛋白質(zhì)的含量。1.3.2土壤溫度對作物的影響1.3.2.1土溫對作物生長發(fā)育的影響

（1）影響種子的發(fā)芽和出苗：土溫的影響比氣溫更直接（2）影響作物地下及地上部分的生長：植物的地下部分—根、塊根、塊莖不斷地與周圍土壤發(fā)生相互影響。因此土溫直接影響植物地下部分的生長，間接影響根系對水分、礦物質(zhì)的吸收及養(yǎng)分的運轉(zhuǎn)、貯存、呼吸作用等—影響根系的營養(yǎng)條件。（3）影響作物的分蘗強度：冬小麥、水稻等作物的分蘗強度主要決定于土壤（水田）上層分蘗節(jié)深處的溫度。（4）影響越冬作物的安全越冬：越冬的條件，主要是分蘗節(jié)深處，即距土表3-5cm處的溫度。1.3.2.2土溫的調(diào)節(jié)

由于土壤熱狀況對作物生長發(fā)育的影響很大，可以利用灌溉、松土、鎮(zhèn)壓、壟作、覆蓋、施增溫劑等來調(diào)節(jié)土壤的熱狀況。

1.3.3葉溫

研究作物的輻射平衡、熱量平衡、光合作用、呼吸作用、蒸騰作用及極端溫度的危害時，用葉溫更確切、客觀。葉溫與環(huán)境溫度不很一致，白天一般高于氣溫；陰天兩者接近；夜間葉溫一般低于氣溫。1.4.1作物需水的規(guī)律§1.4水分條件與農(nóng)作物

作物每合成1g干物質(zhì)，需消耗360-640g水。從種子的萌發(fā)到新種子的形成，都需要水分條件的保證。我國大部分地區(qū)降水充沛，但不穩(wěn)定，年際變化大，而且季節(jié)分配不均勻，成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主導(dǎo)因子

1.4.1.1水分對作物的一般影響

水分是制造有機質(zhì)的原料。水分的多少還影響光合作用的強度，影響作物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運轉(zhuǎn)；水分支撐和保持植物細(xì)胞組織的緊張度，是植株莖葉挺直；水分是生物體本身最大的組成部分；水分供給植物的蒸騰作用，來調(diào)節(jié)植株的體溫和整個生理過程；水還影響開花、授粉、受精及病害的發(fā)生。

不同作物對水分的要求有明顯的差別，生育期長、葉面積大、根系發(fā)達的作物需水多，反之少。就一種作物的整個生育期，不同階段對水分的要求一般是少-多-少。即播種期到生育盛期以前，主要是營養(yǎng)生長，需水約為30%；生長盛期營養(yǎng)生長與生殖生長并進，需水約為50%-60%，開花以后，植株體積不再增大，需水較少，只占10%-20%左右。表1.5生育階段占總需水量（%）平均日需水量（m3/畝）日數(shù)播種-出苗2.00.997出苗-分蘗4.51.2912分蘗-越冬9.40.5361越冬期5.40.2287返青-拔節(jié)12.11.2334拔節(jié)-抽穗30.33.7428抽穗-開花3.84.423開花-成熟32.53.5132全生育期100345.39264表1.5北京地區(qū)冬小麥不同生育的需水量

1.4.1.2作物的水分臨界期及關(guān)鍵期

作物在生長發(fā)育的不同時期對水分的敏感程度是不同的。

水分的臨界期：對水分最敏感的時期，水分不足過多對產(chǎn)量的影響最大（不一定是需水量最多的時期）

關(guān)鍵期：在某地的氣候條件下，不能夠滿足作物水分臨界期對水分的要求，這一時期是當(dāng)?shù)厮謼l件影響產(chǎn)量的關(guān)鍵期，它是考慮了作物的本性和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣候條件而形成的概念。

不同作物的水分臨界期是不同的，但基本上都處于從營養(yǎng)生長進入生殖生長的時期，這一時期越長，臨界期越長。水稻對水分的要求高，對水分最敏感的時期是減數(shù)分裂期（抽穗前的10-15天）和抽穗開花期，這兩個時期是水稻的臨界期；麥類作物水分臨界期在孕穗-抽穗開花期；棉花是在花鈴期。

降水臨界值：在水分臨界期內(nèi)，保證作物最小需水量的降水下限與保證作物最大需水量的降水上限之間的降水量，稱為降水臨界值，又稱為降水當(dāng)量。根據(jù)降水臨界值和實際降水之差值，可以有計劃地調(diào)節(jié)水分狀況。

1.4.1.3作物蒸騰與蒸散

（1）作物的蒸騰

通過植物體表蒸發(fā)水分的過程稱為蒸騰。是物理過程又是生理過程。植物體在生命過程中所吸收的大量水分，除小部分用于制造有機質(zhì)外，99%的水分通過蒸騰而消耗。農(nóng)業(yè)通常用蒸騰量來表示作物對水分條件的需要。

蒸騰系數(shù)：在作物生育期間，作物合成一克有機物質(zhì)（干重）所蒸騰的水分克數(shù)。蒸騰系數(shù)大需水量大，水分利用率低；系數(shù)小，需水量少，水分利用率高。

蒸騰效率：蒸騰系數(shù)的倒數(shù)，即消耗1千克水所形成的干物質(zhì)重（g）。一般作物的蒸騰效率為1-8g/kg

蒸騰作用利用葉子內(nèi)水的汽化，消耗了葉子的熱量而降低植株體溫，使植物不被灼傷而有利于光合作用的進行。通過蒸騰作用，形成了水分由根到莖、葉之間的輸送，伴隨水分的流動，不同的營養(yǎng)物質(zhì)也輸送到植株的不同部分。蒸騰作用的速度，決定于植株所處的小氣候條件（溫、濕、風(fēng)等）、植株形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理類型。

不同作物的蒸騰系數(shù)不同，同一作物的不同發(fā)育期的蒸騰系數(shù)也不大相同（有一定的變化幅度）

表1.6主要作物的蒸騰系數(shù)（kg/g）作物水稻小麥棉花玉米谷子大豆馬鈴薯蒸騰系數(shù)500~800450~600300~600250~300200~250300~400300~600

（2）蒸散：農(nóng)田土壤蒸發(fā)和作物蒸騰的總耗水量，也叫騰發(fā)量、總蒸發(fā)量

作物總需水量=生理需水+生態(tài)需水=（蒸騰量+同化有機物所需水量）+（土壤蒸發(fā)量+田間滲透量+植株表面的蒸發(fā)量）≈蒸騰量+土壤蒸發(fā)量≈蒸散

作物幼小時期蒸散以土壤蒸發(fā)為主，作物覆蓋土面較密時以蒸騰為主。當(dāng)作物全覆蓋地面，且土壤充分潮濕條件下的蒸散稱為蒸散勢或可能蒸散量、潛在蒸散量、最大可能蒸散量。

（3）蒸散（或蒸發(fā)）的計算

測定方法有：器測法、經(jīng)驗公式法、水分平衡法、湍流交換法、綜合法等。我國通常采用的計算方法有:

*桑斯韋特法（C.W.Thornthwaite)：平均溫度法（氣候?qū)W法）Et=ctα

Et為月可能蒸散量（cm/mon），t為月平均氣溫，αｃ為常數(shù)資料易得，計算簡單，但物理學(xué)基礎(chǔ)不夠充分，其一般適用于計算年或生長季節(jié)的蒸散量，而對于短期（小于一個月），或月平均氣溫低于0℃或干濕季節(jié)明顯的季風(fēng)區(qū)不適用。I為熱指數(shù)I=1.514

a=6.75*10-7I3-7.71*10-5I2+1.79*10-2I+0.49◆彭曼(Penman)法綜合考慮熱量平衡方程、空氣動力學(xué)方程及一些經(jīng)驗關(guān)系式：E0=(ΔR+γEa)/(Δ+γ)彭曼公式：計算的是開闊自由水面可能蒸發(fā)量，將它乘上一定的系數(shù)能得出草地、裸地或農(nóng)田的最大可能蒸散量。E0自由水面的蒸發(fā)量（mm/d);Ea為干燥力（mm/d)R為凈輻射，計算時換為蒸發(fā)量；◆布德科法(М.И.БЫдко)布德科提出當(dāng)土壤濕度U超過某一臨界值U0時，土壤的蒸發(fā)能力等于蒸發(fā)力，當(dāng)U小于U0時，E與U,E0成正比，即

E=E0當(dāng)U≥U0E=E0U/U0當(dāng)U<U0

E0=16.7(es-ed)es為蒸發(fā)面的飽和水汽壓，ed為實際水汽壓。1.4.2大氣降水對作物的影響1.4.2.1降水性質(zhì)和強度對作物的影響

大氣降水首先是被植物截留，到達地面后會形成地面徑流，滲入土壤中的在重力的作用下匯入地下水，稱為滲漏。含蓄在土壤中的水分僅僅是降水的一部分。

熱雷雨和夜雨最有利于作物生長發(fā)育。因為這些雨能保證作物的水分供應(yīng)，又使作物有充足的光合作用時間，有利于有機物的合成。從降水強度來看，中雨比較有利，有效性大，暴雨通常造成澇災(zāi)、水土流失、破壞土壤的結(jié)構(gòu)和肥力。小雨對植物的有效性差。一年中，不均勻的降水會產(chǎn)生旱澇。我國降水季節(jié)的分配，總體對作物是有利的。1.4.2.2降水季節(jié)分配對作物的影響（1）春季：春播作物播種、幼苗生長、返青作物旺盛生長的時期，作物對水分的需求量急劇增加。我國春季水分的分布是北方少、強度小、年際變化大，加上氣溫回升快、風(fēng)速達，給農(nóng)業(yè)造成不利的影響。但南方春雨過多，濕度大，導(dǎo)致小麥赤霉病大量發(fā)生和流行。（2）夏季：作物生長旺盛時期，也是作物需水時期。我國南北地區(qū)先后進入雨季，一般可以滿足作物生長發(fā)育的需要。但安徽、江蘇、江西、湖南、重慶、川東一帶，伏旱對中稻、晚稻產(chǎn)量威脅很大，需注意防御。其他地區(qū)要注意防洪排澇。（3）秋季：春播和夏播的作物在秋季進入生長后期，對水分的需求逐漸減少，降水量一般可以滿足需要。由于北方春雨少，秋季降水對冬小麥春季的返青、生長和春播作物的播種，提供了良好的土壤水分供應(yīng)基礎(chǔ)，因此必須及時貯存秋季的降水。南方秋雨過多時，會影響秋種秋收，秋雨過少時，會影響晚稻灌漿。（4）冬季：北方的作物進入越冬期，南方作物雖然生長，但對降水的供需矛盾不突出。北方主要是降雪，降雪在農(nóng)業(yè)上意義很大，既可以增加土壤水分，為越冬作物和春播作物利用，又有保溫作用，使越冬作物分蘗節(jié)不受低溫危害；還可以減少來年的病蟲害的發(fā)生。1.4.3.1土壤水分平衡1.4.3土壤水分對作物的影響作物生長發(fā)育需要的水分，主要靠根系從土壤中吸收。土壤的水分含量在自然條件下是不斷變化的，主要決定于土壤水分平衡各要素的相互作用。S+（Y+M+N)-(D+L+E+Et)=ZS為某時期開始時的土壤水分含量；Y+M+N為該時期內(nèi)土壤水分的收入，Y為降水量，M為毛管上升水，N為水汽凝結(jié)量；D+L+E+Et為時期內(nèi)土壤水分的支出，D為地面徑流量，L為滲漏量，Et為土壤蒸騰量，Z為該時期結(jié)束時的土壤水分含量。如果只考慮降水和蒸散這兩個主要收支項，上式可以變?yōu)椋?.4.3.2土壤水分類型和有效性S+Y-(E+Et)=Z土壤水分按物理形態(tài)分為固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)，其中液態(tài)為主要形態(tài)。按土壤中某種吸引力對水分的吸持和對水分性質(zhì)的影響，一般分為：緊束縛水、松束縛水、毛管水和重力水。土壤有效水：被植物吸收利用的那部分土壤水分。田間持水量：土壤最小持水量，是指土壤中毛管水達到最大量時的土壤含水量，它包括全部的束縛水和毛管水，它是在自然條件下土壤中能較穩(wěn)定保持的水分的最大數(shù)量。田間持水量通常用來作為灌溉的上限和計算灌水定額，其公式為：灌溉的上限=田間持水量-灌前土壤含水量

凋萎濕度：永久凋萎濕度、凋萎系數(shù)、凋萎含水量，是指作物因吸收不到足夠的水分來滿足蒸騰的需要，植株組織中含水量減少而失去膨壓呈萎蔫狀態(tài)，以致夜間也不能恢復(fù)膨壓時的土壤濕度。包括全部的緊束縛水和部分松束縛水。通常把凋萎濕度作為可利用水量的下限。（1）土壤濕度的計算1.4.3.3土壤水分的計算

a、以土壤重量的百分?jǐn)?shù)來表示：即單位重量無水土壤（干土）中，土壤水分重量所占的百分?jǐn)?shù)（B），B=（土壤水重/干土重）*100%

b、以土壤相對含水量來表示，即以土壤水重量百分?jǐn)?shù)占田間持水量（有效水分上限）的百分?jǐn)?shù)來表示。

c、以土壤水分厚度來表示，即將一定深度土壤中，所含的實際土壤水分，換算成水層深度表示，一般以mm為單位。與氣象中的降水、蒸發(fā)單位相同，便于計算。

W=h·ρ·Β%×10

=0.1h·ρ·ΒW為水層深度（mm),h為計算土層深度（cm)，ρ為計算土層的平均容重（g/cm3),B為計算土層的平均土壤濕度（%），10作為將cm（厘米）化為mm(毫米）的進率。W′為計算土層的有效水分（mm),k為計算土層的平均凋萎濕度（%）（2）有效水分計算（3）灌溉水量的計算：Q=2(A-B)h·ρ·S×666.7Q為灌溉面積S(畝）的灌溉量（m3),2為保證用水的安全系數(shù)，A為計算土層平均田間持水量（%），h為土層深度（要求水浸潤土的深度，m)66.7是將畝化為平方米的系數(shù)。

W′=0.1h·ρ·（Β-k）

§1.5二氧化碳與農(nóng)作物1.5.1二氧化碳（CO2）在產(chǎn)量形成中的作用

作物生長所需求的最適宜CO2的濃度為1000-1500ppm，幾乎是大氣濃度的3-5倍。表1.8植物光合作用強度和二氧化碳CO2濃度的關(guān)系植物正常CO2水平下光合作用強度（CO2，mg/(dm2·h)增加CO2濃度后光合作用強度增加（%）玉米。高粱、甘蔗60-75100水稻40-75135棉花40-50100小麥、燕麥、大麥30-3566葡萄、柑桔、木本種10-20401.5.2農(nóng)田上CO2的變化規(guī)律1.5.2.1農(nóng)田上CO2的日變化

在農(nóng)田植被層中CO2氣流的平衡方程為qa=Rx+qn-Pc=Rx+(Rk+Rm)-Pc

qa為植被上部的CO2通量，Rx作物地上部分呼吸排除的CO2通量，qn為土壤中放出的CO2通量，Rk為作物地下部分呼吸排除的CO2通量，Rm為土壤微生物排除的CO2通量，Pc為光合作用消耗的CO2總量。作物群體的大小（一般用葉面積系數(shù)）也會影響農(nóng)田上CO2的濃度。葉面積系數(shù)大的群體，白天同化、固定CO2多，夜間呼吸放出的也多，因此CO2濃度的日變化顯著。一般夏季日變化大，冬季變化小。

農(nóng)田夜間繼白天不斷釋放CO2（即Rx+qn)，夜間沒有光合作用（Pc=0)，使農(nóng)田上CO2濃度最大，可達350-360ppm，為白天的1.5-2.5倍；白天，由于晚上作物處于“饑餓”狀態(tài)，光合作用的增強使CO2濃度迅速降低，在午前09-10時光合作用速度達到最大值，而CO2濃度出現(xiàn)低谷，中午前后由于外界條件不利于光合作用，所以CO2濃度變化比較平穩(wěn)，午后隨著太陽輻射的減弱，光合作用強度在15-16時出現(xiàn)次高峰，CO2濃度也再次降低，但午后空氣湍流較強，CO2可得到上層空氣的補充而下降幅度不很大。

近地層中，CO2濃度隨高度的變化主要決定CO2被固定和釋放的情況，影響最大的因素是綠色植物光合作用固定的CO2和植物、土壤微生物呼吸及燃燒釋放CO2。1.5.2.2農(nóng)田上CO2的垂直變化

光合型：農(nóng)田上覆蓋有植物，且光合作用旺盛時（白天或夏季），植被層大量的CO2被固定，因此CO2濃度的垂直分布特點是地面低，上層高，即隨高度的升高而最大。

呼吸型：光合作用微弱甚至停止時（晚上或冬季），植被層的CO2沒有被固定，因此CO2濃度隨高度的升高而減小。

一年中，CO2濃度的垂直變化隨季節(jié)而變化，入秋后到來年4月以前，農(nóng)田上CO2濃度的垂直分布均為呼吸型，其余時間為光合型1.5.3外界因子對CO2交換的影響

CO2的交換，主要決定于農(nóng)田中CO2的濃度。此外還與太陽輻射強度有關(guān)，當(dāng)輻射在光補償點和飽和點之間時，光合作用隨光強增強而增強，CO2交換也加速。對于植物群體來說，由于葉片的相互遮陰，一般沒有飽和點，CO2擴散（垂直）加速

溫度也影響CO2的交換（由三基點決定），主要表現(xiàn)在溫度對光合作用和呼吸作用的影響上。溫度越過上限和下限時，CO2氣體的交換完全停止。

風(fēng)對CO2交換影響很大，空氣流動可以源源不斷輸送CO2，補充作物層內(nèi)的CO2不足。風(fēng)可以加強作物群體內(nèi)的亂流。1.6.1冷害

§1.6農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害

由不利的氣象條件造成的作物減產(chǎn)歉收，我們稱為農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。如低溫冷害、霜凍、干熱風(fēng)以及因氣象條件引起的病蟲害等。1.6.1.1冷害的概念和類型

在作物生長的季節(jié)內(nèi)，溫度降到作物生長的下限溫度（不一定低于零度）時，作物生理活動受到影響。一般作物在苗期和生育后期對冷害抵御能力較強，而在生殖器官開始分化到抽穗、開花、授精及灌漿初期對冷害最為敏感。根據(jù)冷害對作物危害時期的不同，分為三種類型：（1）延遲型冷害：作物營養(yǎng)生長期，作物不能正常成熟（2）障阻型冷害：作物在生殖生長期內(nèi)（主要從穎花分化到抽穗開花期）遭受短時間（僅幾天）異常的低溫，生殖器官的生理機制遭到破壞，造成穎花不孕、空殼多而減產(chǎn)。（3）混合型冷害：又稱兼發(fā)型冷害，在作物生育初期遭遇低溫延遲生育和抽穗，到孕穗期有遭遇低溫危害，使部分穎花不育發(fā)生空殼秕粒，影響產(chǎn)量。1.6.1.2冷害對作物的危害

作物遭遇冷害時，作物體內(nèi)細(xì)胞中的細(xì)胞質(zhì)流動減慢，并逐漸停止流動，因此作物養(yǎng)分的吸收和輸送受到障礙。冷害的輕重決定于低溫的強度、持續(xù)時間的長短及氣溫的回升快慢對水稻危害的延遲型冷害，在東北發(fā)生的幾率較大。主要發(fā)生在穎花分化前的營養(yǎng)生長期，此時最低氣溫低于16-18℃，會影響作物產(chǎn)量。

對水稻的障礙型冷害，是我國南北水稻受害的主要類型。多出現(xiàn)在副熱帶高壓減弱南退時，北方冷空氣活動加強，會出現(xiàn)急劇降溫和偏北風(fēng)，又稱為“寒露風(fēng)”或“秋季低溫”1.6.1.3冷害危害指標(biāo)不同水稻品種類型對冷害的抵抗能力不同，危害指標(biāo)也有差異（1）粳稻：在抽穗開花期連續(xù)三天以上日平均氣溫<20℃，則受害；持續(xù)日期越長，危害愈重；若伴有陰雨、大風(fēng)、低濕，加重危害。在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期日平均氣溫<20℃一天或一天以上，24小時降溫強度≥6℃則受害。

（2）秈稻：受害指標(biāo)一般比粳稻高2℃1.6.1.4防御措施

長江流域普遍采用灌水法（日排夜灌）。另外噴水和根外追肥、噴施營養(yǎng)劑（氮磷鉀微量元素）、用水面增溫劑、赤磷造霧等措施。1993年7月東北地區(qū)哈爾濱等10個代表站平均氣溫距平為－0.79℃，是近20多年氣候變暖以來出現(xiàn)的唯一一次全區(qū)性低溫冷夏年——水稻障礙性冷害

2009年我國夏季極端高溫和罕見低溫冷害反差明顯：6月下旬，河北、河南、山東等地最高氣溫達40～43℃；7月中下旬，長江中下游地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)高溫天氣，多個地區(qū)最高氣溫突破歷史極值；8月15日至9月14日，長江中下游及華南地區(qū)平均高溫日數(shù)比常年同期偏多2倍，為1952年以來歷史同期最多。同時，北方部分地區(qū)出現(xiàn)了階段性罕見低溫冷害。6月至7月，東北地區(qū)中北部持續(xù)低溫陰雨，黑龍江、吉林區(qū)域平均氣溫均為1984年以來歷史同期最低值。

1.6.2霜凍霜凍是在溫暖時期內(nèi)，土壤表面、植物表面以及近地面空氣的溫度，迅速降到0℃或0℃以下，引起作物損傷或死亡。1.6.2.1霜凍的概念1.6.2.2霜凍的類型（1）按發(fā)生的季節(jié)：秋霜凍（早霜凍）、春霜凍（晚霜凍）（2）按形成的原因：平流霜凍、輻射霜凍、混合霜凍、蒸發(fā)霜凍等（3）按強度：為氣候統(tǒng)計和霜凍預(yù)報，以日最低氣溫為標(biāo)準(zhǔn)，分為≤-2℃、≤0℃、≤2℃三類1.6.2.3影響霜凍發(fā)生和強度的因素

（1）天氣條件：晴朗無風(fēng)有利于輻射霜凍的形成（2）地形及自然條件：地勢、坡向、水域?！八蛲莸亍痹谏种小淠幌滤獌龊苌侔l(fā)生。林中空地直徑為樹高3-20倍時霜凍嚴(yán)重；林中空地直徑小于樹高3倍或大于樹高20倍時，霜凍減弱。森林的向風(fēng)面，當(dāng)冷空氣入侵時，易發(fā)生平流霜凍。1.6.2.4霜凍對作物的危害（1）危害機制：細(xì)胞間隙的水形成冰晶表1.10冬小麥拔節(jié)-抽穗霜凍指標(biāo)（2）對小麥的危害：當(dāng)春季氣溫上升，小麥返青后特別是拔節(jié)后，已解除了抗寒能力，驟遇低溫霜凍，往往幾個小時或十幾個小時就造成嚴(yán)重危害。拔節(jié)后的天數(shù)霜凍指標(biāo)℃霜凍等級1-7天7-1414-2020天后抽穗備注霜凍害-4~-5-1~-20~-10~-1

葉子開始受凍重霜凍害-9~-10-6~-7-2~-3-1~-2-1~-2部分植株死亡1.6.2.5防御措施：熏煙法、噴霧法、灌溉法、防護林法、覆蓋法等物理、化學(xué)方法；選育抗寒、早熟、適時播種等農(nóng)業(yè)方法。霜凍落葉

西紅柿受霜落果

1.6.3干旱與洪澇1.6.3.1干旱

（1）干旱的概念及類型

干旱：在農(nóng)業(yè)技術(shù)水平不高的條件下，長期降水偏少，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，影響正常生長發(fā)育而減產(chǎn)的災(zāi)害。

按成因分：土壤干旱、大氣干旱、生理干旱

按季節(jié)分：春旱（3-5月）、夏旱（7-8月伏旱）、秋旱（8月下旬到9月下旬）、冬旱（主要在華南地區(qū)）生理干旱：在土壤水分虧缺時，因土壤環(huán)境條件不利或農(nóng)業(yè)技術(shù)措施不當(dāng)而引起的作物體內(nèi)水分平衡失調(diào)的現(xiàn)象。其主要原因土溫過低或過高、土壤通氣不好，氧氣不足、土中鹽分過高、土壤過濕、施化肥過多等。大氣干旱：高溫、低濕并有一定風(fēng)力，使作物的蒸騰作用加劇，根系的水分不能滿足蒸騰水分的消耗，引起作物體內(nèi)水分失衡的現(xiàn)象。土壤干旱：由于土壤水分虧缺，作物根系難以從土壤中吸收到足夠的水分去補償蒸騰的消耗，引起作物體內(nèi)水分平衡失調(diào)的現(xiàn)象。按面積占本地區(qū)面積的大小，有局地干旱（≤10%），中等干旱（11-20%），大旱（21-30%），特旱（31-50%）毀滅性旱（大于50%）（2）干旱對作物的危害（3）干旱的指標(biāo)

主要是使作物體內(nèi)水分平衡遭到破壞，使植物萎蔫（暫時萎蔫、永久萎蔫）并遭受到一系列的傷害。對作物來說，三個時期危害最大，即作物的水分臨界期、灌漿成熟期、播種期。

降水量、降水與溫度的平均比、土壤水分、作物參數(shù)、氣候指標(biāo)、蒸散量估算、綜合指標(biāo)等。由于干旱的原因復(fù)雜、作物對水分的要求不同，至今沒有統(tǒng)一的指標(biāo)，但具有明顯的地區(qū)性。

興修水利、搞好農(nóng)田基本建設(shè)，根據(jù)干旱規(guī)律安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；節(jié)水灌溉，如噴灌、滴灌等，提高水的利用率；培育和選用抗旱的品種，耕作保墑；覆蓋或化學(xué)物質(zhì)噴灑來抑制土壤蒸發(fā)；人工降雨的方法減輕、防御干旱。（4）干旱的防御1.6.3.2洪澇

僅次于干旱的一種自然災(zāi)害。我國以黃淮海平原、長江中下游、東南沿海、松花江、遼河中下游等河系發(fā)生較多。（1）澇災(zāi)的概念及類型

澇災(zāi)是指降水時間長、量大集中對作物造成的危害（水災(zāi)）洪水：大雨、暴雨引起的山洪暴發(fā)，河水泛濫，淹沒農(nóng)田，毀壞農(nóng)舍和農(nóng)業(yè)設(shè)施的災(zāi)害。

按水分過多的程度，澇災(zāi)有洪水、澇害、濕害（漬害）濕害（漬害或瀝澇）：連陰雨時間長，或洪水、澇害后排水不良引起的，土壤水分長期處于飽和狀態(tài)，根系缺氧澇害：雨量過大或過于集中，造成農(nóng)田積水。

按季節(jié)，澇災(zāi)有春澇、夏澇、秋澇春澇（或春夏澇）：以濕害為主，多發(fā)生在華南及長江中下游，引起小麥和油菜爛根、早衰和病蟲害流行。夏澇：以洪水為主，多發(fā)生在黃淮海平原、長江中下游、東南沿海、四川盆地及東北，影響夏收夏種。秋澇（夏秋澇）：濕害澇害都有發(fā)生，以西南和陜南較多，對秋收作物影響較大。

興修水利、植樹造林減少水土流失和地表徑流、修建水庫堤壩等水利工程、改良土壤結(jié)構(gòu)、建立合理的排灌系統(tǒng)、調(diào)整農(nóng)業(yè)布局。（2）澇災(zāi)的原因及指標(biāo)（3）澇災(zāi)的防御措施和干旱相同河蚌都干死了

1.6.4干熱風(fēng)1.6.4.1干熱風(fēng)的概念和類型

干熱風(fēng)（高溫、低濕、較大風(fēng)速的旱風(fēng)）是我國北方麥區(qū)的主要氣象災(zāi)害，又稱“干旱風(fēng)”、“火鳳”。嚴(yán)重破壞作物的光合作用和水分平衡。干熱風(fēng)有以下三種類型：

高溫低濕型：氣溫高、干旱、地面吹偏南風(fēng)或西南風(fēng)（也有東風(fēng)）。這種燥熱天氣使小麥炸芒、枯熟、秕粒，主要發(fā)生在北方麥區(qū)。

雨后枯熟型：雨后高溫或猛晴，使小麥發(fā)生青枯或枯熟。多發(fā)生在華北和西北的甘肅、寧夏等地。

旱風(fēng)型：溫度低，日最高氣溫不一定高于30℃，但風(fēng)速較大（3-4級以上），風(fēng)向西北或西南。多發(fā)生在蘇北、皖北。1.6.4.2干熱風(fēng)對小麥的危害

干熱風(fēng)在我國發(fā)生的區(qū)域較大，其中以河南、河北、山東、江蘇、甘肅等地區(qū)較為嚴(yán)重。一般在5-6月出現(xiàn)，其中5月下旬冬麥區(qū)小麥進入灌漿乳熟時期，威脅最大。

（1）干害由于高溫低濕使植株的蒸騰增大，耗水量大，造成植株水分平衡失調(diào)。

（2）熱害高溫破壞了植株光合作用的正常進行，影響干物質(zhì)的制造和輸送，使千粒重下降而影響產(chǎn)量。

熱害和干害經(jīng)常同時發(fā)生，因為在高溫條件下，小麥葉片氣孔失去了關(guān)閉能力，造成了大量蒸騰失水，導(dǎo)致植株水分失衡，加劇了干害對小麥的危害。干熱風(fēng)對小麥的危害程度，首先取決于干熱風(fēng)的強度和持續(xù)時間，此外與土壤濕度、小麥生育期、天氣條件、生長狀況及品種有關(guān)。1.6.4.3干熱風(fēng)危害小麥的指標(biāo)

（1）干熱風(fēng)出現(xiàn)的天氣和氣候背景春末夏初季風(fēng)交替、雨季到來之前的干旱少雨時期。北方麥區(qū)在大陸變性氣團的控制下，5-6月北方麥區(qū)氣溫升溫迅速，干燥多風(fēng)，少雨干旱。

（2）指標(biāo)選用溫度、濕度、風(fēng)三要素的定時觀測值的組合指標(biāo)；選用干熱風(fēng)出現(xiàn)期間溫度距平、氣溫≥30℃的持續(xù)時數(shù)、風(fēng)向、降水量和蒸發(fā)量等的組合指標(biāo)；按小麥不同受害時期及受害程度而確定的指標(biāo)。

選育抗干熱風(fēng)的品種，營造防護林帶、合理施肥、適澆麥黃水

、適時播種等綜合農(nóng)技措施；噴灑石油助長劑、草木灰水、磷酸二氫鉀、硼、腐殖酸鈉等化學(xué)藥劑。1.6.4.4防御措施1.6.5農(nóng)作物病蟲害1.6.5.1農(nóng)業(yè)害蟲與氣象條件的關(guān)系

（1）農(nóng)業(yè)害蟲和溫度的關(guān)系

有效溫度范圍：昆蟲生長、發(fā)育、繁殖的溫度范圍，不同昆蟲的不都相同，一般在8～40℃之間。

適宜溫度范圍：一般在22～