《農業(yè)氣象學》PPT課件

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1、第 一 章 緒 論 1.2 農業(yè)氣象 （1）太陽輻射與農作物 (2）熱量條件與農作物 (3）水分條件與農作物 （4）二氧化碳與農作物 （ 1） 光 主 要 從 三 個 方 面 對 植 物 產 生 影 響 ： 光 長 ， 即 光 照 時 間 的 長 短 。 光 強 ， 即 光 照 的 強 弱 。 光 質 ， 即 光 譜 組 成 的 不 同 。第 一 章 緒 論 日 照 長 度 和 光 照 長 度 日 照 長 度 。 是 指 一 地 每 天 從 日 出 到 日 落之 間 的 日 照 時 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 度 。

2、 它 和 日 照 長 度 不 同 ， 它 包 括日 照 長 度 及 只 有 漫 射 光 的 多 云 、 陰 天 時 段 和曙 暮 光 時 段 。 光 周 期 現(xiàn) 象 白 天 光 照 和 夜 晚 黑 暗 的 交 替 及 其 持 續(xù) 時 間 對植 物 的 開 花 有 很 大 的 影 響 ， 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 光 周期 現(xiàn) 象 。 第 一 章 緒 論 光 周 期 現(xiàn) 象 實 質 上 是 指 植 物 的 生 長 發(fā) 育對 晝 夜 長 短 的 不 同 反 應 。 這 種 反 應 在 植 物 的 花 芽 形 成 期 最 為 敏 感 ，是 植 物 內 部 節(jié) 奏 生 物 鐘 的 一 種 表 現(xiàn) ， 是

3、 由 系 統(tǒng)發(fā) 育 所 決 定 的 ， 它 是 植 物 利 用 對 光 長 的 測 量 而控 制 植 物 生 理 反 應 的 現(xiàn) 象 。 根 據(jù) 光 長 影 響 植 物 開 花 情 況 對 植 物 的 分 類 （ 1） 長 日 性 植 物 。 是 指 只 有 在 光 照 長 度 超 過一 定 臨 界 值 （ 臨 界 光 長 ） 時 開 花 ， 否 則 即 停 留 在營 養(yǎng) 生 長 狀 態(tài) 的 植 物 。 例 如 麥 類 、 豌 豆 、 亞 麻 、油 菜 、 胡 蘿 卜 等 原 產 于 高 緯 度 地 區(qū) 的 作 物 。 （ 2） 短 日 性 植 物 。 是 指 只 有 在 光 照 長 度 短

4、于一 定 臨 界 值 時 開 花 的 植 物 。 如 水 稻 、 玉 米 、 棉 花等 原 產 于 低 緯 度 地 區(qū) 的 作 物 。 （ 3） 中 日 性 植 物 。 是 是 指 當 晝 夜 長 短 的 比 例接 近 于 相 等 時 才 能 開 花 的 植 物 。 如 甘 蔗 等 。 （ 4） 中 間 型 植 物 。 指 開 花 受 光 長 影 響 較 小 的植 物 ， 又 稱 光 期 鈍 感 植 物 。 如 西 紅 柿 、 黃 瓜 等 。 另 外 還 發(fā) 現(xiàn) 了 長 短 日 性 和 短 長 日 性 植 物 等 。 實 驗 結 果 : 光 周 期 效 應 決 定 于 暗 期 長 度 而 不

5、決 定 于光 期 長 度 或 光 暗 期 之 比 。 短 日 性 植 物 需 要 一 定 時 間 以 上 的 暗 期 才 能開 花 ， 而 長 日 性 植 物 暗 期 過 長 也 不 能 開 花 。 即 使 給 予 足 夠 長 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 變 化 。 可 見 光 （ 光 合 有 效 輻 射 ） 對 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 程 （ 包 括 光 合作

6、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 之 為 輻 射 的 生 理 有 效 區(qū) ， 或稱 為 生 理 輻 射 。 光 合 有 效 輻 射 使 得 光 合 作 用 進 行 的 光 譜 區(qū) 輻 射 ， 稱 之 為光 合 有 效 輻 射 ， 簡 稱 PAR。 光 合 有 效 輻 射 的 波 長 范 圍 光 合 有 效 輻 射 的 波 段 大 體 與 可 見 光 （ 400 760nm） 范 圍 一 致 ， 即 400 700nm（ 歐 美 ）或 380 710nm（ 俄 ） 。 （ 2） 光 合 有 效 輻 射 的 計 算 估 計 值

7、 光 合 有 效 輻 射 約 占 太 陽 總 輻 射 的 50%。 求 算 方 法 a.進 行 嚴 格 的 對 比 觀 測 ； b.以 點 推 面 ， 通 過 氣 候 學 計 算 來 求 取 。 在 實 際 工 作 中 一 般 用 下 列 簡 便 公 式 來 估 算光 合 有 效 輻 射 ： 前 蘇 聯(lián) 中 國 華 北DSQ DSQ 56.0415.0 57.0430.0 （ 2） 溫 度 對 生 物 影 響 的 主 要 方 式 溫 度 強 度 （ 高 、 低 ） 持 續(xù) 時 間 （ 累 積 ） 溫 度 變 化 （ 周 期 性 ） 在 這 三 個 方 面 中 ， 溫 度 強 度 是 最 基 本

8、 的 。只 有 具 備 了 一 定 的 強 度 ， 其 持 續(xù) 時 間 與 變 化才 能 對 農 業(yè) 生 物 產 生 影 響 。 維 持 生 命 溫 度 適 宜 生 長 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 的 基 本 溫 度 示 意 圖 作 物 生 命 活 動 的 每 一 個 過 程 ， 都 有 三 個 基 本點 溫 度 ， 即 三 基 點 溫 度 。 最 低 （ 下 限 ） 溫 度 最 適 溫 度 最 高 （ 上 限 ） 溫 度 對 于 作 物 的 生 長 ， 在 最 適 溫 度 下 生 長

9、迅 速 而良 好 ， 在 最 低 和 最 高 溫 度 下 作 物 停 止 生 長 ， 但 是仍 然 能 夠 維 持 生 命 而 不 受 害 。 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 五 基 點 七 基 點 溫 度圖 2 作 物 三 、 五 或 七 基 點 溫 度 范 圍 示 意 圖 幾 種 主 要 作 物 的 三 基 點 溫 度作 物 最 低 溫 度 最 適 溫 度 最 高 溫 度牧 草 3 4 26 30小 麥 3 4.5 20 22 30 32油 菜 4 5 20 25 30 32玉 米 8 10

10、 30 32 40 44水 稻 10 12 30 32 36 38棉 花 13 15 28 35 空 氣 溫 度 對 作 物 生 長 的 影 響 1.00 相 對 速 率 光 合 作 用 0.75 作 物 生 長 呼 吸 作 用0.500.250.00 0 10 20 30 40 溫 度 圖 植 物 生 長 溫 度 曲 線 空 氣 溫 度 對 作 物 生 長 的 影 響 作 物 的 生 長 ， 是 有 機 物 質 的 積 累 是 在 連 續(xù) 的 、 同 時 進行 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 過 程 最 初 是

11、 加 快 的 。 當 溫 度 超 過 一 定 界 限 時 ，光 合 作 用 和 呼 吸 作 用 就 減 弱 下 來 。 當 溫 度 更 高 時 ， 作 用就 停 止 了 。 也 就 是 說 ， 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 。 積 溫 學 說 ： 在 其 他 條 件 得 到 滿 足 的 前 提 下 ， 溫 度 對 作 物的 發(fā) 育 起 著 主 導 作 用 。 作 物 開 始 發(fā) 育 要 求 一 定 的 下 限 溫 度 ； 而 根 據(jù)近 年 來 的 研 究 結 果 ， 在 高 溫 季 節(jié) 完 成 的 發(fā) 育 期 還 存在

12、 有 上 限 問 題 。 作 物 完 成 某 一 階 段 的 發(fā) 育 需 要 一 定 積 溫 。 。 作 物 早 熟 型 中 熟 型 晚 熟 型馬 鈴 薯 1000 1400 1800谷 子 17001800 2200 2400 24002600玉 米 21002400 2500 2700 3000水 稻 23002600 2800 3500 35004100棉 花 26003100 3200 3600 4000 幾 種 主 要 作 物 所 需 10 以 上 活 動 積 溫 （ 1） 冷 害 冷 害 是 指 在 農 作 物 生 長 季 節(jié) ， 溫 度 在 0以 上 ， 有 時 甚 至 在 20

13、 左 右 的 條 件 下 對 農 作 物產 生 的 危 害 。 根 據(jù) 農 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 寒 害 是 指 中 國 熱 帶 、 亞 熱 帶 地 區(qū) 作 物 在冬 季 遭 受 0 以 上 （ 有 時 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 霜 凍

14、是 指 在 春 秋 轉 換 季 節(jié) ， 土 壤 表 面 和 植 物表 面 的 溫 度 下 降 到 （ 0 以 下 ） 足 以 使 植 物 遭 受 傷害 甚 至 死 亡 的 一 種 農 業(yè) 氣 象 災 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 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 業(yè) 氣 象災 害 。 在

15、 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 濟 果 木 。 根 據(jù) 凍 害 發(fā) 生 的 天 氣 條 件 可 以 將 其 分 為 冬季 嚴 寒 型 、 入 冬 劇 烈 降 溫 型 和 早 春 融 凍 型 。 （ 4） 凍 害 溫 度 過 高 的 危 害 ， 即 高 溫 危 害 。 一 般 意 義 上 的 高 溫 危 害 ， 指 農 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 致 傷 害 的 一 種 農 業(yè) 氣 象 災 害 。 高 溫 危 害 （ 3） 土 壤

16、 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 水 分 的 吸 持 和 對 水 分性 質 的 影 響 分 為 ： 緊 束 縛 水 、 松 束 縛 水 、毛 管 水 和 重 力 水 土 壤 水 分 常 數(shù) 1、 定 義 土 壤 中 水 分 從 受 一 種 力 的 作 用 轉 到 受 另 一 種 力的 作 用 時 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 到 最 大 數(shù) 量 時 的 土 壤 含 水 量 。 吸 濕 系 數(shù) 以

17、 下 的 土 壤 水 被 土 粒 牢 固 吸 持 ， 不 能被 植 物 吸 收 利 用 。 （ 2） 凋 萎 系 數(shù) （ 凋 萎 含 水 量 、 凋 萎 濕 度 ） 植 物 產 生 永 久 凋 萎 時 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 為 最 大吸 濕 量 的 1.5 2.0倍 (p=1520 kPa)。 不 同 質 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 。 表

18、 不 同 作 物 的 凋 萎 濕 度 （ 南 京 ， %）作 物 名 稱 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 到 最 大 數(shù) 量 時 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 2 4倍 。 （ 4） 田 間 持 水 量 （ 土 壤 最 小 持 水 量 ） 毛 管 懸 著 水 達 到 最 大 量 時 的 土 壤 含 水 量 。 田 間 持 水 量 是 在 不 受 地 下 水 影 響 的 自 然 條

19、 件下 所 能 保 持 的 土 壤 水 分 的 最 大 數(shù) 量 指 標 。 田 間 持 水 量 是 土 壤 中 對 植 物 有 效 水 分 的 上 限和 計 算 灌 水 定 額 的 依 據(jù) 。 （ 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 減 少 到 一 定 程度 時 ， 其 連 續(xù) 狀 態(tài) 斷 裂 ， 從 而 停 止 了 毛 管 懸 著 水 的運 動 ， 這 時 的 土 壤 含 水 量 稱 為 毛 管 斷 裂 含 水 量 。 毛 管 斷 裂 含 水 量 可 視

20、 為 土 壤 水 分 對 作 物 有 效 性的 一 個 轉 折 點 。 一 般 為 田 間 持 水 量 的 65%左 右 ， 可以 此 作 為 灌 水 的 下 限 指 標 。 （ 6） 毛 管 蓄 水 量 （ 最 大 毛 管 水 量 ） 土 壤 毛 管 孔 隙 都 充 滿 水 分 時 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 1/4 1/3左 右 。 （ 7） 全 蓄 水 量 （ 全 持 水 量 、 土 壤 飽 和 含 水 量 ） 土 壤 所 有 孔 隙 全 部 充 滿 水 分 時 的 含 水 量 。 全

21、 蓄 水 量 的 數(shù) 值 主 要 取 決 于 土 壤 孔 隙 度 。 土 壤 水 分 常 數(shù) 及 其 有 效 性 不 同 類 型 土 壤 的 水 分 常 數(shù) 不 同 ， 主 要 決 定 于 土壤 質 地 及 結 構 。 土 壤 有 效 水 分 含 量 = 土 壤 貯 水 量 - 凋 萎 濕 度 時 的 土 壤 貯 水 量 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 劃 ， 確 定 灌 水 時 間 和 灌 水

22、量 ， 提 高 灌 溉 效 益 具 有十 分 重 要 的 意 義 。 水 分 過 少 的 危 害 -干 旱 干 旱 是 指 長 期 降 水 偏 少 ， 造 成 空 氣 干 燥 ， 土 壤 缺 水 ，使 農 作 物 體 內 水 分 發(fā) 生 虧 缺 ， 影 響 作 物 正 常 生 長 發(fā) 育 、減 產 甚 至 死 亡 的 一 種 農 業(yè) 氣 象 災 害 。水 分 過 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 農 田 ， 毀 壞 農 舍 和 農 業(yè) 設 施 的 災 害 ； 2） 澇 害 是 雨 量

23、 過 大 或 過 于 集 中 ， 造 成 農 田 積 水 而 使作 物 受 到 危 害 ； 3） 濕 害 是 連 陰 雨 實 踐 過 長 或 洪 水 、 澇 害 之 后 排 水 不良 引 起 的 ， 使 土 壤 水 分 長 期 處 于 飽 和 狀 態(tài) ， 作 物 根 系因 缺 氧 而 受 到 危 害 。 干 熱 風 是 我 國 北 方 麥 區(qū) 的 主 要 氣 象 災 害 ， 是 指 引 起 作 物 大 量蒸 騰 的 高 溫 、 低 濕 、 較 大 風 速 的 綜 合 氣 象 現(xiàn) 象 。 干 熱 風 可 分 為 以 下 幾 種 類 型 :高 溫 低 濕 型 ， 雨 后 枯熟 型 、 旱 風 型

24、。 （ 4） 農 業(yè) 生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 循 環(huán) 植 物 吸 收 利 用 CO2的 狀 況 ， 與 周 圍 空 氣的 CO2濃 度 有 關 。 即 濃 度 不 同 ， CO2向 葉 內 擴 散量 不 同 ， 則 光 合 速 率 不 同 。 a、 CO2飽 和 點 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 的 CO2濃 度稱 為 CO 2飽 和 點 。 b、 CO2補 償 點 植 物 光 合 作 用 所 消 耗 的 CO2與 呼 吸 作 用 釋 放的 CO2達 到 平 衡 時 ， 環(huán) 境 中 的 CO2濃 度 稱

25、補 償 點 。 CO2補 償 點 時 的 光 合 速 率 等 于 零 。 CO2補 償 點 是 了 解 和 衡 量 作 物 光 合 作 用 與呼 吸 作 用 關 系 的 一 個 重 要 生 理 指 標 。 所 以 低 CO2補 償 點 往 往 可 以 作 為 作 物 高 光 合 效 率 的 指 標 。 CO 2補 償 點 還 與 作 物 的 發(fā) 育 及 環(huán) 境 有 關 。 農 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 有 光 合 作 用 ， 使 農 田 上 CO2濃 度 最 大 。 白 天 ， 由 于

26、作 物 經 過 漫 長 的 黑 夜 而 處 于 “ 饑 餓 ” 狀 態(tài) ，光 合 作 用 的 增 強 使 CO2濃 度 降 低 ， 在 午 前 9-10點 時 光 合 作用 迅 速 增 強 達 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 輻 射 強 度 的 減 弱 ， 氣 溫 降 低 ， 葉 片 氣 孔 又逐 漸 張 開 ， 光 合 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

27、 強 ， CO2可 得 到 上 層 空 氣 的補 充 而 下 降 幅 度 不 很 大 。 農 田 上 CO2濃 度 的 垂 直 變 化 ： 晴 朗 無 風 天 氣 下 ， 近 地 層 C O 2 濃 度 呈 現(xiàn)明 顯 的 晝 低 夜 高 的 變 化 規(guī) 律 ， 夏 季 尤 為 突 出 。 白 天 ， 群 體 是 CO 2 的 匯 而 大 氣 是 CO 2 的 源 ， 這 時CO 2 由 大 氣 向 群 體 中 輸 送 ， 這 種 CO 2 濃 度 隨 高 度而 遞 增 的 分 布 型 稱 之 為 光 合 型 ； 夜 間 ， 群 體 是CO2的 源 而 大 氣 是 CO2的 匯 ， 這 時 ， CO2由 群 體 向大 氣 輸 送 ， 這 種 CO 2 濃 度 隨 高 度 而 遞 減 的 分 布 型稱 之 為 呼 吸 型 ； 而 在 傍 晚 、 清 晨 相 互 轉 化 。