農業(yè)氣象學

第一章1. 農業(yè)氣象學的定義農業(yè)氣象學是研究農業(yè)生產與氣象條件的相互關系及其規(guī)律的科學2. 農業(yè)氣象的研究內容及研究對象研究內容:（1）農業(yè)氣象基本方法與理論研究a. 農業(yè)氣象監(jiān)測及試驗研究方法研究b. 農業(yè)氣象儀器研制c. 農業(yè)生產與氣象條件關系研究d. 農業(yè)氣象指標研究e. 農業(yè)氣象模式研究（2）農業(yè)氣候資源分析及其合理開發(fā)利用研究與服務（3）農業(yè)氣象情報、預報方法研究與服務（4）農業(yè)氣象災害規(guī)律及防御措施研究與服務（5）農業(yè)小氣候研究與服務（6）開展專業(yè)氣象研究和服務農業(yè)氣象學的研究對象是生物有機體與氣象條件兩者相互作用的規(guī)律及其影響。一方面 要研究農業(yè)生產對氣象條件的要求和氣象條件對農業(yè)生產的影響；另一方面也要研究農業(yè)生 產對氣象條件的影響。第二章1. 植物葉片的光學特性及其應用 單個葉片的光學特性：反射率R、透射率T和吸收率A之間關系R + T + A = 1。（I、Z 13 V U f齊匕柑i誡J昔救是禾帶用垸舞1K汀則Jti劉 員型上弋為:jX 中：挖為Try 也紗：比fJ.iL暨上蘇勺上乏 刖 辛； Z住 旳査幻2.1肯主妾曲J則法rr核監(jiān)測注足獵車按便用亍里感數斑中獲得白勺 植誰綠度值與草原植祓長坯證行相犬分析”扌怎川.；-2： Ad f<J是系3?？告葚U譏m占殳孕跆I定,乂u分村工械2.3冋朋又寸匕匕，去+山測打 t '. dJJ. 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可能出現早穗現象，穗小粒少。南方品種向北引入時，由于光照變長，溫度降低，導致延遲 成熟，甚至不能抽穗開花。 長日性作物的北方品種向南引種時，一般延遲成熟。但南方溫度較高，生育期是否 延長，還要綜合考慮其光溫特性。而南方品種向北引入時，一般提早成熟，但北方溫度較低， 發(fā)育速度減慢，生育期是否縮短也應綜合考慮。 緯度和海拔相近地區(qū)相互間引種，光溫條件大致相似，較易成功。 同一地區(qū)平原與高原間相互引種，光照條件沒有變化，其延長或縮短生育期的日數， 決定于高度差引起的溫度變化。2）作物育種 雜交育種常因親本花期不一，給育種工作帶來困難。而采用人工光照處理可解決這一問題。如早稻和晚稻雜交育種時，可在晚稻秧苗47葉期進行遮光處理，促使其提早開花以便和 早稻進行雜交授粉，培育新品種。 利用中國氣候多樣的特點，可進行作物的跨區(qū)繁育：短 日植物水稻和玉米可在海南島加快繁育種子，一年內可繁殖23代，加速育種進程，縮短 育種年限。3）其它了解光照長度對植物的影響，對防御農業(yè)氣象災害也有作用。主要是躲。 利用作物長、 短日照特性，可以促進人們所需要的營養(yǎng)器官的發(fā)育而提高產量。主要是延長生育期。對以 收獲營養(yǎng)體為主的作物，可以通過控制光周期抑制其開花。如短日植物麻類，南種北引可推 遲開花，增加植物高度，提高纖維產量和質量等。7. 光飽和點與光補償點在一定的光照強度范圍內，光合作用強度隨光強的增強而增強。當光強達到一定的強度 后，光合作用強度不再相應地增強，而是趨近于一條漸近線，這種現象稱為光飽和現象。 這個光強的臨界點稱為光飽和點。植物的光合作用強度和呼吸作用強度達到相等時的光強值稱為光補償點。在此光強下， 光合作用制造的產物與呼吸作用消耗的產物相等；或者說同一葉片在同一時間內，光合過程 吸收的CO2和呼吸過程放出的CO2等量。不同植物（喜陰、喜陽、C3、C4）,同一植物的不同品種，同一品種不同發(fā)育期及不同 部位的葉片光飽和點和光補償點不同。光飽和點和光補償點還因溫度、水分、 CO2 濃度等因子的不同而變化。群體光飽和點和 光補償點均高于單葉。8. 不同光譜對生物的影響從波長來講，紫外線（10400nm）又可分為短紫外線和長紫外線。1）短紫外線（10290nm）對植物具有殺傷作用，但大部分被臭氧層吸收，一般達不到地 面。2）長紫外線（290400nm）大多數學者認為，長紫外線對植物不起明顯作用。9. 光能利用率概念及光能利用率的提高途徑（1）光能利用率也有人稱太陽輻射能利用率或太陽輻射能利用系數。光能利用率是投射到 作物表層的光合有效輻射能被植物轉化為化學能的比率。（2）內因即通過調節(jié)和控制植物光合作用生理機制，從植物體本身去想辦法。外因則是通 過農業(yè)技術措施來改善農田微氣象條件。 充分利用生長季節(jié)，增加作物生長期。另外，溫室、大棚、地膜等農業(yè)設施的利用 及育苗移栽等農業(yè)栽培技術措施的應用也是延長作物生長季節(jié)，充分地利用季節(jié)與光能，提 高光能利用率的重要途徑。 建立合理的群體結構，造成群體中多層立體配置。 改善水、熱、氣、肥等等環(huán)境條件，增加作物光合能力。 培育高光效品種，提高作物光飽和點。 減少呼吸等消耗，增加凈光合生產率。- Vr.第三章1. 溫度的農業(yè)意義1）溫度表示熱量的物理學基礎 溫度是表示物體的冷熱程度、反映系統(tǒng)分子運動狀態(tài)和熱量水平的物理量 ，而溫 度的概念也為溫度的測量和用溫標表示提供了可能。 植物生化反應的速率與溫度之間的關系，比用“焦耳”表示的熱量的關系更為密切。 用溫度更容易反映生物生長發(fā)育對熱量的要求，更能反映氣候條件對生物的綜合影 響。 測量簡單，資料廣泛。2）溫度的生物學意義 溫度（包括氣溫、地溫和水溫）影響農業(yè)生物的生理生態(tài)特征及地理分布 ，植物 的光合、呼吸及蒸騰等生理過程，生長發(fā)育、產量形成及產品的產量與品質等。 氣溫、地溫和水溫還間接地通過生物體溫對農業(yè)生物的生命活動及產品生產產生重 要影響。 溫度條件還是病蟲害發(fā)生發(fā)展以至蔓延的基本條件之一。2. 三基點、五基點與七基點溫度三基點：最低（下限）溫度， 最適溫度， 最高（上限）溫度 五基點：最低（下限）溫度， 最適溫度， 最高（上限）溫度，受害溫度，致死溫度 七基點溫度：最低（下限）溫度， 最適溫度， 最高（上限）溫度，受害高溫或受害低溫， 致死高溫或致死低溫）。3. 主要界限溫度的農業(yè)意義 o°c： 土壤凍結和解凍，越冬作物秋季停止生長，春季開始生長。春季o°c至秋季o°c 之間的時段即為農耕期。 3-5c:早春作物播種、喜涼作物開始生長、多數樹木開始生長。春季3（5）°C至秋 季3（5）C之間時段為冬作物或早春作物的生長期。 10 C :春季喜溫作物開始播種與生長，喜涼作物開始迅速生長。開始大于10 C至 開始小10 C之間的時段為喜溫作物的生長期。 15 C :初日為水稻適宜移栽期，棉苗開始生長期，終日為冬小麥適宜播種期。初終 日之間的時段為喜溫作物的活躍生長期。 20C：初日為熱帶作物開始生長期，水稻分蘗迅速增長，終日對水稻抽穗開花開始 有影響，往往導致空殼。初終日之間的時段為熱帶作物的生長期，也是雙季稻的生長季節(jié)。4. 范霍夫定律 在一定的溫度范圍內，溫度對主要生命過程的影響基本上服從范霍夫定律，即溫度每升高10 C,反應速度增加一倍：Q10=（Kr+10）/Kr=25. 溫度條件與作物引種根據作物對溫度條件的要求和引種成敗的經驗，作物引種有下列三條規(guī)律： 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。因為后者 是作物能否成活的問題，而北種南引則主要是溫度可能影響產品的質量問題。所以北種南引 時雖然較易成功，但要注意提高品質。 草本植物比木本植物引種容易成功，一年生植物較多年生植物引種容易成功，落葉 植物比常綠植物引種容易成功，灌木比喬木引種容易成功。 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性， 因此在植物引種的過程中，存在著氣候馴化現象。 在具體引種時，不能單獨考慮溫度的作用，一定要遵循農業(yè)氣候相似原理，應用氣 候相似方法。6. 積溫學說的基本論點（或基本假設） 積溫學說的內容：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；而根據近年來的研究結果，在高溫季節(jié)完成的發(fā)育期還存在有 上限問題。作物完成某一階段的發(fā)育需要一定的積溫。7. 活動積溫與有效積溫的概念、計算公式把高于下限溫度（B）的日平均氣溫（Ti）稱為活動溫度。作物在某一時段內活動溫度的總 和稱為活動積溫（Aa）,用下式表示：A = Z n Tai = i !（Ti>B；當 TiWB 時，Ti=O。）活動溫度與下限溫度之差（Ti- B）稱為有效溫度。作物在某時段內有效溫度的總和稱為A 二 Zn （T. - B ）ei有效積溫（Ae）,用下式表示：i = 1（Ti>B；當TiWB時，Ti- B = 0。）8. 積溫的計算方法（參見PPT81頁）9. 積溫的穩(wěn)定性與改進措施造成積溫不穩(wěn)定的原因可歸納為下列幾個方面： 影響作物發(fā)育的外界環(huán)境條件，不僅有氣象因子還有其它因子，如土壤、農業(yè)技術措施等。積溫的計算是以日平均溫度作為基礎，它沒有考慮每天的最高溫度、最低溫度對發(fā)育的影響， 而它們的影響是很重要的、也是多方面的。當氣溫超過三基點溫度的上限時，溫度對作物發(fā) 育不利，但計算時并沒有剔除，也造成積溫的不穩(wěn)定。有的作物本身對光照有特殊反應，如 感光性強的作物，發(fā)育速度主要與日照時間長短關系較大，而對溫度的反應就不敏感。 積溫表達形式與計算方法的改進（ 1 ）光照條件訂正溫度條件訂正 依據：光照對感光性強的作物發(fā)育速度的影響很大，與溫度的影響相當； 特別是感光性強的品種甚至超過了溫度的影響。因此，當用積溫表示作物發(fā)育速度與熱量的 關系時，必須進行光照訂正。a.用日照百分率，b.用可照時數（2）溫度條件訂正依據：溫度的高低（即溫度強度的大?。?，對作物發(fā)育速度的影響是不一樣的。夜間溫度的高低以及日較差的大小等，也會影響到積溫的穩(wěn)定性。10. 積溫在農業(yè)生產中的應用1）熱量資源分析、評價與區(qū)劃 評價地區(qū)熱量資源優(yōu)劣 鑒定作物熱量條件，為引種提供依據 評價作物產量和品質 規(guī)劃種植制度等2）農業(yè)氣象預報服務中應用作物生長發(fā)育預報； 作物病蟲害發(fā)生、發(fā)展預報等。3）積溫是植物品種特性的重要的指標4）負積溫的多少可以作為災害的指標5）農業(yè)生物生長發(fā)育的積溫模式。11. 作物的感溫性1）感低溫特性作物生長發(fā)育對溫度條件的反應特性，稱為作物的感溫性。有些作物（如小麥）在其生長發(fā)育過程中，需要一定的低溫環(huán)境或低溫刺激，才能完成 由生長向發(fā)育的轉化，否則就不能正常抽穗結實。不同的小麥類型，在春化階段需要不同的 低溫值和持續(xù)時間。（一般是指植物必須經歷一段時間的持續(xù)低溫才能由營養(yǎng)生長階段轉入 生殖階段生長的現象，我們把這一現象稱為春化作用）2）感高溫特性（感溫性）大多數作物在其生育過程中，需要一定時期的較高溫度條件。在一定的溫度范圍內，隨 著溫度的升高，作物的生育速度加快，發(fā)育周期縮短。12. 晝夜溫度變化對作物生長發(fā)育的影響自然條件下氣溫呈周期性變化，許多生物適應溫度的某種節(jié)律性變化，并通過遺傳成為 其生物學特性的現象，這一現象稱為作物的溫周期現象。13. 溫度過高、過低對農業(yè)的危害低溫危害1）冷害是指在農作物生長季節(jié)，溫度在O°c以上，有時甚至在20°C左右的條件下對農 作物產生的危害。發(fā)生冷害時，作物形態(tài)一般無明顯變化，有“啞巴災”之稱。 根據農作 物受害情況可將冷害分成延遲型、障礙型和混合型冷害。冷害a.影響作物的生理過程，b. 引起作物的生理失調，c.限制作物的營養(yǎng)生長，d.危害作物的生殖生長。2）寒害是指中國熱帶、亞熱帶地區(qū)作物在冬季遭受0C以上（有時稍低于0C）的低溫 危害的現象。a.平流型寒害b.輻射型寒害c.混合型寒害。寒害對作物的危害：a寒害發(fā) 生時，作物體內ATP減少，酶的系統(tǒng)紊亂、活性降低，導致作物的光合、呼吸、水分吸收、 蒸騰及物質運輸、轉移等生理活性降低，彼此之間的協(xié)調關系破壞，造成作物受害。b.熱帶 作物一般含有較多飽和脂肪酸，在零上低溫可以凝固，導致細胞失水枯萎，癥狀與凍害相似。3）霜凍是指在溫暖季節(jié)里，土壤表面或植物表面的溫度下降到植物組織冰點以下的低 溫而使體內組織凍結產生的短時間低溫凍害?？煞譃樵缢獌龊屯硭獌?。根據霜凍發(fā)生的天氣 條件可以分為下面三種：a.平流型霜凍。b.輻射型霜凍。c.平流輻射霜凍。4）凍害是指越冬作物和果木在越冬期間由于0°C以下低溫或劇烈變溫所造成的一種農 業(yè)氣象災害。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)，主要危害經濟果木。 根據凍害發(fā)生的天氣條件（如對冬小麥）可以將其分為冬季嚴寒型、入冬劇烈降溫型和早春 融凍型。高溫危害的概念 一般意義上的高溫危害，指農業(yè)生物因出現超過其生長發(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。a.導致光合作用減弱，呼吸作用增強，凈同化量減少。b.加快蒸騰作用，破壞作物體內水 分平衡。 c. 作物開花期遇到高溫危害，會使開花率下降，花粉發(fā)芽受阻，花藥開裂減少， 最終表現為結實率降低。 d. 作物灌漿期遇到高溫危害，會造成根系早衰，葉片功能下降， 使灌漿期縮短，嚴重影響粒重的增加。 e. 高溫直接灼傷農業(yè)生物。干熱風是高溫、低濕及伴隨一定風力而造成大量蒸發(fā)的一種災害天氣。對植物的危害 這種天氣出現時，主要表現為大氣干旱，而土壤中的水分含量并不缺少。因植物蒸騰作用強 烈，植物損失水分過多，破壞了植物的水分平衡和光合作用，結果在短時間內給作物的生育 和產量帶來巨大的影響。第四章1. 土壤-植物-大氣水分平衡 大氣水分以降水形式到達地面，經分配后進入土壤，大量的水分通過植物根系吸水經植 物體運輸到葉片，再由葉片中的液態(tài)水變?yōu)槠麘B(tài)水而輸送到空氣中。這種貫通土壤植物 大氣連續(xù)的水流可以直觀的理解，稱為土壤植物大氣水分循環(huán)系統(tǒng)。土壤植物大氣 水分循環(huán)系統(tǒng)水分循環(huán)的動力，是植物的蒸騰作用。2. 土壤水分類型及其對植物的有效性（1）吸濕水：指烘干的土壤從含有水汽的空氣中由吸附力 吸附于土粒表面的水分。影響因子：空氣相對濕度、土壤性質 性質：具有固態(tài)水的性質， 對植物來說是無效水。（2）膜狀水：當土壤的吸濕水達到最大量后， 在吸濕水的外層所形成的一 層膜狀的液態(tài)水叫膜狀水。影響因子：土壤質 地 ， 有機質含量 性質：與液態(tài)水基本相似， 但水分子受土粒吸持而排列較緊， 難以被植物利 用 ， 稱難有效水。（3）毛管水： 受毛管力作用而保持在土壤孔隙中的水分。 運動方向和速度 依毛管力的大小而定。 毛管水上升高度與毛管半徑成反比， 毛管水運動速度 與毛管半徑平方成正比。 粘性土中孔隙小， 毛管水上升高度大而運動速度很 慢；砂性土中則相反， 其上升高度小而運動速度很快；壤土介于兩者之間。毛管水又分為毛管懸著水和毛管上升水。a.毛管上升水：自地下水面由下向 上沿毛管上升而存在于土壤毛管中的水分。 它與地下水有直接聯(lián)系。 在地下 水位不深的情況下， 土壤中有這種水。 毛管水上升高度與毛管直徑大小成反 比。 但毛管不宜過細， 過細（直徑小于 1 微米） 毛管壁阻力增大， 上升反而 不易。在自然情況下，毛管水上升高度通常1 3米。b.毛管懸著水：為毛管 力所保持又與地下水不相連通的水分稱為毛管懸著水。 毛管力（因土壤孔隙 直徑大小而異）：毛管懸著水具有一般自由水的性質，是對植物最有效的土壤 水分。（4）重力水：因重力大于土壤持水力而不能保持在土壤中的水分稱之為重力 水。土壤性質：具有一般液態(tài)水的性質，但絕大多數沒有機會被植物吸收利 用。對旱作物來講多則不利。3. 土 壤 水 分 常 數 吸濕系數、凋萎系數、最大分子持水量、毛管斷裂含水量、田間持水量、毛 管蓄水量、全蓄水量。1）吸濕系數:土壤吸濕水達最大數量時的土壤含水量。吸濕系數與土壤質地 有關，一般在08之間。吸濕系數以下的土壤水被土粒牢固吸持，不能被植 物吸收利用 。 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。2）凋萎系數: 凋萎系數是作物可利用水量的下限， 約為最大吸濕量的 1.5 2.0 倍。 不同質地的土壤， 凋萎濕度有明顯差異， 即隨土壤砂性增加而減小 隨著土壤粘性增加而增加。3）最大分子持水量 膜狀水達到最大數量時的土壤含水量。 它包括全部的吸 濕水和膜狀水， 約為最大吸濕量的 24 倍。4）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 水量稱為生長阻滯含水量。 毛管斷裂含水量可視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。5）田間持水量:毛管懸著水達到最大量時的土壤含水量。包括全部的吸濕水、 膜狀水和毛管懸著水。 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量指標。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 、毛 管 懸 著 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。當土壤水分達到毛管蓄水量時，土壤中空氣不足，不利于作物生長。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。 當土壤水分接近或達到全持水量時， 土壤的通氣性變差， 對作物 生長發(fā)育不利。 全蓄水量的數值主要取決于土壤孔隙度。4. 水 勢土壤中水的化學勢與同溫同壓下純水的化學勢之差。1）基模勢：是由于土壤基粒的吸附力和毛管力作用于水所引起的水勢。基模 勢使自由能減少， 有降低水勢作用， 為負值。 基模勢是土壤水勢的主要組成 部分， 而在植物中很小， 干旱時植物組織中的較大。2）滲透勢： 是由于土壤中溶質吸水溶解所引起的水勢。 當溶質增多時， 水 分的自由能降低， 溶液濃度越大， 水勢就越小即負值越大。 滲透勢和滲透壓 數值相等符號相反。3）重力勢：是由于重力場位置不同于參照水平面而土壤水分勢。是地球引力 造成的，可根據重力場位置來確定。重力勢用單位質量的勢能來表示，即：屮 g=gh， 其大小取決于相對于參照面的高度， 正負則決定于參照面的位置。 但 是無論參照面如何選擇， 其兩點之間的重力勢差值不變。4）壓力勢：是由于土壤中水分受到壓力而引起的水勢。 靜水壓勢：是由于土壤中存在著不透水層而對其下層的土壤水分產生靜水壓 力而引起的水勢，為正值。 氣壓勢：是由于空氣被封閉在土壤中使氣壓不平衡而引起的水勢。荷載壓勢：是由于水中含有懸浮膠體物質（雜質顆粒）所產生的荷載壓力引 起的水勢。5）溫 度勢：是由于土壤中溫度變化所引起的水勢，當處于恒溫或溫度變化不 大 時 ， 溫 度 勢 等 于 0。6）總土水勢：總土水勢即土壤水勢為各分水勢之和：屮w =屮m +屮n +屮 g +屮p +屮t,在土壤水分不飽和時，主要取決于屮m,而在鹽堿地及研究 土壤一植物水分關系時，屮p、屮n也起作用。5. 土壤中水分運動基本規(guī)律 水分總是從水勢高的地方流向水勢低的地方， 其流量與水勢差成正比， 與水 流阻力成反比。6. 蒸散： 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。7. 作物需水量概念及其主要組成部分作物需水量 ，是指生產 1克干物質所需的水量。用植物在整個生長期或某一 個發(fā)育時期內所吸收的水分總量與該時期生產的總干物質之比來表示。 作物需水量的組成： 光合作用所需水量和植物體內所含水分， 比例很小。 蒸騰耗水，占作物需水量的絕大部分。棵間蒸發(fā)和田間滲漏。 前兩部分為作 物生理過程所必需， 又稱為生理需水；后一部分為作物適宜生長環(huán)境條件形 成所必需， 又稱為生態(tài)需水。8. 作物的水分臨界期與關鍵期 在水分臨界期或對水分也相當敏感的另一個時期， 正好遇上當地降水條件經 常出現不適宜， 則這一時期是當地水分條件影響產量的關鍵時期， 稱為作物 的水分關鍵期。對水分最敏感的時期 ，即由于水分缺乏或過多對產量影響最大的時期，稱為 某作物的水分臨界期。9. 不利水分條件對農業(yè)生產的影響（一） 水分過少的危害1、 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。（二） 水分過多的危害1、洪水：是指由于大雨、暴雨引起山洪暴發(fā)、河水泛濫，淹沒大片農田園林， 毀壞農業(yè)設施的一種災害。2、澇害：澇害是由于雨量過大或過于集中，或者農田排水不暢，造成農田積水，使旱田作 物受害的一種農業(yè)氣象災害。3、濕害： 濕害是因連陰雨時間過長，或雨水過多，或洪水、澇害之后農田排水不良，使土 壤水分長期處于飽和狀態(tài)，造成土壤透氣不良，溫度過低，使作物根系受到傷害，造成作物 的生長發(fā)育受阻或死亡的一種農業(yè)氣象災害。