第八章 小气候

第八章小气候与农业小气候第一节农田小气候的基本概念小气候：由于下垫面构造、性质不同及人类活动造成热量和水分收支差异，形成了近地面气层(0-2m)和土壤上层的小范围特殊气候。农田小气候：以农作物为下垫面的小气候。活动面：由于辐射作用能够直接吸收与放射能量，并与临近气层、土层进行热量与水分交换从而调节周围空气、土壤温湿度等的表面-----气层和垫在其下的物质的交界面。农田、森林有两个活动面：内活动面：土壤表面；内活动层0.5cm的浅层耕层；外活动面：枝叶密集处（2/3株高），外活动层0~2m的气层。一、农田小气候形成的物理基础活动面的净辐射：R=（S`+D）(1-r)--F0活动面的热量平衡：RT=P+B+LEC活动面的乱流交换：使气象要素的空间变化趋于缓和。主要决定于空气的乱流扩散能力和温度、湿度、二氧化碳、风等的垂直梯度，此外，与作物种类、种植方式、密度、高度有关。二、农田小气候的一般特征（一）、农田中的太阳辐射和光能分布1、作物群体中太阳辐射的反射、透射和吸收：一般叶片对太阳辐射的吸收率在80%～90%左右，并且，吸收率在一定的入射角度范围内相对稳定，其余10%～20%被叶片反射和透射了，随着入射角(光线与叶面法线之夹角)的增加，反射率逐渐增加而透射率相应减小。叶片对可见光部分的吸收率非常高，植被对绿光部分（0.51～0.61μm）吸收较少，而对蓝光部分（0.40～0.51μm）以及红光部分（0.61～0.72μm）吸收较高。植被对大于可见光的红外辐射（0.72～1.00μm）几乎不吸收，波长超过1.00μm后，叶子的吸收率又有所增加，而这部分辐射主要是由叶子内部的水分吸收。超过3μm以后，叶子几乎变成了黑体，它可吸收几乎全部的长波辐射。2、作物群体中太阳辐射的分布：照到植被上的太阳辐射并非全部被截获与吸收，只有被叶片截获的、吸收的太阳辐射才能被利用来进行光合作用。作物群体中不同部位所得到的辐射强度和光谱成分都有显著差异，其光合效应也不相同。门司（Monsi）和佐伯(Saeki)（1953）采用比尔定律（ThelawofBeer），并对比尔公式进行积分，得到作物群体内辐射衰减公式：Rs=R0e-LKRs-植冠内任一叶层获得的辐射强度；R0-植冠顶部的辐射强度（即自然光强度）；L-所测高度以上的叶子层数，也称叶面积指数；K-作物群体的消光系数（随叶片的角度、分布、厚度、颜色而改变，也随作物的种类、品种、密度、种植方式、太阳高度角、天气、时间等因素变化）。3、作物群体中的光照：作物群体内的光照分为两部分：一是穿过上部叶片间隙的直射光，呈“光斑”；另一种是透过叶片以后的透射光和部分散射光，呈“阴影”。两部分光照的强度和光谱成分均不同，对光合作用的效应也不同。有些学者研究后认为，当太阳直接辐射较少而散射辐射较多时，作物的光合生产率较高：因为虽然总的光强相等，但如果散射辐射比例大，则作物群体内荫蔽叶上的辐射量会有很大的增加；另外，散射辐射光谱成分中可见光部分所占比例大于直接辐射，也增加了作物的光合生产率。（二）、农田中的温度分布农田中的温度分布决定于辐射及乱流强弱。作物生长初期、后期投入株间和地面的辐射多，热量收支情况同裸地：白天为日射型，夜间为辐射型。作物生长盛期：中午前后外活动面出现温度最高值，向上向下逐渐降温；夜间外活动面出现温度最低值。白天农田温度比裸地低；夜间农田温度比裸地高，日较差小。白天水田温度低于气温；夜间水田温度高于气温，日较差小。思考：为什么在水稻生产上经常采用昼排夜灌的措施？（三）、农田中的湿度分布农田中的湿度分布决定于温度、农田蒸散、乱流。作物生长初期、后期作物蒸腾面小，土壤表面是主要蒸发面（同裸地）：白天为湿型分布（水汽压随高度增加而减小），夜间为干型分布（水汽压随高度增加而增大），相对湿度与裸地相似---与气温日变化相反。作物生长盛期：白天外活动面为主要蒸腾面，附近水汽压最高；夜间外活动面附近常有大量水汽凝结，水汽压最低。但各高度平均水汽压都比裸地大。各高度相对湿度都较接近，都比裸地大。（四）、农田中风的分布农田株间风速的分布于作物种类、株高、密度及栽培措施等密切相关：垂直分布：作物生长初期（同裸地）：随高度的增加风速增大；作物生长盛期一部分风被抬升，风速随高度增加按指数规律增大；一部分风进入作物层，株间风速呈S型分布。水平分布：自边向里减小。第二节农田小气候的改良耕作措施：耕翻、镇压和垄作等措施，以此改善土壤耕作层的结构和水、肥、气、热，同时注意合理的作物布局和品种搭配，适当的间作套种来改善农田小气候。栽培措施：作物的行间、行向、种植密度与方式、农田灌溉、覆盖及化学药剂等措施也可以改善农田小气候。一、灌溉对农田小气候的影响灌溉后农田净辐射增加：R=（S`+D）(1-r)-F0灌溉后农田热量平衡个分量发生显著变化：RT=P+B+LEC灌溉后农田热容量、导热率、导温率显著增大，土壤温度变化缓和，白天有降温作用，夜间有升温作用。不同季节灌溉的效应不同：抗春旱、防低温；夏降温、防干热风和伏旱；冬季提高地温保护秋播作物安全越冬。二、间套作的气象效应提高光能利用率：使平面的光变为立体的光，增加受光面积，延长光照时间；通风透光变好，改善二氧化碳供应，发挥边际效应。边际效应.doc对农田温、湿度状况有影响，提高或改善作物品质。例如：玉米与马铃薯间套作。可充分合理利用土壤中的养分、水分，加速土壤营养元素循环，提高土壤水分利用率。防风蚀、土蚀。三、种植密度的气象效应密度过大株间光照不足，影响通风透光，减低光合作用，单株细弱，易倒伏，减产。密度过大，农田耗水多，使土壤湿度降低，群体空气湿度加大，易发生病虫害。密度过小，漏光多，群体光能利用不充分减产。四、种植行向的气象效应春播作物，特别是对光照要求比较突出的作物，取东西行向比南北行向有利。越冬期间，特别是对温度要求比较突出的秋播作物，取南北行向种植比东西行向有利，便于满足秋播作物对热量的要求；特别高纬度地区因为太阳方位角角变化较大，因此更应该考虑种植行向。为创造良好的通风透光条件，行向应与作物生育关键时期的盛行风向接近。但在制种田行向与花期盛行风向垂直利于授粉。五、耕翻的气象效应耕翻后白天土壤表层为增温效应，夜间土壤表层为降温效应，耕翻后增加了土壤表层的日较差。耕翻后的水分效应在不同时期有不同作用：干旱时耕翻，耕翻后增加土壤透气透水性，提高土壤的蓄水能力，同时，干旱时耕翻由于切断毛管，减弱土壤上下层之间的水分交换，下层水分沿毛细管作用只能上升到耕翻底层处，土表形成了干土层，蒸发减小，因此，干旱时耕翻对下层土壤有保墒作用；雨季耕翻疏松土壤，增加土壤表面积，可以促进水分蒸发，因此，雨季耕翻提高地温。六、镇压的气象效应镇压后白天土壤表层为降温效应，夜间土壤表层为增温效应，镇压后减小了土壤表层的日较差。镇压后的水分效应依土壤表面的湿润程度不同。湿润镇压产生渍害；干燥镇压减少土壤表层水分蒸发，同时，对下层土壤有提墒作用。