農(nóng)田小氣候-.doc

農(nóng)田小氣候4分開放分類：農(nóng)作物收藏分享到頂0編輯詞條目錄 1 農(nóng)田小氣候 2 正文 3 配圖 4 相關(guān)連接 展開全部摘要請(qǐng)用一段簡(jiǎn)單的話描述該詞條，馬上添加摘要。農(nóng)田小氣候-農(nóng)田小氣候農(nóng)田小氣候-正文農(nóng)田貼地氣層、土層與作物群體之間的物理過程和生物過程相互作用所形成的小范圍氣候環(huán)境。常以農(nóng)田貼地氣層中的輻射、空氣溫度和濕度、風(fēng)、二氧化碳以及土壤溫度和濕度等農(nóng)業(yè)氣象要素的量值表示。是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要環(huán)境條件。研究農(nóng)田小氣候的理論及其應(yīng)用，對(duì)作物的氣象鑒定，農(nóng)業(yè)氣候資源的調(diào)查、分析和開發(fā),農(nóng)田技術(shù)措施效應(yīng)的評(píng)定,病蟲害發(fā)生滋長(zhǎng)的預(yù)測(cè)和防治，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的防御以及農(nóng)田環(huán)境的監(jiān)測(cè)和改良等，均有重要意義。研究概況早在20世紀(jì)初期，就有人結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際測(cè)定農(nóng)田和森林中的小氣候，取得一些零散資料。1927年R.蓋格爾所著近地氣候一書出版。以后，農(nóng)田小氣候研究取得了多方面的進(jìn)展。蘇聯(lián)學(xué)者.K.羅斯所著輻射狀況與植被結(jié)構(gòu)一書和A.C.杜波夫等人所著植被中的湍流一書，在農(nóng)田輻射狀況和農(nóng)田湍流的研究上具有代表意義。同時(shí)在農(nóng)田輻射平衡、農(nóng)田熱量平衡和農(nóng)田邊界層等方面也取得不少理論成果。英國(guó)人J.L.蒙蒂思主編的植被與大氣一書從植物生態(tài)學(xué)角度進(jìn)行探討，對(duì)農(nóng)田小氣候問題的闡述尤為全面。50年代以后，各種測(cè)試手段日益進(jìn)步，測(cè)試的精度和分辨率不斷提高，電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，又為模擬農(nóng)田小氣候和作物反應(yīng)提供了新的可能性，推動(dòng)了研究工作的拓寬和深入。農(nóng)田小氣候作為一門獨(dú)立學(xué)科雖然尚待進(jìn)一步發(fā)展完善，但它的理論和方法已愈益被人們所關(guān)注，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來越大的作用。機(jī)理農(nóng)田小氣候是農(nóng)田土壤-植物-大氣所構(gòu)成的連續(xù)體（或稱 SPA系統(tǒng)）中各組成部分之間物質(zhì)輸送和能量轉(zhuǎn)換的最終體現(xiàn)。在這個(gè)連續(xù)體（或系統(tǒng)）中，作物的生長(zhǎng)發(fā)育和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施作用的充分發(fā)揮，需要有適宜的農(nóng)田小氣候條件；同時(shí)，作物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施也反過來影響農(nóng)田小氣候。它們互為條件、互相制約。這就決定了農(nóng)田小氣候形成和變化有其本身特有的物理學(xué)和生物學(xué)基礎(chǔ)。物理學(xué)基礎(chǔ)農(nóng)田輻射輸送和湍流交換兩者因地、因時(shí)、因天氣條件和大氣物理狀況而發(fā)生的變化，是導(dǎo)致農(nóng)田熱量平衡各分量相應(yīng)改變，從而引起農(nóng)田小氣候變化的基本原因。參與農(nóng)田輻射輸送的有太陽輻射和大氣輻射的各種輻射形式，在輸送過程中不同形式的輻射收支差額,構(gòu)成農(nóng)田輻射平衡,相應(yīng)地決定了農(nóng)田熱量平衡，并影響到農(nóng)田中的空氣溫度與濕度、土壤溫度與濕度，以及二氧化碳濃度等多種農(nóng)業(yè)氣象要素的量值。農(nóng)田湍流交換的起因是熱力和動(dòng)力共同作用的結(jié)果。一般在晴天的白晝，是熱力因素起主導(dǎo)作用，而在夜間和冷季有大風(fēng)的陰天，則動(dòng)力因素的作用占首位。農(nóng)田中的湍流交換，不僅與大氣湍流有密切關(guān)系，更與作物層中的溫度和風(fēng)的分布息息相關(guān)，而其中渦旋體的大小、形狀、強(qiáng)度還決定于作物群體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。它對(duì)作物層中熱量、水汽、二氧化碳等的輸送，起決定性作用。不同的湍流結(jié)構(gòu)，可形成作物層中溫度、濕度（見空氣濕度、土壤濕度）、二氧化碳（見二氧化碳與農(nóng)業(yè)）等分布的特殊性。此外，湍流交換對(duì)農(nóng)田微粒如花粉、孢子和污染物質(zhì)等的輸送也有重要影響。生物學(xué)基礎(chǔ)主要指作物葉片空間散布的形式，它的變化對(duì)作物群體結(jié)構(gòu)中太陽光和輻射的透入量、空氣溫度和濕度等農(nóng)業(yè)氣象要素的鉛直分布(又稱鉛直廓線)有很大影響。作物的種類、品種、生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期和生長(zhǎng)狀況各異，所構(gòu)成的作物層葉面積密度和空間排列狀況不同，葉面積的空間散布形式也就不一。歸納起來可分3種：隨機(jī)型。葉片在作物群體中均勻隨機(jī)地散布,其透光率與累計(jì)葉面積指數(shù)的關(guān)系，完全服從指數(shù)衰減率。凡葉片個(gè)體面積小而植株占地面積大的群體，往往接近隨機(jī)型散布，如苜蓿、三葉草等。叢生型。葉片在作物群體內(nèi)成叢成條地分布，重疊較多。對(duì)一定數(shù)量的葉面積而言，重疊越多則群體中空隙比例越大，透光率也就相應(yīng)增加，陽光損失較多。許多農(nóng)作物生長(zhǎng)前期的葉片分布多屬此種類型。例如寬壟條播的蔬菜就呈叢生型散布特征。規(guī)則型，又稱鑲嵌型。其特點(diǎn)是作物群體中的葉片相互插空生長(zhǎng)，重疊程度減少，對(duì)于一定數(shù)量的葉面積而言，重疊少，空隙比例就小。因而透光率比前兩者都小。自然界中有些葉面積指數(shù)終生都很小的植物群體，往往具規(guī)則型散布特征，以便充分利用太陽光能。西瓜、草莓等的葉片分布即屬此類。同一作物群體的葉片空間散布形式往往隨著生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期而有所變化。如大田作物在苗期，一般呈叢生型散布，而到了生育后期就可能變?yōu)殡S機(jī)型或規(guī)則型散布。在同一生育期內(nèi)，葉片在作物群體的上、中、下層的散布特征也不盡相同，尤其是不同的種植方式和栽培措施，對(duì)作物群體空間散布的影響很大。一般特征錯(cuò)綜復(fù)雜的農(nóng)田小氣候常通過農(nóng)田中不同作物群體結(jié)構(gòu)內(nèi)輻射、溫度、濕度、風(fēng)和二氧化碳等農(nóng)業(yè)氣象要素的變化反映其主要特征。在作物生長(zhǎng)發(fā)育的盛期（如谷類作物的抽穗期），這種特征的反映往往更為典型。這是因?yàn)樽魑锶后w結(jié)構(gòu)、農(nóng)田活動(dòng)層及其邊界層到這時(shí)才得到充分發(fā)展，因而由蒸騰作用、光合作用、呼吸作用等生物學(xué)過程所引起的作物與土壤、空氣之間的水汽、二氧化碳等物質(zhì)交換，以及作物層輻射能、熱能的能量轉(zhuǎn)化等物理學(xué)過程，最為旺盛和突出。光和輻射太陽光進(jìn)入農(nóng)田作物層中，受到莖葉層層削弱,有些被吸收，有些被反射，部分透過第1層葉片，進(jìn)入第 2層之后又被反射和吸收，部分則經(jīng)過從莖葉空隙直達(dá)地面。作物莖葉對(duì)太陽光能進(jìn)行多次反射和吸收。透射的強(qiáng)弱程度與作物本身的生育狀況和群體結(jié)構(gòu)有關(guān)，后者也反過來影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育。在作物生長(zhǎng)發(fā)育的盛期，不同高度上單位體積內(nèi)的莖葉表面積數(shù)量表現(xiàn)為上層多、下層少；上層莖葉密集，遮擋了大量的直射光透入下層。莖葉對(duì)光能的削弱作用，也是上層顯著，下層較差?？傒椛?、直接輻射和漫射輻射的鉛直分布趨勢(shì)基本相似，都是從上往下遞減，并且都在開始時(shí)遞減緩慢，通過枝葉密集的作物群體上層時(shí)遞減迅速，到了下層遞減速度又減慢。晴天農(nóng)田各個(gè)高度上太陽輻射的日變化基本一致，均為早晚弱而中午強(qiáng)；但是量值變化白天在各個(gè)高度上卻存在差異；高度越高光照強(qiáng)度越大，反之則越小。溫度農(nóng)田作物層中的空氣溫度，主要決定于作物群體結(jié)構(gòu)內(nèi)不同莖葉層透入太陽輻射和湍流交換（影響水汽和熱量輸送）強(qiáng)弱的對(duì)比關(guān)系。在作物群體密度大的情況下，由于作物群體內(nèi)輻射被削弱，作物層內(nèi)白天的空氣溫度與裸地比較相對(duì)較低，夜間則相對(duì)較高。如作物密度不大，則在其對(duì)湍流的削弱作用大于對(duì)輻射的削弱作用情況下，作物層中的溫度在夜間就可能相對(duì)高些。由于不同作物和不同生育期農(nóng)田小氣候的物理學(xué)和生物學(xué)基礎(chǔ)不一，農(nóng)田上溫度的鉛直分布情況有相當(dāng)?shù)牟町?。生長(zhǎng)發(fā)育初期和后期 在初期，作物莖矮葉小，植株覆蓋面積少且分布稀疏，白天和夜間空氣溫度的鉛直分布幾乎與裸地一樣，即白天呈溫度由地面向上遞減的日射型分布，夜間呈溫度隨高度增加而相應(yīng)上升的輻射型分布。到作物成熟的生長(zhǎng)發(fā)育后期，禾谷類作物莖葉枯黃，陽光透達(dá)地面，植株蒸騰減弱，農(nóng)田空氣溫度的鉛直分布又幾乎回復(fù)到生長(zhǎng)發(fā)育初期的狀況。水平闊葉作物（如棉花地）的情況有所不同，白天空氣溫度鉛直分布廓線的最高點(diǎn)并不出現(xiàn)在地面，而是在植株頂部的葉面附近，夜間溫度廓線的最低點(diǎn)卻仍在地面。生長(zhǎng)發(fā)育盛期 這一時(shí)期,作物封行,枝繁葉茂，形成小氣候的因子變化頻繁，溫度鉛直分布情況也較為復(fù)雜，白天和夜間溫度的分布曲線正好相反。在作物莖葉密集層的上部，亦即鄰近外活動(dòng)面之外，白天獲得太陽輻射熱量較多,而湍流較弱，蒸騰也較小,溫度鉛直廓線上的最高值就出現(xiàn)在這一部位。到了夜間，農(nóng)田冷空氣既不能停滯在作物頂部，也不會(huì)下沉到作物保護(hù)下的地面，而是積聚在作物層中某一高度上。這一高度既是作物層上表面下沉的冷空氣匯集之處，又是株間空氣受作物本身輻射最顯著的地方。其溫度是鉛直廓線上的最低值，其向上、向下的溫度都是遞增的。白天農(nóng)田內(nèi)溫度廓線上的最低值大多出現(xiàn)在莖葉密集層內(nèi)，這是因?yàn)檫@個(gè)部位所得到的熱量本來就不如上層多，且大量也消耗在作物蒸騰上，用于提高空氣溫度的熱量相對(duì)較少。出現(xiàn)最高值和最低值的部位，一般都有位移現(xiàn)象，即隨著植株高度和密度兩者的增加相應(yīng)抬升。溫度在水田上的分布情況和旱地有異。這種差別在貼近水面的氣層內(nèi)，表現(xiàn)得最為明顯。在水田中，白天鉛直分布的特點(diǎn)同旱地一樣，也有一個(gè)溫度鉛直分布的最高點(diǎn)處在某高度上。在此高度以上，溫度鉛直分布趨勢(shì)同旱地基本相似，也呈日射型分布，但在此高度以下，由于水體蒸發(fā)耗熱和對(duì)太陽輻射的減弱作用，溫度呈輻射型分布，類似裸地夜間溫度分布情況。夜間，植株上層空氣雖然較冷，而貼近水面的空氣溫度仍較高，溫度鉛直分布的形式恰與白天相反，即下部呈日射型，上部略呈輻射型。濕度農(nóng)田中的空氣濕度狀況主要取決于農(nóng)田蒸散(即土壤蒸發(fā)和植物蒸騰之和)和大氣濕度兩個(gè)因素。農(nóng)田作物層內(nèi)土壤蒸發(fā)和植物蒸騰的水汽，往往因?yàn)橹觊g湍流交換的減弱而不易散逸，故與裸地比較農(nóng)田中的空氣濕度一般相對(duì)較高。絕對(duì)濕度 絕對(duì)濕度鉛直分布情況同溫度近似。在植物蒸騰面不大、土壤或水面蒸發(fā)為農(nóng)田蒸散主要組成部分的情況下，農(nóng)田中絕對(duì)濕度的鉛直分布，均呈白天隨離地面高度的增加而減少，夜間則隨高度而遞增的趨勢(shì)。在作物生長(zhǎng)發(fā)育的盛期，作物莖葉密集，植物蒸騰在農(nóng)田蒸散中占主導(dǎo)地位，絕對(duì)濕度的鉛直分布就有變化。鄰近外活動(dòng)面的部位，在白天是主要蒸騰面，因而中午時(shí)分絕對(duì)濕度高；到了夜間，這一部位常有大量的露和霜出現(xiàn)，絕對(duì)濕度就低。相對(duì)濕度 農(nóng)田中相對(duì)濕度的鉛直分布比較復(fù)雜，它取決于絕對(duì)濕度和溫度。一般在作物生長(zhǎng)發(fā)育初期，不論白天和夜間，相對(duì)濕度都是隨高度的升高而降低。到生長(zhǎng)發(fā)育盛期，白天在莖葉密集的外活動(dòng)面附近，相對(duì)濕度最高，地面附近次之；夜間外活動(dòng)面和內(nèi)活動(dòng)面的氣溫都較低，作物層中各高度上的相對(duì)濕度都很接近。生長(zhǎng)發(fā)育后期白天的情況和盛期相近，但夜間由于地面氣溫低，最大相對(duì)濕度又出現(xiàn)在這里。水田中濕度鉛直分布相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不論白天和夜間絕對(duì)濕度都隨高度增加而降低；相對(duì)濕度在白天和絕對(duì)濕度的分布一致，夜間則相反。風(fēng)農(nóng)田中的風(fēng)速與作物群體結(jié)構(gòu)的植株密度關(guān)系很大。由于植株阻擋，摩擦作用使農(nóng)田中的風(fēng)速相對(duì)較小。從風(fēng)速的水平分布看，風(fēng)速由農(nóng)田邊行向農(nóng)田中部不斷減弱，最初減弱很快，以后減慢，到達(dá)一定距離后不再變化。從鉛直方向看，風(fēng)速在作物層中莖葉稠密部位受到較大削弱；頂部和下部莖葉稀少，風(fēng)速較大；離邊行較遠(yuǎn)的地方的作物層下部風(fēng)速較小。二氧化碳農(nóng)田二氧化碳的狀況，決定于農(nóng)田湍流交換強(qiáng)度、大氣中二氧化碳含量和土壤釋放二氧化碳數(shù)量 3方面的因素。作物層內(nèi)二氧化碳濃度在葉面積密度最大層次附近為最低。在白天，農(nóng)田二氧化碳由作物層上部向下和由地面向上輸送。農(nóng)田技術(shù)措施小氣候效應(yīng)在自然條件下，小氣候適合植物生長(zhǎng)發(fā)育要求時(shí)植物長(zhǎng)勢(shì)良好，枝葉茂盛；但群體結(jié)構(gòu)郁閉度也隨之增大，達(dá)到一定限度后，通風(fēng)透光和溫濕度條件急劇惡化，植物生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，病蟲害隨之滋生流行，常造成群體衰退、死亡。這種現(xiàn)象完全依賴 SPA系統(tǒng)的內(nèi)部調(diào)節(jié)和適應(yīng)過程。農(nóng)田中作物群體的生育狀況則除自然條件外，同時(shí)還受農(nóng)業(yè)技術(shù)措施的影響,通過調(diào)節(jié)農(nóng)田SPA系統(tǒng)中的某些環(huán)節(jié)，可以促進(jìn)或延緩其中的物質(zhì)交換和能量轉(zhuǎn)化，從而改變由一定的大氣候條件和作物群體所形成的農(nóng)田小氣候，改善作物生育環(huán)境。農(nóng)田技術(shù)措施多種多樣，所產(chǎn)生的小氣候效應(yīng)也因之而異。耕作效應(yīng)耕作措施包括翻耕、鎮(zhèn)壓和壟作等，主要是通過改變土壤表面和根分布層的土壤狀況使土壤熱特性和水文特性發(fā)生變化,影響土壤熱量和水分交換,從而調(diào)節(jié)土壤溫度和濕度。翻耕 翻耕使表土疏松，反射率降低，吸收輻射量增加，土壤孔隙度增大，空氣含量增多，土壤熱容量和導(dǎo)熱率趨小，從而使土壤和近地面層空氣溫度變化劇烈。其對(duì)溫度的影響，隨季節(jié)和晝夜的變化而有不同。一般是白天溫度高而夜間低,日較差大。白天或溫暖季節(jié),熱量積集表層，因而翻耕影響的那一層溫度相對(duì)較高，下層則較低。夜間或寒冷季節(jié)，由于翻耕地土壤深層向表層傳遞的熱量相對(duì)較少，因而表層溫度也較低，而深層則較高。這表明翻耕所引起的效應(yīng)，在低溫時(shí)間里是表層降溫，深層增溫；在高溫時(shí)間里則是表層增溫，深層降溫。翻耕影響的土層厚度，常因土壤種類、土壤含水量、翻耕深度和土壤疏松程度等的差別而異。一般是溫暖季節(jié)的白天增溫層厚度比寒冷季節(jié)的大，而寒冷季節(jié)的夜間降溫層厚度比溫暖季節(jié)的大。翻耕的濕度效應(yīng)，在較干旱的情況下，主要是通過切斷或減弱土層內(nèi)的毛管聯(lián)系，使下層土壤水分向上輸送減少，減弱土表蒸發(fā)，從而使土表形成干土層，抑制土壤水分消耗，土壤下層濕度相對(duì)增大。在濕潤(rùn)狀態(tài)下，翻耕影響層的土壤濕度比其下層大，透水性和持水能力都強(qiáng)；與未翻耕地相比，在一定的時(shí)間內(nèi)翻耕層的土壤濕度相對(duì)較高。鎮(zhèn)壓 鎮(zhèn)壓的小氣候效應(yīng)恰與翻耕相反。它使土壤緊密，土壤容重和毛管持水量增加，土壤的熱容量、導(dǎo)熱率都隨之增大,因而土壤熱交換的日總量相對(duì)較高,土壤溫度變幅減少。這樣在低溫時(shí)期能保溫，在高溫時(shí)期則能降溫，并可使土壤表層水分增加，從而有利于作物生長(zhǎng)。壟作 由于壟上土壤疏松，土壤水分不易上升，土壤表層變干，蒸發(fā)量減少，熱容量減小，輻射增熱和冷卻都更加劇烈，因而土壤溫度的日較差變大。一般在高溫時(shí)段可起增溫作用，在低溫時(shí)段起降溫作用。壟上疏松的土壤表層在降水多的時(shí)期對(duì)排泄田間徑流、降低土壤濕度也有較大作用。土壤表層的土壤濕度雖相對(duì)較低，下層卻保持了較多的水分，濕度相對(duì)較高。壟向、壟高和壟面傾角的溫度效應(yīng)隨日照時(shí)數(shù)、太陽輻射總量以及緯度和季節(jié)的不同而有相應(yīng)的變化。在白天，一般南北壟的溫度高于東西壟；南北壟的東側(cè)和西側(cè)溫度無甚差別，而東西壟的南側(cè)溫度高于北側(cè)。此外，壟作還可改善光照和通風(fēng)條件。種植方式效應(yīng)種植方式包括種植行向和密度、間作套種等。不同的種植方式主要通過不同的作物群體結(jié)構(gòu)，改變農(nóng)田輻射輸送和湍流交換，從而產(chǎn)生不同的小氣候效應(yīng)。行向 作物種植行向不同，植株間的日照時(shí)數(shù)、狀況也有差異。從春分到夏至，日出和日沒的太陽方位角，隨緯度增高而愈偏北，日照時(shí)間愈長(zhǎng)，東西行向的日照時(shí)數(shù)相對(duì)多于南北行向；而從秋分到冬至，太陽日出和日沒的方位角隨緯度增高而愈偏南，日照時(shí)間愈短，沿南北行向的日照時(shí)數(shù)相對(duì)多于東西行向。種植行向的熱效應(yīng)，高緯度地區(qū)比低緯度地區(qū)要顯著得多。行向還影響通風(fēng)條件。為改善株間的農(nóng)田溫、濕度和二氧化碳等的分布，宜使行向與作物生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期的盛行風(fēng)向接近。密度 種植密度影響輻射平衡、湍流交換和蒸發(fā)耗熱。隨著種植密度的增加，株間輻照度降低，風(fēng)速減小，二氧化碳供應(yīng)趨少；溫度在白天或暖季隨密度增加而降低,在夜間或冷季則升高。密度增加,農(nóng)田消耗水分就多，土壤水分減少；而株間空氣濕度則因農(nóng)田蒸散增強(qiáng)、湍流交換減弱而增加。同一密度下的株行距變化，也可產(chǎn)生小氣候效應(yīng)。如寬窄行可改善株間透光通風(fēng)條件，使空氣溫度提高，空氣濕度降低等。間作套種 間作套種的農(nóng)田中，不同作物的株高、株型、葉型均不相同，形成高低搭配、疏密相間的群體結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了光合面積。矮稈作物生長(zhǎng)的行間，也就是高稈作物透光的通道，光線可直射到高稈作物的中、下部。矮稈作物的葉面反射，還可增加作物群體中的漫射輻射。太陽斜射時(shí)，側(cè)邊葉片受光面積大，株行間的漏光和反射光減少,使上、下層受光均勻,減少了