農(nóng)業(yè)氣象學(xué)原理

農(nóng)業(yè)氣象學(xué)原理之風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及防治風(fēng)是一種自然現(xiàn)象。風(fēng)能調(diào)節(jié)農(nóng)田環(huán)境條件，影響近地層熱量交換、水分循環(huán)和空氣中的二氧化碳、氧氣等輸送過程。風(fēng)還是傳播植物花粉、種子的媒體，幫助植物授粉和繁殖。但風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也會產(chǎn)生消極作用，如大風(fēng)常造成風(fēng)害，使植株葉片機械擦傷、作物倒伏、樹木斷折、落花落果而影響產(chǎn)量。大風(fēng)還造成土壤風(fēng)蝕、沙丘移動，從而毀壞農(nóng)田。地方性風(fēng)的某些特殊性質(zhì)，也常造成風(fēng)害，例如由海上吹來含鹽分較多的海潮風(fēng)，高溫低濕的焚風(fēng)和干熱風(fēng)，都嚴重影響果樹的開花、座果和谷類作物的灌漿。風(fēng)還能傳播病原體，蔓延植物病害。粘蟲、稻飛虱、稻縱卷葉螟、飛蝗等農(nóng)業(yè)害蟲在進行長距離遷飛時也需要一定的高空風(fēng)氣象條件?？梢姡驎r因地制宜，積極防御風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響，必將對整個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展具有深遠意義。風(fēng)的生態(tài)作用風(fēng)對植物外部形態(tài)的影響在常有盛行風(fēng)的地區(qū)，如海濱沿岸、山區(qū)迎風(fēng)坡面等，植株因常年受風(fēng)的影響，在形態(tài)上會發(fā)生很大變化，主要表現(xiàn)在：（1）植株低矮、樹冠過分尖削、呈流線型的外形；（2）葉子比正常葉小，常帶有褐色或紅色的斑點，尤其在葉片邊緣；（3）樹干常向盛行風(fēng)所吹的方向傾斜，較小的枝條成為屈曲狀，且整棟植物以同樣的狀態(tài)發(fā)生傾斜；（4）小的枝條很短，常有不規(guī)則的分枝，彼此互相交錯；（5）許多向風(fēng)的枝條死亡，有時只在背風(fēng)向看到新枝條和新鮮葉片、向風(fēng)面只有根部或樹干的基部發(fā)出的枝條能保持稍好的狀態(tài)；（6）樹干的橫剖面中心偏外，即向風(fēng)面的直徑比與風(fēng)向成直角面的直徑要大；在植物體的迎風(fēng)部位往往可觀察到起保護作用的隆起層，樹皮慢慢變厚；（7）在寒冷風(fēng)大的迎風(fēng)坡面，森林可能衰退而成為密灌叢，且進一步退化為分散的或孤立的墊狀個體。灌木常呈匍匐狀，草本植物呈墊狀生長型。它們分枝繁茂，很象密灌叢中的小灌木，原來直立的植物在低洼處或有蔽護物的地方形成鋪地狀。風(fēng)對植物內(nèi)部機理的影響風(fēng)對植物體內(nèi)部機理最重要的影響是具有強烈的干燥作用。帶走植物體表面及其附近的濕潤空氣層，加速蒸散，使植物干化。在靜風(fēng)中，蒸發(fā)作用只是一個擴散作用的過程，但有風(fēng)時，甚至飽和差為零，也能加強蒸發(fā)作用。所以經(jīng)常受風(fēng)吹襲的植物，蒸騰遠較在靜風(fēng)處的為迅速。在平坦的地面上，蒸發(fā)速度隨風(fēng)速的平方根而增加。一般空氣越干，風(fēng)力越大，于化作用越明顯。植物器官受風(fēng)的作用不斷搖擺也會促進植物的干化，這種影響對小型葉片尤為突出。風(fēng)能使枝葉片彎轉(zhuǎn)、搖擺，引起細胞間隙膨脹和收縮，迫使葉片內(nèi)部飽和空氣逸出，吸入較干的空氣，加速植物體的干化作用。在風(fēng)大、干燥環(huán)境里生長的植物，其生理、形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)與遮風(fēng)條件下生長的植物有很大的差別。1.3風(fēng)的傳輸作用風(fēng)能幫助許多植物傳播花粉、孢子、種子或果實，如柳、榆、松、蒲公英等會依靠風(fēng)力將其傳播體甚至整個植物體從一處移到另一處。大多數(shù)陸生植物依賴風(fēng)媒繁殖，以不斷擴大生長的區(qū)域。它們借助于風(fēng)力傳輸?shù)膫鞑ンw類型主要有：微小傳播體、帶毛傳播體、帶翅傳播體、帶氣囊的傳播體、風(fēng)滾型傳播體和構(gòu)起投擲作用的結(jié)構(gòu)。在空氣中花粉、孢子等傳播體的數(shù)量及被傳輸?shù)姆较蛲ǔＪ芎愣ǚ较虻闹萍s，遇到旋風(fēng)時，植物有可能往反方向遷移。風(fēng)速則影響授粉效率和傳播體的傳播距離，從而對植物的繁衍和分布起到較大影響。風(fēng)媒植物大都生長于開闊或裸露的地方，花小而不鮮艷、結(jié)構(gòu)簡單或退化，沒有香味和腺體或缺乏花冠。森林中，喬木盛行風(fēng)媒傳播，而生活在靜風(fēng)小氣候環(huán)境中的下層植物則風(fēng)播相對少得多。所以，風(fēng)雖不是植物生長發(fā)育必需的氣象因子，卻同光、熱、水、CO2—樣，也是植物生長發(fā)育的重要生態(tài)因子，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，有利也有弊。風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有利影響調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候環(huán)境湍流交換速度與風(fēng)速關(guān)系密切，風(fēng)通過影響農(nóng)田湍流交換強度，對空氣的各種物理屬性――熱量、動量以及水汽、co2等組成成份的輸送產(chǎn)生影響，從而調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候環(huán)境。風(fēng)速增加，使農(nóng)田空氣湍流運動增強，地面和空氣的熱量和水分等的交換加快，土壤蒸發(fā)和作物蒸騰增加，空氣中CO2等成份的擴散與輸送能力提高，作物內(nèi)部的空氣不斷更新，對農(nóng)田冠層內(nèi)部溫度、濕度及CO2濃度起到重要調(diào)節(jié)作用，從而影響作物的生長發(fā)育。據(jù)對大豆田觀測結(jié)果，風(fēng)速小于3m/s條件下，熱力因素對湍流交換速度影響較大，而在風(fēng)速大于3m/s時，動力因素對湍流交換速度影響是主要的（段若溪等，2002）。在夏季，適宜的風(fēng)速可以加快植物葉子表面的蒸騰作用，通過水分的散失帶走大量熱量，使其葉溫總是低于環(huán)境溫度，避免葉子表面日灼傷。在秋、冬季，當?shù)孛鎻娏逸椛淅鋮s時，風(fēng)又可以把近地層的冷空氣吹走，使莊稼免遭低溫霜凍的危害。在盛行地方性環(huán)流的農(nóng)業(yè)區(qū)，風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響作用更加明顯。如由于山地?zé)崃σ蜃有纬傻纳焦蕊L(fēng)，白天因坡上的空氣比同高度上的自由大氣增溫劇烈，空氣受熱膨脹，暖空氣沿坡上升，成為谷風(fēng)；夜間由于輻射冷卻，使臨近坡面的空氣迅速冷卻，密度增大，因而沿坡下滑，流入谷底，成為山風(fēng)。晴朗的白天，谷風(fēng)把谷中溫暖濕潤的空氣向山上輸送，使山頂氣溫升高、濕度增加，促使山前坡崗區(qū)的植物早發(fā)芽、早開花、早結(jié)果、早成熟。在夜晚，山風(fēng)能降低溫度，減弱植物呼吸消耗，對植物體營養(yǎng)物質(zhì)的積累，尤其塊根、塊莖植物的生長膨大很有好處（李月英，2009。另外，我國是典型的東亞季風(fēng)氣候區(qū)，冬季盛吹干燥寒冷的西北風(fēng)、北風(fēng)和東北風(fēng)，夏季盛行溫暖潮濕的西南風(fēng)、南風(fēng)和東南風(fēng)。夏季風(fēng)使海洋的暖濕氣流深入陸地，豐沛的降水與高溫期結(jié)合，雨熱同季的氣候特點，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有利條件。調(diào)節(jié)光合作用很多人認為光合作用是作物能否獲得高產(chǎn)的主要限制因素，在影響光合作用的諸多因素中，CO2供應(yīng)不足所引起的“碳饑餓”一直是大田作物光能利用率不高的重要原因，而風(fēng)由于一方面可以加速作物冠層內(nèi)部的co2流通，同時還主要通過調(diào)節(jié)植物葉片氣孔開張度，改善葉肉細胞間隙CO2濃度，進而提高作物光合作用率。研究表明，低風(fēng)速條件下，光合作用強度隨風(fēng)速增大而上升，達到一定限度后，光合作用強度反而下降。低風(fēng)速時，葉片的片流層變薄，葉片氣孔對CO2的擴散阻力減少，有利于葉肉細胞間隙CO2濃度增加擴散，提高光合作用強度。但高風(fēng)速條件下，風(fēng)會加速水的散失，致使氣孔關(guān)閉，CO2的運輸受阻，光合作用強度降低。通常微風(fēng)（三級風(fēng)，風(fēng)速4m/s左右）吹拂對農(nóng)作物的生長發(fā)育最為有利，此時既有利光合作用碳底物的供應(yīng)，又使葉層中的光合有效輻射以閃光的形式合理分布，使農(nóng)作物群體內(nèi)部通風(fēng)透光，光合作用保持在較高的水平上。據(jù)測定，在太陽輻射與氣溫基本相同的前后兩天，有風(fēng)天玉米干物質(zhì)的增長量比無風(fēng)天大40%左右。調(diào)節(jié)蒸騰作用蒸騰速率是衡量植物蒸騰能力的指標之一。蒸騰速率主要是由葉片氣孔下空間的水蒸氣濃度和大氣中水蒸氣濃度之間的濃度差（即水蒸氣壓虧缺，watervaporpressuredeficit,）以及水蒸氣擴散途徑的阻力所決定。因此，風(fēng)對植物蒸騰作用的調(diào)節(jié)，不僅在于風(fēng)可以改變大氣水蒸氣濃度，同時，風(fēng)還通過調(diào)整葉片氣孔運動，使葉片氣孔下空間的水蒸氣濃度發(fā)生變化，以此改變植物散失水分的動力，并改變?nèi)~片水分擴散阻力，遇有適宜風(fēng)速時，提高作物蒸騰速率。根據(jù)作物群體阻抗高低，又可以將風(fēng)速對蒸騰耗水的影響分為三種情況：（1）群體阻抗低的作物，增加風(fēng)速將增加其蒸騰耗水量；（2）中等群體阻抗（2100s/m）的作物，風(fēng)速對蒸騰耗水的影響較小，耗水量的多少取決于群體所獲得的凈輻射能量；（3）高等群體阻抗（＞400s/m）的作物，特別是在凈輻射能量高時，增加風(fēng)速將減少蒸騰耗水量。2.4其他如前文所述，風(fēng)的傳輸作用可幫助風(fēng)媒植物進行異花授粉和傳播。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中風(fēng)能幫助玉米等異花授粉作物進行授粉，增加結(jié)實率，提高產(chǎn)量。在作物（如油菜）和果樹開花時，風(fēng)能散播花的芬芳氣味，招引昆蟲傳授花粉。風(fēng)對擴展農(nóng)作物的種植范圍也有積極意義。由于夏季風(fēng)的影響，喜溫濕作物的種植范圍如水稻，即使在中國黑龍江省的最北部也能種植。同樣，由于冬季風(fēng)的影響，喜干涼的作物得以向南擴展（金傳達，2002。另外，風(fēng)可以限制一些害蟲遷飛，降低低層大氣污染物擴散，減少受害面積，但同時也可能加重局地受害程度。人們還可以借助風(fēng)力進行發(fā)電、提水、灌溉、排澇和農(nóng)產(chǎn)品加工等。風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響3.1風(fēng)害農(nóng)業(yè)氣象中，風(fēng)害是指大風(fēng)對農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害，直接危害包括對作物的機械損傷和生理危害、對土壤的風(fēng)蝕沙化，以及對農(nóng)事活動的影響和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施的破壞。間接危害包括傳播病蟲害和擴散污染物質(zhì)等。風(fēng)害程度不僅取決于風(fēng)的強度，也因風(fēng)向、刮風(fēng)時間、天氣狀況及地形條件等而不同。伴有低溫（如寒露風(fēng)）、暴雨（如暴風(fēng)雨）、干旱與高溫（如干熱風(fēng)）的風(fēng)害則是多因子迭加的結(jié)果。（1）大風(fēng)伴強降水風(fēng)對植物的機械損傷及損傷的程度，主要決定于風(fēng)速、風(fēng)的陣性以及植物對風(fēng)的抗性等。風(fēng)速較大時，可以加速植物蒸騰，使耗水過多，造成葉片氣孔關(guān)閉，光合強度降低。當風(fēng)力達到5、6級，就可以使已熟的作物脫粒、落果、倒伏折莖，嚴重影響產(chǎn)量。風(fēng)速217m/s（8級以上）的大風(fēng)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害更大。陣風(fēng)的破壞力特別強，很易造成植物的斷枝折莖。尤其風(fēng)前降雨，使根系松動，風(fēng)倒現(xiàn)象更嚴重。風(fēng)害與作物生育期也有關(guān)，作物處在幼苗期，果樹處在開花前期或著果初期，風(fēng)害較輕。當作物已抽穗開花，或果樹正在開花及著果后期，風(fēng)害較重。生長中等的水稻進入成熟期后，若遇到1小時降水20毫米以上，大于5級風(fēng)力持續(xù)3分鐘以上時，容易倒伏；若只有大風(fēng)而無降水伴隨，危害較輕。稻、麥等作物葉片被風(fēng)刮破后，將影響光合作用，產(chǎn)量下降，特別在出穗前后，受害最重。對于棉花，在開花期遇有6級以上大風(fēng)，蕾鈴將大量脫落。大風(fēng)還使一些樹木沿年輪而割裂或嚴重彎曲等。臺風(fēng)是我國東南沿海夏秋季節(jié)最主要的災(zāi)害性天氣之一。由于臺風(fēng)巨大的風(fēng)力及其伴隨的暴雨、巨浪和風(fēng)暴潮等惡劣天氣，常帶來風(fēng)災(zāi)、水災(zāi)，造成大片農(nóng)作物倒伏、農(nóng)田淹沒，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場地以及農(nóng)村住所、甚至農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的生命財產(chǎn)遭受巨大的破壞和損失（李瑞英等，2006）。但同時臺風(fēng)也能給受臺風(fēng)影響的地區(qū)帶來充沛的雨水資源，減輕伏早。由臺風(fēng)帶來的狂風(fēng)暴雨不僅會直接毀壞農(nóng)作物，使作物折枝傷根、葉片受損，同時高強度降水會使作物表面長期維持高濕度狀態(tài)，所形成的田間小環(huán)境非常有利于病菌侵入和傳播，極易造成病害的暴發(fā)成災(zāi)。實驗證明，溫度為25~30°C、相對濕度在80%?90%以上時，水稻紋枯病發(fā)生最快。臺風(fēng)還能加劇遷飛性、流行性植物疫病和蟲害的流行與傳播。由臺風(fēng)暴雨所引發(fā)的泥石流、山體滑坡和水土流失等次生災(zāi)害，能使農(nóng)業(yè)耕地遭到泥沙石塊淹蓋，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，影響農(nóng)作物的生長。臺風(fēng)暴風(fēng)引起海面傾斜、海水倒灌，從而導(dǎo)致農(nóng)田受淹，也使農(nóng)用灌溉水受到污染。部分被淹農(nóng)田因長時間受海水浸泡導(dǎo)致土壤中的含鹽量升高（葉旭君，1999，造成土地鹽堿化不利于農(nóng)作物的生長，有的農(nóng)田甚至廢耕（李瑞英等，2006）。含鹽的浪花飛濺到空氣中形成鹽霧，噴灑到植物表面后，對某些敏感性植物將產(chǎn)生傷害。鹽分向植物體內(nèi)滲透的速度夜晚較白天為快，組織結(jié)構(gòu)不很致密的夏葉較春葉為快。損害時間多在4-11月氣溫較高時期，且以落葉樹受害最重。（2）大風(fēng)伴低溫秋、冬季冷空氣南下時形成的大風(fēng)伴隨低溫、干燥天氣，會造成越冬作物異常落葉，抑制花芽分化，花器官發(fā)育不良，結(jié)實量降低或品質(zhì)下降。干冷的寒風(fēng)還加速農(nóng)田蒸發(fā)，加劇干早的危害。華北春旱嚴重的地區(qū)，寒風(fēng)害常常是主要因素之一。寒風(fēng)害常危害柑桔、麥類、油萊等越冬作物。以柑桔為例，寒風(fēng)害的危害主要是：①葉片失水卷曲，葉前緣裂傷，在低溫下根部吸水能力變?nèi)?，基干發(fā)生氣泡進入毛細管中，使水柱斷裂，影響水分輸送，促使葉片含水量的急劇下降；②葉片因大量失水和風(fēng)的機械作用而大量脫落。特別指出的是作物體的損傷和干燥，是相互加強的。③加劇凍害。據(jù)報道，當風(fēng)速每秒增加1米時，可使植株體溫下降1?2°C，在寒風(fēng)下，柑桔有些品種在-4°C左右即可能受凍害；④長期受風(fēng)襲擊，不僅位柑桔樹冠小莖桿細，單株產(chǎn)量也明顯減少。當大范圍強冷空氣活動引起氣溫驟降、風(fēng)速急劇增大時的天氣過程稱為寒潮。根據(jù)中國氣象局制定的寒潮標準，凡一次冷空氣入侵，除有一定程度的降溫幅度，還需滿足陸上伴有大面積5級以上大風(fēng)，近海海面風(fēng)力在7級以上。因此，寒潮不僅具有強降溫特點，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受諸如霜凍、冷害、凍害、冰凍雨雪等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，還能帶來大風(fēng)、風(fēng)沙、沙暴等災(zāi)害性天氣，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常不利。如春播作物遇到寒潮或倒春寒常使葉片凍壞，甚至死苗。寒露風(fēng)災(zāi)常發(fā)生在中國南方的秋季，也是一種典型的低溫風(fēng)害。長江中游的一些地方稱它為“社風(fēng)”，長江下游稱之為“翹稻頭”。秋季，當南方正在孕穗、抽穗、開花及灌漿階段的晚稻遭受低溫風(fēng)害時，會嚴重影響晚稻結(jié)實和其他秋作物的正常成熟，形成“殺青”，造成減產(chǎn)（李月英等，2009。（3） 大風(fēng)伴高溫每年五、六月間，當華北地區(qū)小麥處于揚花灌漿期時，如遇高溫低濕并伴有一定風(fēng)力的天氣，會使小麥遭受干熱風(fēng)災(zāi)害，對小麥產(chǎn)量形成極為不利。干熱風(fēng)強烈破壞植株水分平衡和光合作用，導(dǎo)致小麥提前枯熟，籽粒秕瘦，粒重明顯下降，嚴重減產(chǎn)，華北地區(qū)稱之為“殺麥刀”。而在長江中下游平原，梅雨結(jié)束后天氣晴干，偏南干熱風(fēng)俗稱“火南風(fēng)，”往往伴隨伏旱同時出現(xiàn)，對雙季早稻（或中稻）抽穗揚花不利。在中國大小興安嶺、太行山，冬季來自西伯利亞的冷空氣翻越山脊沿著背風(fēng)面山坡傾瀉而下時，氣流絕熱下沉，就會形成又熱又干的焚風(fēng)。強大而持久的焚風(fēng)，使沿途草木、莊稼迅速變黃干枯，葉子紛紛脫落，造成高溫逼熟、干旱或火災(zāi)。焚風(fēng)有弊也有利，初春的焚風(fēng)可使山區(qū)積雪融化，有利灌溉。（4） 季風(fēng)我國每年夏季風(fēng)強弱程度不同，在華南、華中、華北、東北停留時間長短也不一樣，因而對某一地區(qū)雨量的多寡影響很大。夏季風(fēng)強盛的年份華北多雨，華中、華南偏旱；相反，夏季風(fēng)較弱的年份，華北偏旱，華中、華南偏澇，均會在不同程度上影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟損失。風(fēng)沙害風(fēng)沙害是因風(fēng)沙活動或風(fēng)沙現(xiàn)象引起的風(fēng)沙天氣災(zāi)害，出現(xiàn)時大風(fēng)挾帶大量沙塵，按一定路徑移動擴散，造成空氣渾濁、能見度顯著降低，對地表物質(zhì)有侵蝕、搬運和堆積作用。對農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害主要包括流沙埋沒農(nóng)作物、耕地甚至村莊，侵蝕土壤、降低土壤肥力，淤塞水庫、河道和水井等。作物長期遭受風(fēng)沙害，會使根系暴露，影響生長發(fā)育，最終影響產(chǎn)量，且禾本科作物減產(chǎn)量大于闊葉的大豆。風(fēng)沙害的危害程度因作物生長發(fā)育的不同階段而異，如高粱、冬小麥和大豆在出苗后7?14d遭受風(fēng)沙害，作物干物質(zhì)損失最嚴重；在出苗7d以內(nèi)的小苗，因其依靠子葉或胚乳提供養(yǎng)分，故影響較?。划斨仓觊L大后，由于莖稈變得粗壯且總?cè)~數(shù)增多，莖葉之間有較好的支撐和保護作用，受風(fēng)沙害影響程度較輕。風(fēng)沙害還可影響作物發(fā)育期，能使冬小麥抽穗延遲3~7d，大豆初花期延遲7~14do根據(jù)風(fēng)沙物質(zhì)成分和強度，可將風(fēng)沙天氣分為浮塵、揚沙和沙塵暴。浮塵和揚沙是大風(fēng)挾帶大量地面塵土或沙粒，在空中浮游，造成空氣渾濁，水平能見度不少于1000m的天氣現(xiàn)象；沙塵暴則是強風(fēng)挾帶大量地面塵土或沙粒，在空中浮游，造成空氣特別渾濁，水平能見度下降到1000m以下的天氣現(xiàn)象。沙塵暴的影響范圍和危害程度遠比浮塵和揚沙大，嚴重的沙塵暴直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通和人民的健康和生活，因此近些年受到公眾和各級政府領(lǐng)導(dǎo)的高度關(guān)注。我國“南有臺風(fēng)，北有沙塵暴”，沙塵暴多發(fā)生在西北、華北大部、青藏高原和東北平原西部地區(qū)。沙塵暴的多少不僅與其源地的風(fēng)有關(guān)，還與氣溫、降水、干燥度等氣象要素有關(guān)，同時還與陸面裸露狀況以及沙化、荒漠化程度等有關(guān)。它的形成與地球溫室效應(yīng)、厄爾尼諾現(xiàn)象、森林銳減、植被破壞、物種滅絕、氣候異常等有不可分割的聯(lián)系。沙塵暴對農(nóng)業(yè)的直接危害往往是在很短的瞬間里，由靜風(fēng)或小風(fēng)，突然轉(zhuǎn)為10m/s以上的大風(fēng)，與狂風(fēng)突起的同時，飛沙走石，水平能見度急劇減小，往往造成戶外活動的人畜傷亡。沙塵暴還常常對農(nóng)田水利設(shè)施造成嚴重破壞，如泥沙侵入水庫、埋壓溝渠等。與沙塵暴相伴的大風(fēng)本身就具有強大的破壞力，導(dǎo)致莊稼倒伏、房屋建筑物損毀等。沙塵暴天氣還引發(fā)眾多的次生災(zāi)害，如附著在農(nóng)作物葉面上的塵土直接減弱植物的光合作用和呼吸作用，嚴重阻礙作物的生長；鄰近沙漠地區(qū)的農(nóng)田被流沙掩埋，甚至農(nóng)作物連苗帶土一起被狂風(fēng)吹走（黃健民等，2005。風(fēng)蝕風(fēng)蝕是地表松散物質(zhì)被風(fēng)吹揚或搬運的過程，以及地表受到風(fēng)吹起顆粒的磨蝕作用。干燥的土壤和地表上空相對穩(wěn)定的風(fēng)力是發(fā)生嚴重風(fēng)蝕的主要條件。風(fēng)蝕主要發(fā)生在干旱、半干旱氣候區(qū)和遭受周期性干旱的濕潤地區(qū)，對當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一個嚴重的威脅，耕地如無防風(fēng)設(shè)施，很易受到風(fēng)蝕，形成風(fēng)蝕沙地，嚴重風(fēng)蝕可造成土地沙漠化或荒漠化。土壤風(fēng)蝕的程度由風(fēng)速、地表土壤物理性質(zhì)和地表覆蓋及粗糙度狀況決定，還與風(fēng)的侵蝕性和土壤或巖石的抗蝕性有關(guān)。在農(nóng)田，大風(fēng)可把肥沃土壤的顆粒吹走，使表層土壤剝蝕，種子裸露或被吹走缺苗，甚至使作物干枯死亡。在冬季，對于休閑地或種有冬麥等覆蓋度較小的田地，表土剝蝕現(xiàn)象更為嚴重。在干旱氣候條件下，氣溫的日、年較差都很大，使巖石的物理風(fēng)化作用非常劇烈，加上鹽化作用，巖石崩解而變得疏松，也給風(fēng)蝕破壞提供了條件。另外，沙塵暴天氣會給沙塵源地和影響區(qū)帶來不同程度的風(fēng)蝕危害，風(fēng)蝕深度可達1?10cm。據(jù)估計，我過每年由沙塵暴產(chǎn)生的土壤細粒物質(zhì)流失高達106噸以上，其中絕大部分粒徑在10“m以下，對源區(qū)農(nóng)田和草場的土地生產(chǎn)力造成嚴重破壞。風(fēng)傳播病蟲害、污染物風(fēng)與農(nóng)作物病蟲害的關(guān)系主要表現(xiàn)為：①風(fēng)是作物某些病蟲害侵染循環(huán)的必要外界條件；②風(fēng)能作為病蟲害傳播的載體，引起作物病蟲害蔓延。風(fēng)可將病原菌作遠距離輸送，如小麥銹病孢子在春季偏南風(fēng)吹送下向北方傳播，到冷涼地區(qū)越夏；秋季隨偏北氣流吹向南方冬暖區(qū)，造成危害。一些成蟲或蟲卵常借助風(fēng)而遷飛到另一地區(qū)為害，如粘蟲、稻飛虱等害蟲，每年春夏季節(jié)隨偏南氣流北上，在那里繁殖，入秋后又隨偏北風(fēng)南遷越冬，所以大風(fēng)過后往往使蟲害大面積發(fā)生。③大風(fēng)造成的植物機械損傷，為病原菌從傷口進入植物體或害蟲寄生提供了條件。大風(fēng)過后，稻白葉枯病、胡麻葉枯病及稻瘟病常大面積發(fā)生。風(fēng)對污染物有整體輸送作用，也即是將污染物吹到污染源的下風(fēng)方，形成污染源下風(fēng)方的污染區(qū)，危害區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。另一方面，風(fēng)對污染煙氣起到?jīng)_淡稀釋的作用。在污染源排放速率不變時，靜風(fēng)和低風(fēng)速（W3m/s）容易造成嚴重的大氣污染（污染物滯留），當風(fēng)速較大（6m/s）時，則情況往往與此相反（稀釋）。所以，南京2-5月，月平均風(fēng)速偏大的月份污染濃度偏低；10-12月，月平均風(fēng)速偏小的月份，污染濃度偏大（周曾奎等，1999）風(fēng)還傳播雜草種子，擴大繁殖區(qū)，也是風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利的方面。防風(fēng)固沙措施風(fēng)就像一把雙刃劍，強度適中的風(fēng)會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來無限生機，但各種由大風(fēng)所引發(fā)的極端災(zāi)害性天氣又會使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至其他各行各業(yè)、人民生命財產(chǎn)安全蒙受巨大損失，并對生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞，影響國民經(jīng)濟的長期可持續(xù)發(fā)展。如何趨利避害，減輕風(fēng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響，做到防御先行，防抗結(jié)合是農(nóng)業(yè)防風(fēng)的基本思路，也是農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)工作的重要內(nèi)容。根據(jù)目前發(fā)展狀況，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點出發(fā)，防風(fēng)固沙措施主要包括以下幾方面內(nèi)容：（1） 從加強農(nóng)作物自身對抗風(fēng)害能力的角度出發(fā)，根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c，選育種植抗風(fēng)作物和品種，苗期促進根系和莖稈發(fā)育，提高抗風(fēng)能力。如經(jīng)常受干熱風(fēng)危害的地區(qū)，可引進和選育豐產(chǎn)、早熟、抗旱、抗銹、抗干熱風(fēng)品種；適時早播、早栽，加強田間管理，盡可能避開或減輕干熱風(fēng)的威脅；灌漿期可采用化學(xué)措施，防御干熱風(fēng)，如小麥可噴灑磷酸二氫鉀和草木灰水等，生產(chǎn)實踐證實有一定效果。經(jīng)常受焚風(fēng)危害的地區(qū)，也可參考以上做法（李月英等，2009）。對農(nóng)作物來說，一般生長矮壯、節(jié)間粗短、不易落粒的禾谷類作物比高大、纖弱、易于落粒的作物或品種抗風(fēng)能力強。深根的、主要產(chǎn)品埋藏在地下部分的較淺根的、產(chǎn)品耐風(fēng)。對樹木而言，材質(zhì)堅硬、根系深的樹種，抗風(fēng)力強；根系淺、材質(zhì)脆軟、樹冠大或易感染心腐病的樹種，易遭風(fēng)折以至風(fēng)拔。（2） 改善栽培措施，實現(xiàn)田間科學(xué)管理。適度深耕可以加深根系的活動層，有利于支撐植株的地上部分。培土可以降低植物的重心，加固根部土壤而加強抗風(fēng)力。大風(fēng)來臨前不宜灌水，因灌溉后土壤松軟，易于倒伏，可采用溝灌、隔行溝灌等先進的灌水方法，適時合理灌溉，以改善農(nóng)田小氣候，這對于緩解無論由干風(fēng)、熱風(fēng)還是寒流造成的危害都是有幫助的。如水稻栽培上的灌水護秧不僅御寒，也能防止大風(fēng)的有害影響。合理密植，保證植株間互相倚靠，有利抗風(fēng)。冬季在田間留茬、摻雜粘土或撒播膨潤土、灑水壓實等，既可以降低風(fēng)速，又可蓄水保墑，防止風(fēng)蝕。另外，支撐防風(fēng)是果園菜園普遍應(yīng)用的防風(fēng)措施。（3） 重視災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)警，防患未然。目前全球已廣泛應(yīng)用氣象衛(wèi)星等高科技手段開展各類大氣環(huán)流狀況的探測和預(yù)警業(yè)務(wù)，我國有完整的臺站網(wǎng)和密度較大的氣象監(jiān)測網(wǎng)，可以實現(xiàn)災(zāi)害性天氣的準確監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警服務(wù)，這為積極防御風(fēng)害，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案爭取了時間。農(nóng)作物種植區(qū)通過各種新聞媒體接收到預(yù)警信息后，需注意提前加固大棚等農(nóng)業(yè)設(shè)施，牧區(qū)注意選擇避風(fēng)場所，看住牲畜，沿海漁船及時回港避風(fēng)。（4） 根據(jù)風(fēng)沙運動規(guī)律及其動力過程，構(gòu)建防風(fēng)固沙的物理隔離屏障，如營造防風(fēng)林帶、設(shè)置風(fēng)障、防風(fēng)籬等，以此消弱近地表風(fēng)速，減少風(fēng)沙流輸沙量，延緩或阻止沙丘前移，直接保護作物免受風(fēng)害。國外從上世紀30年代，就開始將地形和工程設(shè)施結(jié)合，采用高立式塑料網(wǎng)方格、水泥條格狀沙障、噴灑原油、乳化石油、高分子聚合物等措施防治風(fēng)沙，風(fēng)洞試驗和野外觀測試驗均證明各種前沿阻沙措施確實能起到降風(fēng)阻沙的作用，并可以在一定程度上增加地表粗糙度，抑制風(fēng)蝕（韓致文等，2004。設(shè)置防風(fēng)籬是小范圍防風(fēng)的主要方法，有占地少，興建方便的優(yōu)點。它的防風(fēng)效應(yīng)主要取決于籬高、作物離籬的遠近及被保護作物的株高、抗風(fēng)性、密度、當?shù)厥⑿酗L(fēng)向的穩(wěn)定程度等，一般可保護籬高30倍范圍內(nèi)的作物免受風(fēng)害。在山區(qū)和丘陵地區(qū)，選擇背風(fēng)向陽的山坡，直接利用既有的樹林是減輕風(fēng)害的簡便而有效的措施。（5）提高對防風(fēng)固沙重要性的認識，群策群力，將防御風(fēng)沙災(zāi)害納入到國家和地方政府減災(zāi)與環(huán)境管理體系。貫徹國家防沙治沙工作戰(zhàn)略方針，全面調(diào)整與優(yōu)化風(fēng)沙災(zāi)害發(fā)生與影響區(qū)域的土地利用格局，提高城鄉(xiāng)區(qū)域植被覆蓋度。成功實踐證明，將旱耕地地區(qū)的免耕法和水澆地地區(qū)的草田輪作法，以及放牧草地地區(qū)的舍飼畜牧法等，與退耕還草、植樹造林、建立防風(fēng)屏障等措施相結(jié)合，可以有效抑制沙塵暴，阻止土壤沙化及荒漠化，保護生態(tài)環(huán)境安全建設(shè)用地。防沙治沙應(yīng)分區(qū)治理，長遠規(guī)劃，根據(jù)不同保護對象，采取不同的保護措施。城區(qū)的重點是土地的綠化和硬化；郊區(qū)的重點是調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效農(nóng)業(yè)；周邊地區(qū)的重點是退耕還林還草，提高植被覆蓋率，涵養(yǎng)水源、恢復(fù)生態(tài)。草原帶防沙治沙的重點是：一是禁耕禁墾；二是改良草地，圍欄輪牧，提高草地生產(chǎn)力；三是以草定畜，大幅度降低單位草地的載畜量，培育優(yōu)良畜種，提高家畜個體生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益；四是大力推廣“公司+農(nóng)戶”發(fā)展產(chǎn)業(yè)化畜牧業(yè)的模式。我國北方農(nóng)區(qū)與天然草地牧區(qū)接壤的農(nóng)牧交錯帶要以退耕還林還草為重點?；哪G洲帶要以建立城市、道路、綠洲生態(tài)屏障為重點（史培軍等。農(nóng)業(yè)氣象學(xué)原理之適應(yīng)未來氣候變化的農(nóng)業(yè)對策氣候變化的事實、原因及未來趨勢預(yù)測1.1氣候變化的事實以全球變暖為主要特征的氣候變化已經(jīng)成為國際公認的事實，是全球變化科學(xué)領(lǐng)域的核心(于貴瑞，2006。根據(jù)IPCC(2007)第四次評估報告，1906?2005近百年間全球氣溫上升了0.74°C；冰原積雪融化使1961~2003年間海平面上升速度為每年1.8mm,其中1993?2003年間上升速度為每年3.1mm(盡管還未確定近期較快的上升速度是長期趨勢還是自然變化);1978年以來的衛(wèi)星資料顯示，北極海冰面積正在以平均每十年2.7%(2.1%?3.3%)的速率退縮，夏季海冰退縮更快，每十年7.4%(5.0%?9.8%)，南北半球的山地冰川和積雪平均面積也呈現(xiàn)退縮趨勢，見圖5.8。0.5500+0321850g0.0-100-15019001950200014.5?(30.5500+0321850g0.0-100-15019001950200014.5?(3)±球平均溫度(b)全球平均海乎面高度2)北半球積雪面積圖5.8溫度、海平面和北半球積雪變化(資料來源于IPCC,2007)全球平均溫度：近百年(1906?2005年)全球地表平均溫度上升了0.74；近150年最暖的12年中有11年出現(xiàn)在1995?2006年間。全球平均海平面高度：20世紀全球海平面上升為0.17m,1961~2003年平均上升速率約為1.8mm/年，1993~2003年平均上升速率約為3.1mm/年。北半球積雪面積：全球大部分地區(qū)積雪融化退縮，特別是在春夏兩季；近40年北半球積雪顯著退縮(11?12月除外)，在20世紀80年代變化明顯。由于受氣候變暖影響，氣候系統(tǒng)的其他方面也已發(fā)生相應(yīng)的變化。1900~2005年期間，已經(jīng)觀測到全球大陸地區(qū)，尤其是中高緯度地區(qū)降水增加，非洲等一些地區(qū)降水減少。自20世紀70年代以來，全球受干旱影響的面積可能已經(jīng)擴大。大部分大氣—海洋環(huán)流模式預(yù)估，在未來偏暖的氣候中，在北半球中、高緯度的大部分地區(qū)，夏季的干燥和冬季的潮濕將增加。夏季干燥表明存在更大的干旱風(fēng)險，同時由于偏暖的大氣具有較高的持水能力，所以在存在干旱風(fēng)險的同時，出現(xiàn)強降水和洪水的機遇也將增加。IPCC(2007)第四次評估報告中因此結(jié)論性斷言，在未來偏暖的氣候中，極端事件的頻率、強度和生命期長度將發(fā)生變化，譬如酷熱日數(shù)、熱浪和暴雨事件會趨于頻繁，而寒冷日數(shù)將減少。天氣和氣候極端事件出現(xiàn)的頻率和強度增加，將給社會、經(jīng)濟和人民生活造成嚴重的影響和損失。據(jù)聯(lián)合國有關(guān)方面估計，1991~2000年的10年間，全球每年平均受到氣象災(zāi)害危害的人數(shù)為2.11億，是因戰(zhàn)爭沖突而受到影響人數(shù)的7倍，造成每年約500~1000億美元的財產(chǎn)損失。最新統(tǒng)計表明，20世紀90年代世界范圍發(fā)生的全球氣候變化以及相關(guān)的極端氣候事件所造成的經(jīng)濟損失比20世紀50年代平均上升了10倍。在全球氣候變暖的大背景下，我國近百年的氣候也發(fā)生了明顯的變化，根據(jù)我國2007年6月發(fā)布的《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》，有關(guān)中國氣候變化的主要觀測事實包括：近百年來，中國年平均氣溫升高了0.5?0.8°C，略高于同期全球增溫平均值，近50年變暖尤為明顯。從地域分布看，西北、華北和東北地區(qū)氣候變暖明顯，長江以南地區(qū)變暖趨勢不顯著；從季節(jié)分布看，冬季增溫最明顯，從1986?2005年，中國連續(xù)出現(xiàn)了20個全國性暖冬。近百年來，中國年平均降水變化趨勢不明顯，但區(qū)域降水變化波動較大。中國年平均降水量在20世紀50年代以后開始逐漸減少，平均每10年減少2.9mm,但1991?2000年略有增加。從地域分布看，華北大部分地區(qū)、西北東部和東北降水量明顯減少，平均每10年減少20?40mm,其中華北地區(qū)最為明顯；華南與西南地區(qū)降水明顯增加，平均每10年增加20?60mm。近50年來，中國主要極端天氣與氣候事件的頻率和強度出現(xiàn)了明顯變化。華北和東北地區(qū)干旱趨重，長江中下游地區(qū)和東南地區(qū)洪澇增加。1990年以來，多數(shù)年份全國降水量高于常年，出現(xiàn)南澇北旱的雨型，干旱和洪水災(zāi)害頻繁發(fā)生。近50年來，中國沿海海平面年平均上升速率為2.5mm,略高于全球平均水平。中國山地冰川快速退縮，并有加速趨勢。1.2氣候變化的原因及未來趨勢預(yù)測一般，引起全球氣候變化的原因可歸納為自然和人為兩個方面。自然原因主要包括太陽活動、火山活動、氣候本身的自然變率以及海洋、陸地表面性質(zhì)差異，而溫室氣體和氣溶膠排放、土地利用方式改變以及城市化是引起氣候變化的主要人為原因。自20世紀中葉以來，大部分已觀測到的全球平均溫度的升高很可能(90%)是由于觀測到的人為溫室氣體濃度增加所導(dǎo)致。若溫室氣體以當前的或高于當前的速率排放將會引起21世紀進一步變暖，并會誘發(fā)全球氣候系統(tǒng)中的許多變化，這些變化很可能大于20世紀期間所觀測到的變化(IPCC,2007)。預(yù)計21世紀全球氣溫將升高1.1?6.4C，最可能升高1.8?4.0C,陸地上和北半球大部分高緯度地區(qū)變暖幅度最大，南半球海洋地區(qū)和北大西洋部分地區(qū)變暖幅度最??；高緯度地區(qū)降水很可能增加，大部分亞熱帶陸地區(qū)域降水可能減少，延續(xù)了近期所觀測到的降水分布型態(tài)的變化趨勢；氣候變暖將導(dǎo)致區(qū)域尺度積雪面積縮小，大部分多年凍土區(qū)域的融化深度增加，海冰面積退縮，全球海平面將上升18?59cm，到21世紀后半葉，北冰洋夏季后期的冰幾乎全部消失；熱極端事件、熱浪以及強降水等極端事件的頻率很可能增加；溫帶風(fēng)暴路徑向極地推移，造成風(fēng)、降水和溫度型態(tài)的變化。20世紀以來中國氣候變化原因復(fù)雜，需要更深入研究。較多證據(jù)表明，20世紀中國氣

候的明顯變暖可能與人類排放溫室氣體和氣溶膠有聯(lián)系，尤以后50年人類排放溫室氣體對變暖的影響更明顯。近100多年來中國的氣候變暖與氣候系統(tǒng)內(nèi)部各圈層的相互作用，如北極濤動（AO）、東亞季風(fēng)、海氣相互作用等有關(guān)的因子的影響不容忽視。研究表明，近20余年中國南澇北旱的特點可能與海溫變化、東亞季風(fēng)變化有密切聯(lián)系，同時，還可能與人類活動，如部分地區(qū)荒漠化及人類排放黑碳氣溶膠等有聯(lián)系。CO2年排放量不斷增長，未來20?100年中國地表氣溫將明顯增加（丁一匯等，2006）。2020年全國年平均氣溫將比1950s升高1.68氣候向暖干的趨勢發(fā)展（李明志等，2003）。至21世紀末，中國氣候變暖范圍在3?5°C之間，年降水量增加11%?17%；北方增溫幅度大于南方，降水的增加也主要集中在北方；冬季明顯變暖，冬、春季降水顯著增加（江志紅等，2008；劉彥隨等，2010）。表5.2中國21世紀氣候變化的檢測和21世紀人類排放對氣候變化影響的預(yù)估（轉(zhuǎn)引自丁一匯，2007）氣候現(xiàn)象觀測20世紀氣候變化模擬20世紀氣候變化預(yù)估21世紀氣候變化地表氣溫變暖趨勢：0?4°C(100a)-10?8C(50a)-1中國北方明顯變暖0.8C(100a)-10.5~1?1°C(100a)-10?7~1?2C(50a)-1中國北方明顯變暖0?5~1?8°C(100a)-13?0~5?0°C(100a)-1中國北方非常明顯變暖4?5~7?5°C(50a)-1最高溫度增加趨勢：0?5C(50a)-10?5°C(50a)-14?1~5?0°C(100a)-1最低溫度增加趨勢：1?4C(50a)-10?7°C(50a)-14?1~4?9°C(100a)-1變暖其他證據(jù)自1986年以來,17個暖冬,中國部分地區(qū)炎熱夏季時段增長自1986年以來，12個暖冬，1993-2002年9個暖夏21世紀與1961-1990年相比,有98~99個暖冬，并且有100個熱夏降水變化趨勢：3%(99a)-1(-14%~21%)(100a)-1(-6%~29%)(50a)-1(11%~17%)(100a)-1洪澇和干旱型近25年長江流域頻繁發(fā)生洪澇，華北持續(xù)干旱1976-2000年與1961-1990相比，長江流域多水，華北干旱西北偏濕10%~20%，東北偏濕15%~25%，華南多水10%~15%，長江口偏干0%~-2%，華北偏干大雨和暴雨日數(shù)長江流域和新疆增加，北方減少長江流域和南方部分地區(qū)增加，西北和東北部分地區(qū)增加，遼西部分地區(qū)減少影響中國的年總臺風(fēng)與熱帶氣旋數(shù)減少：-3.9個(50a)-1(1951-2000)減少：-3.0個(50a)-1(1951-2000)減少：-5.4~-9?5個（100a）-1強度無變化東亞冬季風(fēng)略減弱：-0.02(111a)-1(指數(shù)，1890-2000)減弱：-0.10(111a)-1(指數(shù)，1890-2000)減弱：-0.05~-0.23(100a)-1(指數(shù)，2001-2100)東亞夏季風(fēng)減弱：-0.33(111a)-1(指數(shù)，1890-2000)減弱：-0.08(111a)-1(指數(shù)，1890-2000)加強：0.13~0.21(100a)-1(指數(shù)，2001-2100)未來氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響氣候始終是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的決定性因素，因此，在人類的各項經(jīng)濟活動中，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受全球氣候變化影響最直接、最大。未來大氣溫室氣體增多，經(jīng)由溫室效應(yīng)而使氣候變暖、變干或變濕后，氣候變化將通過溫度與降水變化的綜合作用使光、溫、水、土、氣、生等農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)要素發(fā)生變化，對農(nóng)作物的生長發(fā)育產(chǎn)生復(fù)雜影響，進而對農(nóng)業(yè)種植制度、病蟲害防治、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力及農(nóng)業(yè)管理等產(chǎn)生影響(見