农业气象学原理

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1、农业气象学原理第一章 绪论1 生物有机体的生长发育和产量形成生物体的全部生命过程，既存在它内部生命活动的矛盾，出存在它与外界自然环境的矛盾， 这些矛盾构成一个辩证的统一整体，生物体的生命活动就是这些矛盾作用下的结果。生物有机体发展的内因充满着各种矛盾，同化和异化则是基本矛盾，贯穿于生命活动的始终。 生物有机体生长发育的外因也是一个复杂的外部矛盾的总体，既有不同的外界自然因子如土 壤、气候、地形地势等与生物有机体的矛盾，又有外界人为因素如农业措施，社会经济条件 条件等与其生育的矛盾，外部矛盾是生物体发展的条件，它和内部矛盾一起，影响生物体发 展的进程，参与决定生物体发展的性质和方向。2、农业生产

2、与气象条件 在影响农业生产的外界自然环境的诸因子中，气象因子是十分重要的，它是动植物生活所必 需的基本因子。农业生产的一个特点是地域性和季节性都很强，发展农业生产，必须“因时因地制宜”，所 谓时，实际是指气象条件，说明气象条件对农业生产的重要意义。我国农业生产的优良传统之一，就是推行精耕细作技术体系，这也是我国农业生产一个显著 特点。3、农业气象学的定义 农业气象学是研究农业生产与气象条件的相互关系及其规律的科学，它是根据农业生产的需 要，运用农学和气象科学技术来不断揭示和解决农业生产中的农业气象问题，以谋求合理利 用气候资源战胜不利气象因素，促使农业发展的实用性学科。农业气象学的研究对象不能

3、单指生物体及其生产过程，也不能单指生物体所处的气象环境， 而是生物体与气象条件两者相互作用的规律及其影响，一方面研究农业生产对气象条件的要 求和反应，气象条件对农业生产的影响；同时，另一方面也研究农业生产对气象条件的影响。4、农业气象学的主要内容大体可归纳为以下几个方面（一）农业气象基本方法与理论的研究（二）农业小气候研究（三）农业气象灾害规律及防御措施的研究（四）农业气候资源分析及其开发利用研究（五）农业气象情报、预报方法研究与服务（六）因地制宜开展专业气象研究和服务第二章 太阳辐射与农业生产1、光是生物体生命活动的能量源泉 到达地球上的太阳辐射就其最主要的作用而言是产生光合效应、热效应和光

4、的形态 效应。西曼等认为地球生物圈内的光辐射的生物学效应可分为：（1）有机物质的组成，其中包括光合作用，维生素D和花青甙的形成；（2）物质输送，其中包括染色、红斑病的形成和杀菌作用（3）刺激作用，其中包括光周期现象、向光性、趋光性、感光性、光发芽 和暗发芽，光形态形成以及叶脉与分泌腺的刺激作用。2、植物单叶的光学特性（） 叶片对光的反射、透射和吸收投射于叶面的太阳辐射可分反射、吸收和透射三部分，反射由外反射和内反射两部 分构成，外反射是叶片表皮层与空气的界面所发生的反射现象，内投射是反射到叶子内部，又从投射一侧返回空气中的辐射。反射率R,透射率T和吸收率A有如 下关系：R+T+A=l所谓透光率

5、，就是农田中各高度的照度与农田上方（对照点）照度的比值，常用小 数或百分数表示，也称相对照度。太阳光能中的可见光、红外线和紫外线到达地面上的比例虽因季节、纬度、地势和 气象条件等而有不同，但大体上可见光约占 4555%，红外线 5060%，紫外线 仅占 05%。植株叶子在吸收太阳光后能量平衡的粗略计算（1）、能量用于光合作用（ 2）、能量用于叶子向周围环境散热（3）、余下的能量转化为热能，可使623640 克的水分蒸腾，并在光合作用中形 成约 1 克干物质。粗略地说，光合有效辐射约占太阳总辐射的 50%。3、植物的光周期现象 光周期现象是指植物生长发育对昼夜长短的不同反应，即白天光照和夜晚黑暗

6、的交替与它们 的持续时间对植物开花有很大的影响，称为光周期现象。 自然界中很多植物的开花对光照长度非常敏感，有的只有在光照长度超过一个临界值（临界 光长）时开花，否则停留在营养状态，这类植物称为长日性植物，有的植物只在光照长度短 于一定临界值时开花，这类植物称为短日性植物。中日性植物是指当昼夜长短的比例接近于 相等时才能开花的植物。中间型植物是指开花受光长的影响较小，只要其它条件适合，在不 同的光长下都能开花。植物分成短日或长日性类型，需要有一个客观的光照时数标准，长日性植物光长不能短于这 个界限长度，而短日性植物相反，不能长于这个界限长度，短于或长于这个长度，短日性植 物都不能开花结实，而始

7、终保持营养生长状态，这个界限长度即为临界光照长度。4、光照强度及其对植物的影响光饱和现象：在一定的光照强度范围内，并在植物生长适宜的外界条件下，光合强 度随着光照强度的增强而增强，当光强超过一定限度时，光强再增大，光合强度并 不相应增强，它以一个最高值为渐近线而不再上升，这种现象称为光饱和现象，光 光合作用曲线大体呈双曲线型。5、光饱和点：光强增强时，光合量也增加。光强达到一定强度时，光合量不再增 加，这种现象如前所述，称为光饱和现象，这个光的临界点称为光饱和点。6、植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光强值称为补偿点，在这一光强下， 光合作用制造的产物与呼吸作用消耗的产物相等，在光补偿点以上

8、，植物的光 合作用超过呼吸作用，可以积累有机物质，在光补偿点以下，植物的呼吸作用 超过光合作用，此时非但不能积累有机物质，反而要消耗贮存的有机物质，如 长时期在光补偿点以下，植物将逐渐枯黄以至死亡。对于水稻、小麦等C3植物，光饱和点为35万勒克斯，C4植物的光饱和点一般 比 C3 植物高。作物群体的光饱和点和光补偿点均较单叶为高。.光照量度就是每昼夜植物所获得的光照能量的总和。.到达地球表面的太阳辐射大致分为三部分，紫外辐射、可见光及红外辐射。7、可见光各个波段的作用真正对有机物合成和产量有实际意义的，只是400700nm范围内的光，即光合有 效辐射，其中最有效的部分为红橙光和蓝紫光。蓝紫光部

9、分为400510nm之间。这是一个强的叶绿素吸收带和强的黄色素吸收带，它的效率虽只及红橙光的一半， 但对于植物的化学成分有强烈的影响，能促进蛋白质和脂肪的合成和数量增加。8、红外线对植物的影响红外线可分为近红外辐射和远红外辐射，两者对植物的影响不同，波长大于1000nm 的辐射为远红外辐射，对于植物无特殊效应，一旦被植物吸收 ，即转换成热能而 不参加光化学反应过程，波长在 1000710nm 之间的辐射是近红外辐射，它是一 个对于植物具有特殊作用的光谱带，虽然伸长效应的光谱区并不准确地符合此带的 范围，但人们已经肯定了这个光谱带的辐射能量对于植物的伸长效应。9、光能利用率的概念与计算 光能利用

10、率是投身到作物表层的太阳光能或光合有交辐射能被植物转化为化学能 的比率。10、影响光能利用率的因素影响植物群体的光能利用率的因子，主要有光合面积、光合时间和光合能力。 （光合面积主要指叶面积）。要使群体有最大的光能利用率，就应求出最适叶面积系数值，大豆的最适叶面 积系数约为 3.2，玉米约为 5.0，小麦约为 6.0 8.8，水稻约为 4.0 7.0。11、光合时间：是指作物在整个生育期间或在全年中利用太阳光能进行光合作用的时间。适当延长植物的光合时间，可以增加体内有机物质的积累而提高产 量，为了延长光合时间 ，农业栽培管理主要从两方面入手，一是延长叶片的 寿命，即延长叶片的功能期，防止叶片早

11、衰，（对禾谷类作物来说，每张叶片 特别是近穗叶片的寿命长短对籽粒产量有极为重要的作用，二是适当延长植物 的生长期，（我国的间作套种是增加光合面积，延长光合时间，从而提高光合 效率的有效措施。12、光合能力：当植物的环境因素处于最佳状态（包括大气中 CO2 的深度为 正常含量）时，植物的最大净光合作用速率称为光合能力。于沪宁等人在威廉 和约瑟夫提出光合生产图解模式的基础上将光合生产的过程分为三个阶段来 剖析，并提出了各阶段限制因素。第一个阶段是能源和原料的输送阶段，光及CO2通过辐射及扩散，进入植物层直 达叶绿素内的光合作用反应中心，并进行再分配；第二个阶段是能量转化阶段，无 机物转化为有机物，

12、光能转化为生物化学潜能；第三个阶段是生物化学阶段，叶子 中初步合成的碳水化合物用于生长发育和转送到其它器官贮藏，或转化为还原程度 更高的化合物。此外，光合作用也依赖于温度、水分等其它外界因子，所以，设法 改善这些生境条件，也能提高植物的光能利用率。各类植物光合作用的最适温度范围不同,C4植物净光合作用的最适温度在30C以 上， C3 植物的净光合作用的最适温度则较低，阳性植物的净光合作用最适温度为 20 30C，耐荫植物比阳性植物为低，一般为10 20C。13、光能利用率的提高14、（一）、增加植物对太阳能的吸收比例，减少透射，反射和漏射损失。（1）、增加群体中光合作用面积，即增加吸收太阳光能

13、的叶面积。合理密植是 充分利用光能、空间、地力、提高植物光能利用密度率的重要措施，合理密植 的关键是栽培密度要合理，既要有一个较大的叶面积系数，但又不能过大。（2）、造成群体中多层立体配置（二）、增加农作物生长的日数，高效地利用全年太阳能进行光合生产，间作 套种能充分利用时间和空间，使田间作物始终有旺盛的群体，保持较高的光能 利用率，间作套种也提高了复种指数，延长了生长季节，较充分地利用了各种 资源，从而提高了光能与土地利用率。间作套种还把单作的间歇用光变为套作 的延续交替用光，生长了群体的光合时间，同时加大了总体光合面积。（三）、改善水、肥、热、气等外界条件，增加光合能力（四）、减少呼吸消耗

14、，增加净光合生产率抑制光呼吸就能减少C02的释放，大大提高光合强度，增加干物质积累，另外， 防止病虫等危害，也是减少光合产物消耗的重要措施。（五）、提高经济系数， 禾谷类作物经济系数大多为0.3_0.4,高的可达0.5，通过育种和先进栽培措 施，经济系数可以提高。从上述五个方面来看，农作物产量实际等于：（光合面积*光合能力*光合时 间）一消耗*经济系数。可称之为光合性能，它是决定农作物产量高低和光 能利用率大小的关键。总之，光是植物生产有机物的能源，农、林、牧业生产的各种产品都是太阳潜 能的表现形态，提高植物的光能利用率，可以发挥农业生产的极大增产潜力。第三章 热量条件与农业生产1、温度表示热

15、量的物理学基础首先，根据热力学原理，热量是传递着的能量，温度是决定一个系统是否与其它系统处 于热平衡的客观标志，其特征在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度，亦即温度 是系统本身内部热运动状态的特征反映，因此，温度的高低可反映了热量的水平，而温 度的也为热量的测量和用温标表示提供了可能。其次，在反映地方气候条件时，用温度 比用热量具有更大的优越性，因为温度既决定于辐射热的大小，还决定于下垫面的条件 及其它的物理和非物理特性，它是一个受综合影响的度量指标。每三，植物生化反应的 速率与温度的关系比用“焦耳”表示的关系更为密切，因为生化反应速率主要决定于活 化分子的数目（浓度），而不是决定于反应物

16、质的平均动能的变化，活化分子数目的变 化则主要依赖于温度的高低。第四，和表示热量的其他物理量相比，温度的测量方法最 为简单，仪器普通，易于普及等，为用温度表示热量提供了方便。2、温度的农业意义 温度作为热量条件的标志，对生物体的影响是多方面的，它影响其生理生态特性，分布、 同化、呼吸及其蒸腾等各生理过程，生长发育与产量形成以及产品的产量与质量等等。 根据温度对作物生理生态特性的影响及作物对温度的要求，可把作物分为喜温作物和耐 寒作物，前者指生长发育的起点温度与全生育期中所要求的温度都比较高，后者指生长 发育的起点与全生育期中所要求的温度相对较低。根据温度寻植物分布的影响及植物对 温度的适应性，也可把植物分成广温植物（植物生长要求的