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1、第一节第一节 小气候的概念及特点小气候的概念及特点 第二节 各种小气候各种小气候第八章第八章 小气候小气候1 小气候是指在相同的大气候特点的背景下，因下垫小气候是指在相同的大气候特点的背景下，因下垫面的影响使近地层和土壤上层的小范围内具有一些面的影响使近地层和土壤上层的小范围内具有一些独特的天气现象和气候特征的现象。独特的天气现象和气候特征的现象。受地面性质、受地面性质、地形、土壤状况、地面覆盖状况及植被发育状况的地形、土壤状况、地面覆盖状况及植被发育状况的影响形成差异较大的小气候，如农田、森林、地形、影响形成差异较大的小气候，如农田、森林、地形、温室等等。温室等等。由于人类的生产活动及农作物
2、生长在近由于人类的生产活动及农作物生长在近地层和土壤的上层，直接受小气候的影响，因此人地层和土壤的上层，直接受小气候的影响，因此人类可以通过改变下垫面的性质，在一定范围内控制类可以通过改变下垫面的性质，在一定范围内控制小气候的变化，使其朝向人类的意愿变化，以便影小气候的变化，使其朝向人类的意愿变化，以便影响作物的产量和品质。例如：城市中合理植树种花，响作物的产量和品质。例如：城市中合理植树种花，绿化庭院，改善城市下垫面状况，可以使城市居民绿化庭院，改善城市下垫面状况，可以使城市居民住宅区或工厂区的小气候条件得到改善，减少空气住宅区或工厂区的小气候条件得到改善，减少空气污染。污染。2 云雾林是热
3、带雨林的一种，在海南岛，泛指海拔较云雾林是热带雨林的一种，在海南岛，泛指海拔较高的山地生长的原始热带雨林。由于云雾林中林木高的山地生长的原始热带雨林。由于云雾林中林木茂密，空气湿度极大，苔藓类和寄生、附生植物发茂密，空气湿度极大，苔藓类和寄生、附生植物发达，终年云雾缭绕，降雨频繁，很多云雾林地区年达，终年云雾缭绕，降雨频繁，很多云雾林地区年降雨量可达降雨量可达25002500毫米以上。毫米以上。特殊的地形和小气候特殊的地形和小气候，造成云雾林中动植物种类繁多，生物多样性极为丰造成云雾林中动植物种类繁多，生物多样性极为丰富，是海南岛生态系统的核心。富，是海南岛生态系统的核心。 在海南佳西保护区云
4、雾在海南佳西保护区云雾林，一只色彩鲜艳的梭林，一只色彩鲜艳的梭德氏棘蛛在蛛网上等待德氏棘蛛在蛛网上等待猎物猎物 3海南佳西保护区云海南佳西保护区云雾林中兰花品种丰雾林中兰花品种丰富，这是羊耳蒜富，这是羊耳蒜 海南鹦哥岭保护区云雾林海南鹦哥岭保护区云雾林中色彩艳丽的大皇蛾，这中色彩艳丽的大皇蛾，这是世界上体形最大的蛾类，是世界上体形最大的蛾类，双翅展开可达双翅展开可达2525厘米以上。厘米以上。 4第一节第一节 小气候小气候一、一、小气候的概念小气候的概念在相同的大气候背景下，在相同的大气候背景下，局部局部地区由于其下垫面性质的地区由于其下垫面性质的不同不同, ,在小范围内形成一种与在小范围内形
5、成一种与大气候不同特点的独特的气候大气候不同特点的独特的气候状况状况, ,通称小气候。通称小气候。 一一、 小气候的概念小气候的概念 51.1.范围较小范围较小 它的垂直尺度大致包括整个贴地气它的垂直尺度大致包括整个贴地气层层 (2m (2m以下以下), ), 水平尺度从几毫米到几十千米或稍大水平尺度从几毫米到几十千米或稍大一些。一些。 2.2.差别大差别大 因因尺度很小尺度很小 , , 局地差异不易被大规模局地差异不易被大规模空气运动所混和空气运动所混和, , 故在垂直方向或水平方向上的气故在垂直方向或水平方向上的气象要素差异很大。象要素差异很大。3.3.稳定性强稳定性强 小气候小气候的规律
6、具有相对的稳定性。的规律具有相对的稳定性。但不同季节和天气类型略有差异。但不同季节和天气类型略有差异。二二、 小气候的特点小气候的特点 6 三、小气候形成的理论基础三、小气候形成的理论基础 小气候的形成，主要决定于下垫面的热量平衡、小气候的形成，主要决定于下垫面的热量平衡、水分平衡、近地层的乱流交换。水分平衡、近地层的乱流交换。（一）活动面（作用面）和活动层（作用层）（一）活动面（作用面）和活动层（作用层） 活动面又称为作用面，是指能借助于辐射作用活动面又称为作用面，是指能借助于辐射作用吸收或放出热量，调节邻近气层和土层温度湿度吸收或放出热量，调节邻近气层和土层温度湿度等要素变化的物质表面。如
7、地面、水面、植物表等要素变化的物质表面。如地面、水面、植物表面等等。面等等。 7 在农田中，进行热量交换的作用面不只是地在农田中，进行热量交换的作用面不只是地表面，而是由地面到作物表面的整个层，把这个表面，而是由地面到作物表面的整个层，把这个层称为层称为作用层或活动层。作用层或活动层。在作物幼苗期，活动面在作物幼苗期，活动面主要是地面，到作物生长旺盛期活动面则主要是主要是地面，到作物生长旺盛期活动面则主要是作物茎叶最密集的面，称为作物茎叶最密集的面，称为外活动面外活动面，此时地面，此时地面称为称为内活动面内活动面。8（二）小气候形成的理论基础（二）小气候形成的理论基础 1 1、活动面的辐射平衡
8、、活动面的辐射平衡： 小气候的形成主要决定于活动面对太阳辐射的小气候的形成主要决定于活动面对太阳辐射的吸收、近地层的乱流交换和土壤热交换。形成小吸收、近地层的乱流交换和土壤热交换。形成小气候差异的因素有测点的坡向、坡度、下垫面的气候差异的因素有测点的坡向、坡度、下垫面的特征、地平的遮蔽程度、天气条件等。特征、地平的遮蔽程度、天气条件等。 辐射平衡是辐射平衡是气候形成的重气候形成的重要因素，也是要因素，也是热量平衡的基热量平衡的基础础影响辐射平衡的因素：影响辐射平衡的因素：纬度、地形、下垫面的性质纬度、地形、下垫面的性质辐射平衡的时空分布：以农辐射平衡的时空分布：以农田活动层为例，田活动层为例，
9、图图8 81 1 表表8 81 1、图图8 82 29 2 2、活动面的热量平衡：、活动面的热量平衡： 对于不同的下垫面，其热量平衡方程的形对于不同的下垫面，其热量平衡方程的形式是相同的，既有乱流热通量、蒸发耗热、土式是相同的，既有乱流热通量、蒸发耗热、土壤热通量，但在农田和森林里，各分量的大小壤热通量，但在农田和森林里，各分量的大小与裸地差异很大。如水稻田的蒸发耗热多，沙与裸地差异很大。如水稻田的蒸发耗热多，沙漠中的乱流热交换则更明显。漠中的乱流热交换则更明显。 表表8 82 2棉花发育期热量平衡分量值棉花发育期热量平衡分量值 10田田间间小小气气候候观观测测仪仪11白沙黄皮果蔗白沙黄皮果蔗
10、 12 和田的千里葡萄长廊和田的千里葡萄长廊-1480-1480公里（相当于公里（相当于北京到长沙）北京到长沙）13 和田县巴格其镇的农民为节省耕地，利用农田道路，将葡和田县巴格其镇的农民为节省耕地，利用农田道路，将葡萄种在道路边上，枝蔓架在道路上方，多占天少占地，取得萄种在道路边上，枝蔓架在道路上方，多占天少占地，取得了明显的社会效益和经济效益。葡萄长廊的建设：一是节约了明显的社会效益和经济效益。葡萄长廊的建设：一是节约了土地。二是经济效益显著。三是生态环境得到改善和保护。了土地。二是经济效益显著。三是生态环境得到改善和保护。改善了农田小气候，美化了农村环境，已成为戈壁绿洲的一改善了农田小气
11、候，美化了农村环境，已成为戈壁绿洲的一大景观。大景观。14第二节第二节 地形和水域小气候地形和水域小气候一、地形小气候一、地形小气候 地形的差异是引起小气候差异的主要原因之一。由地形的差异是引起小气候差异的主要原因之一。由于山脉的走向、坡地的方位、坡度不同，导致各下垫于山脉的走向、坡地的方位、坡度不同，导致各下垫面得到的热量和水分不同，同时由于地形的阻挡作用面得到的热量和水分不同，同时由于地形的阻挡作用使气流运动发生变化，造成山坡和谷地及不同坡地温使气流运动发生变化，造成山坡和谷地及不同坡地温度、湿度、风等要素分布状况的差异，进而直接影响度、湿度、风等要素分布状况的差异，进而直接影响植被的分布
12、和发育状况。我国地形东低西高，山地、植被的分布和发育状况。我国地形东低西高，山地、高原和丘陵约占陆地面积的高原和丘陵约占陆地面积的2/32/3，盆地和平原约，盆地和平原约1/31/3，因此研究地形小气候，可以开发和充分利用山地的气因此研究地形小气候，可以开发和充分利用山地的气候资源。候资源。 15（一）坡地小气候：（一）坡地小气候：1 1、坡地对日照的影响：、坡地对日照的影响： 对于南坡对于南坡，冬半年太阳出没的方位偏南，冬半年太阳出没的方位偏南，南坡南坡的可照时数与水平面相当的可照时数与水平面相当，夏半年由于太阳出没，夏半年由于太阳出没的方位偏北，南坡的可照时数比水平面的少，且的方位偏北，南
13、坡的可照时数比水平面的少，且随坡度随坡度()()的增大而减少。当坡度大于纬度的增大而减少。当坡度大于纬度()()时，则随赤纬时，则随赤纬()()的增加而减小的增加而减小. . 由于地形相互的遮蔽，不同坡地的可照时由于地形相互的遮蔽，不同坡地的可照时数差异很大数差异很大。16 北坡北坡的可照时数在不同季节相差较大。的可照时数在不同季节相差较大。 冬半冬半年北坡的可照时数随坡度的增大迅速减小，其年北坡的可照时数随坡度的增大迅速减小，其可照时数（可照时数（+）纬度上水平面的可照时数相）纬度上水平面的可照时数相当，因此，当，因此，北坡坡度增加北坡坡度增加1 1，对日照的影响相，对日照的影响相当于纬度升
14、高了当于纬度升高了1 1。当坡度大于正午太阳高度当坡度大于正午太阳高度角时，全天处于遮蔽，可照时数为角时，全天处于遮蔽，可照时数为0 0，如北京冬，如北京冬至日正午的太阳高度角为至日正午的太阳高度角为26263333，因此该区域坡，因此该区域坡度大于度大于26263333的北坡冬至日无光照。的北坡冬至日无光照。17 东西坡东西坡上的可照时数都小于水平面上。不论冬半上的可照时数都小于水平面上。不论冬半年和夏半年都随坡度增大而减小，但随赤纬的增大年和夏半年都随坡度增大而减小，但随赤纬的增大而增大，随赤纬的减小而减小。纬度越高，可照时而增大，随赤纬的减小而减小。纬度越高，可照时数年变化越大。数年变化
15、越大。 与水平面相比，坡度和坡向总是减小日照时数与水平面相比，坡度和坡向总是减小日照时数。黄山地形复杂，小气候差黄山地形复杂，小气候差异明显，有的地方多雨凇，异明显，有的地方多雨凇，有的地方多雾凇，有时两有的地方多雾凇，有时两者同时出现者同时出现。182 2、坡地对辐射的影响：、坡地对辐射的影响： 由于坡地日照的差异很大，因此不同坡向由于坡地日照的差异很大，因此不同坡向的辐射的辐射( (主要是直接辐射主要是直接辐射) )分布也相差很大。南分布也相差很大。南坡和北坡坡度的大小，对辐射总量的影响最大，坡和北坡坡度的大小，对辐射总量的影响最大，东坡和西坡的影响最小。东坡和西坡的影响最小。在中纬度地区
16、，南坡在中纬度地区，南坡的坡度增加的坡度增加1 1，相当于水平面的纬度向南移，相当于水平面的纬度向南移1 1，北坡则相当于纬度北移，北坡则相当于纬度北移1 1。即坡度为即坡度为的南的南坡上的可能辐射总量与比其纬度偏低坡上的可能辐射总量与比其纬度偏低度的水度的水平面的辐射总量接近（冬季和夏季因太阳出没平面的辐射总量接近（冬季和夏季因太阳出没的位置不同而不同）。的位置不同而不同）。19 夏半年夏半年偏南坡地上的辐射总量，在低纬度地区（如偏南坡地上的辐射总量，在低纬度地区（如2020N N以南的海南岛）比水平面的少，并随坡度的增大以南的海南岛）比水平面的少，并随坡度的增大迅速减少；中高纬度迅速减少；
17、中高纬度( (如如4040N N以北以北) )地区则比水平面的地区则比水平面的多，在一定限度内随坡度的增大而增多。偏北坡地的多，在一定限度内随坡度的增大而增多。偏北坡地的辐射总量与南坡相反。南北坡的差别在夏季较小辐射总量与南坡相反。南北坡的差别在夏季较小. . 冬半年冬半年偏南坡地上的辐射总量，都比水平面的多，偏南坡地上的辐射总量，都比水平面的多，且在一定坡度以下，纬度越高，坡度越大，增加越且在一定坡度以下，纬度越高，坡度越大，增加越多。偏北坡地上的辐射总量总比水平面的少，并且多。偏北坡地上的辐射总量总比水平面的少，并且随坡度和纬度的增加而迅速减少。随坡度和纬度的增加而迅速减少。20 冬半年南
18、北坡差别明显。东坡和西坡介于南坡和冬半年南北坡差别明显。东坡和西坡介于南坡和北坡之间，差别不大。北坡之间，差别不大。 在不同的区域，有效地利用地形的热量资源，合在不同的区域，有效地利用地形的热量资源，合理布局农作物，使其在生长季节获得足够的能量，促理布局农作物，使其在生长季节获得足够的能量，促进作物早熟，缩短生长期。进作物早熟，缩短生长期。普兰县城位于纳木阿比峰和那尼雪普兰县城位于纳木阿比峰和那尼雪峰之间的孔雀河峰之间的孔雀河( (马甲藏布马甲藏布) )谷地，谷地，地形狭窄，来自孟加拉的湿润空气，地形狭窄，来自孟加拉的湿润空气，在这里形成宜人的高原小气候。气在这里形成宜人的高原小气候。气候温和
19、，降水颇丰，是阿里地区中候温和，降水颇丰，是阿里地区中“雪山环绕的地方。因为有神山，雪山环绕的地方。因为有神山，圣湖而广受旅行者青睐。圣湖而广受旅行者青睐。21 受各坡向辐射总量的影响，各坡向的温度状况受各坡向辐射总量的影响，各坡向的温度状况不同。一般南坡温度比北坡高，西坡比东坡高，西不同。一般南坡温度比北坡高，西坡比东坡高，西南坡高于东北坡。土壤温度的最低值一般出现在北南坡高于东北坡。土壤温度的最低值一般出现在北坡，最高值出现的位置随季节、天气和土壤状况不坡，最高值出现的位置随季节、天气和土壤状况不同而略有变化，一般是西南坡温度最高。同而略有变化，一般是西南坡温度最高。这是因为这是因为受天气
20、条件和土壤湿度的影响，上午的太阳辐射能受天气条件和土壤湿度的影响，上午的太阳辐射能量主要用于地面凝结物和土壤的蒸发，午后的能量量主要用于地面凝结物和土壤的蒸发，午后的能量则主要用于土壤热通量和感热通量。则主要用于土壤热通量和感热通量。 3 3、坡地对温度分布的影响：、坡地对温度分布的影响： 22 各坡地上的气温变化趋势与地温一致，但各坡地各坡地上的气温变化趋势与地温一致，但各坡地气温的差异比地温缓和。且随着离坡地高度的增加，气温的差异比地温缓和。且随着离坡地高度的增加，由于乱流混合作用的加强及天气的影响，坡地对气温由于乱流混合作用的加强及天气的影响，坡地对气温的影响逐渐减小。在阴雨天气条件下无
21、影响。的影响逐渐减小。在阴雨天气条件下无影响。23 另外，坡地对局地的风和降水也都有影响，由于地另外，坡地对局地的风和降水也都有影响，由于地形对气流的阻挡作用，山坡的迎风面和两侧风速大，形对气流的阻挡作用，山坡的迎风面和两侧风速大，背风坡风速小。对降水的影响远没有高大地形的显著背风坡风速小。对降水的影响远没有高大地形的显著 坡地的湿度受温度和热量的影响，一般偏南坡的土温坡地的湿度受温度和热量的影响，一般偏南坡的土温高，蒸发快，土壤干燥；偏北坡温度低，蒸发慢，土壤高，蒸发快，土壤干燥；偏北坡温度低，蒸发慢，土壤潮湿。坡地对空气湿度的影响，由于受天气的影响，与潮湿。坡地对空气湿度的影响，由于受天气
22、的影响，与土壤湿度的分布的趋势略有不同。在比较干燥的条件下，土壤湿度的分布的趋势略有不同。在比较干燥的条件下，偏南坡的空气湿度比偏北坡的小；湿润条件下则相反。偏南坡的空气湿度比偏北坡的小；湿润条件下则相反。阴雨和大风天气差异减小，甚至没有。阴雨和大风天气差异减小，甚至没有。 4 4、坡地对湿度分布的影响、坡地对湿度分布的影响 24（二）谷地小气候（二）谷地小气候 在山区，不同的坡地具有小气候差异外，洼地在山区，不同的坡地具有小气候差异外，洼地和谷地与山顶的小气候也有明显的差异。周围山地和谷地与山顶的小气候也有明显的差异。周围山地对谷地的遮蔽作用，使谷地的日照时数比平地的少，对谷地的遮蔽作用，使
23、谷地的日照时数比平地的少，辐射能也少。同时由于地形的影响，与周围空气的辐射能也少。同时由于地形的影响，与周围空气的热量和水分交换受到很大的限制，与山顶差异较大。热量和水分交换受到很大的限制，与山顶差异较大。25 白天，谷底和谷坡吸收辐射增温，但与周围空旷白天，谷底和谷坡吸收辐射增温，但与周围空旷地段的交换较慢，而坡顶与周围大气交换快，因此地段的交换较慢，而坡顶与周围大气交换快，因此谷地的气温比坡顶高；夜间辐射冷却，特别是晴朗谷地的气温比坡顶高；夜间辐射冷却，特别是晴朗的天气，由于冷空气在谷底的堆积，造成谷底温度的天气，由于冷空气在谷底的堆积，造成谷底温度明显低于坡顶，出现逆温现象，可使山坡上的
24、作物明显低于坡顶，出现逆温现象，可使山坡上的作物不易遭受低温灾害。不易遭受低温灾害。由于谷地的热力差异，常常引由于谷地的热力差异，常常引起局地环流山谷风，在不同季节风速的大小不同。起局地环流山谷风，在不同季节风速的大小不同。26二、水域小气候二、水域小气候 水域是指湖泊、水库及大的江河等，研究这些水域是指湖泊、水库及大的江河等，研究这些小范围水域及其邻近地区的气候特征并应用其为国小范围水域及其邻近地区的气候特征并应用其为国民经济服务的气候学分支称为水域小气候。小水域民经济服务的气候学分支称为水域小气候。小水域和海洋一样有水的热力特性，只不过其影响范围小，和海洋一样有水的热力特性，只不过其影响范
25、围小，远远不及海洋。远远不及海洋。 水域小气候与陆地其它小气候的差异，水域小气候与陆地其它小气候的差异，主要是因主要是因为水体的热力性质与陆地的差异较大为水体的热力性质与陆地的差异较大。受水体的影。受水体的影响，在水体的上方和内部形成独特的小气候。响，在水体的上方和内部形成独特的小气候。27水域气候的主要特征是水域气候的主要特征是: 由于水面对太阳辐射的反射率小，透射率大，由于水面对太阳辐射的反射率小，透射率大，水面获得的辐射能量比陆面多，而且通过传导和对流水面获得的辐射能量比陆面多，而且通过传导和对流将热量贮存于深层水体，起到将热量贮存于深层水体，起到“热汇热汇”作用；冷却时作用；冷却时，它
26、又能通过水下的湍流交换和水面辐射交换及蒸发，它又能通过水下的湍流交换和水面辐射交换及蒸发将热量送回到邻近空气，起到将热量送回到邻近空气，起到“热源热源”作用。因此，作用。因此，水域上方气温变化缓慢。水域上方气温变化缓慢。 水面上蒸发旺盛，空气湿度大，但由于水温升温水面上蒸发旺盛，空气湿度大，但由于水温升温缓慢，水域上方空气稳定，年降水量和云量都减少，缓慢，水域上方空气稳定，年降水量和云量都减少，雷雨云都沿水域周围移动，强雷暴雷雨云都沿水域周围移动，强雷暴( (如冰雹等如冰雹等) )过程越过程越过水域时，强度也减弱，待越过水域一定距离后又逐过水域时，强度也减弱，待越过水域一定距离后又逐渐加强。渐
27、加强。 28 水域的小气候特征，可通过水域和陆地之间的水域的小气候特征，可通过水域和陆地之间的局地环流，进行热量、水汽的交换，影响周围邻近局地环流，进行热量、水汽的交换，影响周围邻近区域，形成有限水域岸边的小气候。区域，形成有限水域岸边的小气候。 有限水域对其岸边的影响与水域的面积、深浅、有限水域对其岸边的影响与水域的面积、深浅、距水域的远近及盛行的风向有关。面积越大、水越距水域的远近及盛行的风向有关。面积越大、水越深影响越大，对下风方向的岸边影响最大。深影响越大，对下风方向的岸边影响最大。 水域表面平滑，空气流动时摩擦力小，因此，水域表面平滑，空气流动时摩擦力小，因此，水域上风速一般比陆地大
28、水域上风速一般比陆地大 29第三节农田小气候第三节农田小气候一、农田中太阳辐射和光能的分布一、农田中太阳辐射和光能的分布1 1、农田中的太阳辐射、农田中的太阳辐射 到达农田植被表面的太阳辐射被植被吸收、散射、到达农田植被表面的太阳辐射被植被吸收、散射、反射。表反射。表8 83 3绿叶对不同波段的平均反射率、透射绿叶对不同波段的平均反射率、透射率和吸收率率和吸收率 农田中的光分布主要决定于作物种类、群体结构、农田中的光分布主要决定于作物种类、群体结构、发育期、栽培方式等因子，同时与太阳高度角有关发育期、栽培方式等因子，同时与太阳高度角有关2 2、农田中光能的分布、农田中光能的分布30比尔朗伯（比
29、尔朗伯（Beer-Lambert)Beer-Lambert)指数定律：指数定律：图图8 84 4小麦群体中不同时间光合有效辐射的小麦群体中不同时间光合有效辐射的垂直分布垂直分布I Iz z = I= I0 0 * e* e-KF-KF I Iz z 为作物层中高度为为作物层中高度为Z Z处的光照度；处的光照度； I I0 0为株顶的为株顶的自然光照度；自然光照度；F F为叶面积指数；为叶面积指数；K K为叶层的消光系数为叶层的消光系数31第六节农田小气候的改良第六节农田小气候的改良 夏半年，随纬度增高，日照时间也愈长，沿东西行夏半年，随纬度增高，日照时间也愈长，沿东西行向株间的照射时间比沿南北
30、行向株间要长，东西行向向株间的照射时间比沿南北行向株间要长，东西行向株间透光率除中午外均比南北行向高，东西向株间气株间透光率除中午外均比南北行向高，东西向株间气温南北行向。冬半年的情况正好相反温南北行向。冬半年的情况正好相反。 一、种植措施一、种植措施1 1、种植行向：、种植行向：结论：结论： 对热量需求突出的秋播作物，应考虑对热量需求突出的秋播作物，应考虑NSNS行向行向 对光照要求较高的春播作物，采取对光照要求较高的春播作物，采取EWEW行向均能获行向均能获得较好的透光条件。得较好的透光条件。 32 生育初期，影响不大，随着植株的长大，密度增生育初期，影响不大，随着植株的长大，密度增加、郁
31、闭程度随之增加、光强减小。加、郁闭程度随之增加、光强减小。对温度的影响：白天明显，密度增加、温度降低，对温度的影响：白天明显，密度增加、温度降低，农田消耗水分量增多，土壤湿度降低，空气湿度上升农田消耗水分量增多，土壤湿度降低，空气湿度上升2 2、种植密度：、种植密度： 密度过大还使农田中植被对气流的阻力增加，阻密度过大还使农田中植被对气流的阻力增加，阻碍农田内外的空气交换。碍农田内外的空气交换。33根据热量平衡方程各项的分配状况，热量变化较大。根据热量平衡方程各项的分配状况，热量变化较大。二、灌溉措施二、灌溉措施 1 1、灌溉影响农田的辐射和热量平衡、灌溉影响农田的辐射和热量平衡 ： 灌溉后土
32、壤的热容量、导热率、导温率都发生相灌溉后土壤的热容量、导热率、导温率都发生相应的变化，减小土壤温度的日较差，使土壤温度应的变化，减小土壤温度的日较差，使土壤温度变化缓和。变化缓和。 不同季节的灌溉，效应不同，如夏季有降温的作不同季节的灌溉，效应不同，如夏季有降温的作用、冬季可以保护作物安全越冬。用、冬季可以保护作物安全越冬。2 2、灌溉对农田温度的影响、灌溉对农田温度的影响 ：34三、间作套种措施三、间作套种措施 将不同的多种作物合理地搭配起来，种植在同将不同的多种作物合理地搭配起来，种植在同一块土地上，由原来单一结构的作物群体，变为两一块土地上，由原来单一结构的作物群体，变为两种或多种作物构
33、成的复合群体，能够充分地利用生种或多种作物构成的复合群体，能够充分地利用生长季，提供光能和土地的利用率。长季，提供光能和土地的利用率。 高低作物合理搭配，使平面用光变为立体用光高低作物合理搭配，使平面用光变为立体用光 高杆作物的遮荫作用，使矮杆作物行的地温度、高杆作物的遮荫作用，使矮杆作物行的地温度、气温偏低，湿度偏高，并随带宽缩小，这种影响气温偏低，湿度偏高，并随带宽缩小，这种影响有加强的趋势。有加强的趋势。 35四、耕翻与镇压措施四、耕翻与镇压措施 耕翻后使土壤疏松、表层土壤粗糙，反射率减小，耕翻后使土壤疏松、表层土壤粗糙，反射率减小，空隙度加大，白天土壤表层为增温效应，深层土壤空隙度加大
34、，白天土壤表层为增温效应，深层土壤为降温效应，夜间则相反。日较差增加。为降温效应，夜间则相反。日较差增加。 耕翻后土表疏松，耕翻后土表疏松， 透水性和透气行增加，提高了透水性和透气行增加，提高了土壤的蓄水能力，同时对下层土壤有保墒效应。土壤的蓄水能力，同时对下层土壤有保墒效应。 镇压与耕翻的效应相反，使土表紧实，反射率增镇压与耕翻的效应相反，使土表紧实，反射率增大，空隙度减小，毛细管作用加强，使上层土壤的热大，空隙度减小，毛细管作用加强，使上层土壤的热容量和导热率明显增加，因此白天土壤表层为降温作容量和导热率明显增加，因此白天土壤表层为降温作用，深层土壤为增温作用，夜间则相反。日较差减小用，深
35、层土壤为增温作用，夜间则相反。日较差减小 不同的土壤在不同的天气条件下，镇压的效不同的土壤在不同的天气条件下，镇压的效 应有应有差别。差别。36第四节设施农业小气候第四节设施农业小气候 改变地表辐射和热量平衡，从而使土壤上层和贴改变地表辐射和热量平衡，从而使土壤上层和贴地空气层小气候发生变化地空气层小气候发生变化 一、地膜覆盖一、地膜覆盖 不透明的：不透明的：瓦片、草帽、泥瓦盆、蒲包、草席等。瓦片、草帽、泥瓦盆、蒲包、草席等。夜间覆盖夜间覆盖透明：透明：纸罩、纸垅、玻璃窗、塑料薄膜等。纸罩、纸垅、玻璃窗、塑料薄膜等。 地面复盖物：地面复盖物：37 对蔬菜育苗及早熟栽培，解决周年供应，扩大对蔬菜
36、育苗及早熟栽培，解决周年供应，扩大栽培面积，提高产量等方面都有很大作用栽培面积，提高产量等方面都有很大作用 二、塑料大棚二、塑料大棚38温室布局与大气候：温室布局与大气候： 美国：美国：60%60%集中在南部的加州，佛罗里达等地集中在南部的加州，佛罗里达等地 日本：主要集中在日本：主要集中在35N35N以南地区以南地区 荷兰：最大的温室群在南部冬季较暖地区。荷兰：最大的温室群在南部冬季较暖地区。 我国冬季温度低于世界同纬，如北京低我国冬季温度低于世界同纬，如北京低10C10C，小于，小于-5C-5C的的负积温为世界同纬的负积温为世界同纬的1-41-4倍，因此消耗的燃料多。倍，因此消耗的燃料多。
37、 供暖条件：最低温度供暖条件：最低温度致死温度，保证率达致死温度，保证率达100%100% 目前塑料大棚面积有目前塑料大棚面积有38383939万万hm2hm2，人均约，人均约3.15m23.15m2。首先。首先在中纬度在中纬度32N32N37N37N地区发展，然后向北向南推进，向北推地区发展，然后向北向南推进，向北推广到北纬广到北纬40N40N以北地区的吉林和黑龙江地区，向南推进到东以北地区的吉林和黑龙江地区，向南推进到东南沿海南沿海三、日光温室三、日光温室39被动除湿法 方法 原理 特性 1 覆盖地膜。 抑制土壤表面蒸发，提高室温和饱和差 抑制土壤表面蒸发。 2 抑制灌水。 抑制土壤表面蒸
38、发，提高室温和饱和差 使土壤表面蒸发和作物蒸腾都受到抑制。 3 用不透湿性材料、使壁面断热。 提高壁面温度、抑制壁面及作物表面结露。 壁面结露受到抑制、同时相对湿度上升与饱和差减少。白天，随着室温上升，可以加大通风换气，使绝对湿度下降。 4 用透湿性、吸湿性的保温幕材料，使显热断热。 在保温幕材料里面促进潜热移动，抑制显热移动。 防止在保温幕里面的结露水落在作物体上。 5 透过日射量加大。 室温上升（饱和差上升）。 由于室温上升，如果采取通风换气，达到绝对湿度下降的目的。 6 除去覆盖材料的结露 使覆盖材料里面的露水排出室外。 绝对湿度下降、促进蒸发蒸腾。 7 覆盖材料的界面活性加大。 促进向
39、覆盖材料结露、抑制雾的发生。 根据覆盖材料的种类，室内覆盖材料的界面活性发生难易尚不清楚。 8 自然吸湿。 用固体自然吸附水蒸汽或雾。 稻草、麦草吸水性保温幕（聚乙烯乙醇系材料）以放出吸附水分。 40主动除湿方法 方法 原理 特性 1通风换气 强制排出室内水蒸汽，使显热、潜热都减少损失。 一般可使绝对湿度下降，如果在换气的同时室温下降，则相对湿度上升或饱和差减少。 2热交换型除湿换气 强制排出室内水蒸汽，放 出潜热。 一般可使绝对湿度下降。防止早晨作物表面结露。 3暖气加温 室温上升。 一般可使相对湿度下降。但由于饱和差加大，促进蒸发蒸腾而使绝对湿度上升。绝对湿度或露点温度上升而使壁面结露加大
40、。 4强制空气流动 促进水蒸汽扩散。 防止作物沾湿。在一般情况下，空气湿度加大。 5冷却除湿 使室内蒸汽结露，再强制排出。由潜热转化为显热。 一般可使绝对湿度下降，但不能大幅度的下降。在绝对湿度下降的同时室温不下降。相对湿度和饱和差也不会大幅度的下降。 6 6 强制吸湿 将水蒸汽液化而后强制吸收，或用固体强制吸收。 吸收或吸附的水分可以排出，吸湿物质有：氯化钠或稻草、活性白土、活性矾土、氧化硅胶等。 41第五节森林小气候第五节森林小气候 研究森林及林冠下的灌木丛和草被等形成的小研究森林及林冠下的灌木丛和草被等形成的小气候特征并为森林防火，防病和林木业生产提供气候特征并为森林防火，防病和林木业生
41、产提供气候服务气候服务 。与森林的树种组成、结构、郁闭度、与森林的树种组成、结构、郁闭度、林龄等因素有关。林龄等因素有关。 森林小气候是研究森林内的温、湿、光、水、风森林小气候是研究森林内的温、湿、光、水、风和空气成分的特征，及其形成的机制的学科，研究和空气成分的特征，及其形成的机制的学科，研究范围一般涉及林冠层以下的林中空间及林地土壤范围一般涉及林冠层以下的林中空间及林地土壤 42 气候条件是林木生长不可缺少的生态因子，它对树种的气候条件是林木生长不可缺少的生态因子，它对树种的传播和萌发、生长和发育、开花和结果，以及森林的组成、传播和萌发、生长和发育、开花和结果，以及森林的组成、演替和地理分
42、布都有重要影响。同时，森林又通过同周围演替和地理分布都有重要影响。同时，森林又通过同周围大气不断进行物质和能量的交换，从而影响并改变森林内大气不断进行物质和能量的交换，从而影响并改变森林内及其周围地区的气象要素结构。因此研究森林和气候条件及其周围地区的气象要素结构。因此研究森林和气候条件间的相互关系，可以了解森林生态系统中的客观规律，为间的相互关系，可以了解森林生态系统中的客观规律，为合理开发利用森林资源、科学的营造森林、保护自然资源合理开发利用森林资源、科学的营造森林、保护自然资源和维护良性的生态平衡，为发展工农业生产和改善人们生和维护良性的生态平衡，为发展工农业生产和改善人们生活环境服务。
43、活环境服务。 森林气象学是研究森林和大气之间相互关系的学森林气象学是研究森林和大气之间相互关系的学科，是气象学和森林学之间的边缘学科。它既是应科，是气象学和森林学之间的边缘学科。它既是应用气象学的一个分支，又是林学的一门基础学科。用气象学的一个分支，又是林学的一门基础学科。 43 日间到达林内的太阳辐射和夜间林内地面向外日间到达林内的太阳辐射和夜间林内地面向外的长波辐射均受到林冠的削弱，因此，林内气温日的长波辐射均受到林冠的削弱，因此，林内气温日变化和年变化均比林外缓和变化和年变化均比林外缓和 森林小气候的主要特征森林小气候的主要特征 森林内降水量有所增加，而且森林面积越大，森林内降水量有所增
44、加，而且森林面积越大，降水量增加越多降水量增加越多 森林内空气湿度增加，雾、霜、雨淞现象增多森林内空气湿度增加，雾、霜、雨淞现象增多 林中风速减小林中风速减小 44第六节防护林小气候第六节防护林小气候 防护林带的气象效应是研究林带、林网的结构、布防护林带的气象效应是研究林带、林网的结构、布局和配置方向的小气候效应，包括防止风砂、减弱风局和配置方向的小气候效应，包括防止风砂、减弱风速、增加湿度、降低蒸发、减轻霜冻等作用。林带的速、增加湿度、降低蒸发、减轻霜冻等作用。林带的防风效应是林带各种气象效应中起主导作用的。防风效应是林带各种气象效应中起主导作用的。45 疏透结构的林带疏透结构的林带，透风系
45、数为，透风系数为O.4O.40.50.5，疏透度，疏透度为为303050%50%，大约有，大约有50%50%的空气流可以穿过这种林带的空气流可以穿过这种林带内部，防风效果最好，背风面的有效防护距离可达内部，防风效果最好，背风面的有效防护距离可达树高的树高的2525倍左右。研究林带的动力效应可在野外进倍左右。研究林带的动力效应可在野外进行观测，也可在室内利用风洞进行模型实验。行观测，也可在室内利用风洞进行模型实验。防护林带的结构防护林带的结构 一般按林带的透风系数一般按林带的透风系数( (背风面背风面1 1米处风速与米处风速与空旷地风速之比空旷地风速之比) )和疏透度和疏透度( (林带纵断面的相
46、对透林带纵断面的相对透光面积光面积) )的大小划分林带的结构。的大小划分林带的结构。紧密结构紧密结构 透风结构透风结构疏透结构疏透结构4647附：城市气候附：城市气候 指某一地区，在城市化后由于人口高度密集，众多指某一地区，在城市化后由于人口高度密集，众多建筑物构成特殊下垫面，高强度的经济活动中消耗大建筑物构成特殊下垫面，高强度的经济活动中消耗大量燃料，释放出有害气体和粉尘以及其他人类生产和量燃料，释放出有害气体和粉尘以及其他人类生产和生活的影响生活的影响, ,改变了该地区原有的区域气候状况，形改变了该地区原有的区域气候状况，形成一种与城市周围不同的局地气候称为城市气候。城成一种与城市周围不同
47、的局地气候称为城市气候。城市气候既有所属区域大气候背景的影响，又反映了城市气候既有所属区域大气候背景的影响，又反映了城市化后人类活动所产生的作用，因此，不同大气候区市化后人类活动所产生的作用，因此，不同大气候区的城市气候不尽相同，但也存在一些共同的城市气候的城市气候不尽相同，但也存在一些共同的城市气候特征，华东师范大学周淑贞、张超对城市气候有过多特征，华东师范大学周淑贞、张超对城市气候有过多年研究，他们认为最基本的有以下几方面：年研究，他们认为最基本的有以下几方面：48 由于城市下垫面特殊性质；空气中由燃料产生由于城市下垫面特殊性质；空气中由燃料产生的二氧化碳等较多；加上人为的热源等因子，城的
48、二氧化碳等较多；加上人为的热源等因子，城市气温明显高于郊区，这种情况称为市气温明显高于郊区，这种情况称为“城市热岛城市热岛效应效应”。 国内外许多学者的研究表明：城市热国内外许多学者的研究表明：城市热岛强度是夜间大于白天，日落以后城郊温差迅速岛强度是夜间大于白天，日落以后城郊温差迅速增大，日出以后又明显减小。增大，日出以后又明显减小。49 城市中由于下垫面多为建筑物和不透水的路面城市中由于下垫面多为建筑物和不透水的路面, ,蒸蒸发量、蒸腾量小，所以城市空气的平均绝对湿度和相发量、蒸腾量小，所以城市空气的平均绝对湿度和相对湿度都较小。但由于城市下垫面热力特性，边界层对湿度都较小。但由于城市下垫面
49、热力特性，边界层湍流交换以及人为因素均存在日变化，因此，城市绝湍流交换以及人为因素均存在日变化，因此，城市绝对湿度的日振幅比郊区大，白天城区绝对湿度比郊区对湿度的日振幅比郊区大，白天城区绝对湿度比郊区低，形成低，形成“干岛干岛”，夜间城市绝对湿度比郊区大，形，夜间城市绝对湿度比郊区大，形成成“湿岛湿岛”。50 由于城市空气中尘埃和其他吸由于城市空气中尘埃和其他吸湿性核较多，在条件适合时，即湿性核较多，在条件适合时，即使空气中水汽未达饱和，相对湿使空气中水汽未达饱和，相对湿度仅达度仅达707080%80%，城市中也会出，城市中也会出现雾，所以城市的雾多于郊区。现雾，所以城市的雾多于郊区。有些城市
50、汽车尾气排放的废气，有些城市汽车尾气排放的废气，在强烈阳光照射下，还会形成一在强烈阳光照射下，还会形成一种以臭氧醛类和过氧乙酰硝酸酯种以臭氧醛类和过氧乙酰硝酸酯(PAN)(PAN)等为主要成分的浅兰色烟等为主要成分的浅兰色烟雾，称为雾，称为“光化学烟雾光化学烟雾”，这种，这种雾对人体是有害的。雾对人体是有害的。51 由于城市热岛效应，市区中心空气受热不断上升，由于城市热岛效应，市区中心空气受热不断上升，四周郊区相对较冷的空气向城区辐合补充，而在城四周郊区相对较冷的空气向城区辐合补充，而在城市热岛中心上升的空气又在一定高度向四周郊区辐市热岛中心上升的空气又在一定高度向四周郊区辐散下沉以补偿郊区低
51、空的空缺，这样就形成了一种散下沉以补偿郊区低空的空缺，这样就形成了一种局地环流，称为局地环流，称为城市热岛环流城市热岛环流。这种环流在静朗少。这种环流在静朗少云，背景风场极其微弱的静稳天气条件下，最为明云，背景风场极其微弱的静稳天气条件下，最为明显。应该指出虽然城市热岛效应夜间大于白天，但显。应该指出虽然城市热岛效应夜间大于白天，但由于夜间郊区大气结稳定，有时还存在逆温层，因由于夜间郊区大气结稳定，有时还存在逆温层，因此上升气流层不强，而白天郊区大气层结本身不稳此上升气流层不强，而白天郊区大气层结本身不稳定，流入城市后，上升速度快，所以城市热岛环流定，流入城市后，上升速度快，所以城市热岛环流白
52、天比夜间强，而且夜间的郊区风具有阵性白天比夜间强，而且夜间的郊区风具有阵性52 城市中由于有热岛中心的上升气流，空气中城市中由于有热岛中心的上升气流，空气中又有较多的粉尘等凝结核，因此云量比郊区为多，又有较多的粉尘等凝结核，因此云量比郊区为多，城市中及其下风方向的降水量也比其他地区为多。城市中及其下风方向的降水量也比其他地区为多。另外，城市中由于大量使用能源，向大气中排放另外，城市中由于大量使用能源，向大气中排放出许多二氧化硫和氧化氮，它们在一系列复杂的出许多二氧化硫和氧化氮，它们在一系列复杂的化学反应下，形成硫酸和硝酸，通过成雨过程和化学反应下，形成硫酸和硝酸，通过成雨过程和冲刷过程成为酸雨
53、降落。酸雨可导致土壤贫瘠，冲刷过程成为酸雨降落。酸雨可导致土壤贫瘠，森林生长速率减慢，微生物活动受到抑制，对鱼森林生长速率减慢，微生物活动受到抑制，对鱼类生存构成威胁，刺激人的咽喉和眼睛类生存构成威胁，刺激人的咽喉和眼睛，因此，因此，防治酸雨是刻不容缓的任务。防治酸雨是刻不容缓的任务。 53附：精确农业（精准农业）附：精确农业（精准农业） 所谓所谓“精确农业精确农业”（Precision AgriculturePrecision Agriculture），），指的是利用全球定位系统（指的是利用全球定位系统（GPSGPS）、地理信息系统）、地理信息系统（GISGIS）、连续数据采集传感器（）、连
54、续数据采集传感器（CDSCDS）、遥感）、遥感（RSRS）、变率处理设备（）、变率处理设备（VRTVRT）和决策支持系统）和决策支持系统（DSSDSS）等现代高新技术，获取农田小区作物产量和）等现代高新技术，获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间及时间营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间及时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，并采取差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，并采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区域对待，按技术上可行、经济上有效的调控措施，区域对待，按需
55、实施定位调控的需实施定位调控的“处方农业处方农业”。 54 1. 1. 精确农业概述精确农业概述精确农业（精确农业（Precision Precision AgricultureAgriculture，简记，简记PAPA）首先由美国农业工作者于）首先由美国农业工作者于2020世纪九十年代初倡导并实施的。世纪九十年代初倡导并实施的。在国外，与在国外，与Precision AgriculturePrecision Agriculture意义相近的词意义相近的词有有Precision FarmingPrecision Farming、Site-specific Site-specific Agric
56、ulture (farming)Agriculture (farming)、Site-specific Crop Site-specific Crop ManagementManagement，Prescription FarmingPrescription Farming等等。相应地，等等。相应地，国内也有不同译法，如精确农业、精细农业、精准国内也有不同译法，如精确农业、精细农业、精准农业、精细农作、定位农业、农作物定位管理和处农业、精细农作、定位农业、农作物定位管理和处方农作，等等，其内涵都是一致的。方农作，等等，其内涵都是一致的。55 精确农业的兴起有两个主要背景：精确农业的兴起有两个主
57、要背景：一是可持续农一是可持续农业为世人所接受业为世人所接受，二是全球定位系统二是全球定位系统、遥感、地理、遥感、地理信息系统、人工智能等高新技术的产生或民用化。信息系统、人工智能等高新技术的产生或民用化。前者导致人们发展农业的观念发生转变，后者使得前者导致人们发展农业的观念发生转变，后者使得这种观念转变成为可能。这种观念转变成为可能。56 2. 2. 精确农业与可持续农业精确农业与可持续农业精确农业是现代高新精确农业是现代高新技术在农业中应用的结果。其技术思想就是在农业技术在农业中应用的结果。其技术思想就是在农业生产活动的每一过程中，应用现代高新技术，尽可生产活动的每一过程中，应用现代高新技
58、术，尽可能多地获取作物和农田的有用信息，因地制宜地做能多地获取作物和农田的有用信息，因地制宜地做出决策，并准确地付诸实施，以节约投入、增加产出决策，并准确地付诸实施，以节约投入、增加产出、提高投入物利用率、减少环境污染为目的。出、提高投入物利用率、减少环境污染为目的。精确农业与可持续农业的内涵是一致的，精确农精确农业与可持续农业的内涵是一致的，精确农业是知识经济时代农业可持续发展的必由之路，是业是知识经济时代农业可持续发展的必由之路，是可持续农业的有效发展模式。可持续农业的有效发展模式。 57 3. 3. 精确农业技术精确农业技术精确农业技术示意图如图精确农业技术示意图如图1 1所所示，精确农
59、业技术自成体系。示，精确农业技术自成体系。在图在图1 1所示的农业生产的每一个环节中，如整地、所示的农业生产的每一个环节中，如整地、播种、施肥、追肥、植保和收获，都渗透着精确播种、施肥、追肥、植保和收获，都渗透着精确农业技术。农业技术。 4. 4. 精确农业技术体系精确农业技术体系按精确农业使用的技术按精确农业使用的技术种类划分，种类划分，可以认为精确农业技术体系由农业生可以认为精确农业技术体系由农业生物技术、工程技术、信息技术和管理技术组成。物技术、工程技术、信息技术和管理技术组成。5859 农业信息技术是后起之秀，是在信息化浪潮推动农业信息技术是后起之秀，是在信息化浪潮推动下，信息技术在农
60、业生产中运用的结果，是精确农下，信息技术在农业生产中运用的结果，是精确农业技术体系与传统和现代农业技术体系的区别所在。业技术体系与传统和现代农业技术体系的区别所在。然而，这四种技术并不是相互独立的，而是相辅相然而，这四种技术并不是相互独立的，而是相辅相成、相互渗透的。成、相互渗透的。生物技术是基础，工程技术是信生物技术是基础，工程技术是信息技术的载体，信息技术使得工程技术和管理技术息技术的载体，信息技术使得工程技术和管理技术智能化，而管理技术又使得这三种技术更有效地组智能化，而管理技术又使得这三种技术更有效地组合集成，产生更大的效益。合集成，产生更大的效益。 按农业生产活动的不同按农业生产活动
61、的不同，可划分为：精确灌溉技，可划分为：精确灌溉技术体系，育种技术体系，精确播种、施肥、收获、术体系，育种技术体系，精确播种、施肥、收获、喷药技术体系，精确整地技术体系和节能等技术体喷药技术体系，精确整地技术体系和节能等技术体系。系。 60 5. 5. 精确农业关键技术精确农业关键技术信息技术和生物技术是精确信息技术和生物技术是精确农业技术体系的关键技术。农业技术体系的关键技术。信息技术使得人们准确地获取、处理、分析、存储、信息技术使得人们准确地获取、处理、分析、存储、传输农业信息成为可能。现阶段的农业信息技术主要传输农业信息成为可能。现阶段的农业信息技术主要包括：农业信息获取技术，农业信息管
62、理技术，农业包括：农业信息获取技术，农业信息管理技术，农业开发决策支持技术，农业信息系统技术，农业信息精开发决策支持技术，农业信息系统技术，农业信息精确定位技术，农业辅助决策技术，计算机模拟、仿真、确定位技术，农业辅助决策技术，计算机模拟、仿真、虚拟现实技术，人工智能与专家系统技术，农业信息虚拟现实技术，人工智能与专家系统技术，农业信息流控制下的自动化技术，多媒体技术和网络技术。具流控制下的自动化技术，多媒体技术和网络技术。具体地说，包括如下技术：电子传感器，卫星遥感技术，体地说，包括如下技术：电子传感器，卫星遥感技术，地理信息系统技术，全球定位技术，计算机网络技术，地理信息系统技术，全球定位技术，计算机网络技术，数据库技术和人工智能技术，等等。数据库技术和人工智能技术，等等。现代农业生物技术主要包括基因工程、细胞工程、现代农业生物技术主要包括基因工程、细胞工程、 酶工程和发酵工程。酶工程和发酵工程。6162
