1、2021/2/71第十章 小气候与农业小气候 第一节 小气候的特点 第二节 农田小气候形成的物理基础 第三节 农田小气候的一般特征 第四节 农业技术措施的小气候效应 第五节 地形、水域小气候 第六节 果园小气候 第七节 防护林带的小气2021/2/72q要求深刻理解和熟练掌握的重点内容要求深刻理解和熟练掌握的重点内容:小气候的基本知识小气候的基本知识 农业小气候的基本特征农业小气候的基本特征 农业技术措施的小气候效应农业技术措施的小气候效应q要求一般理解和掌握的内容：要求一般理解和掌握的内容：保护地小气候保护地小气候 地形和水域小气候地形和水域小气候 森林和园林小气候森林和园林小气候 q难点：
2、难点：农业小气候的基本特征农业小气候的基本特征2021/2/73 第一节 小气候的特点2021/2/74不同下垫面麦地麦地坡地坡地水域与山地水域与山地花卉花卉 2021/2/75棉田棉田草原草原林地林地水域水域2021/2/76 小气候形成和变化的因素有两个小气候形成和变化的因素有两个:一个是辐射因素一个是辐射因素,另一个另一个是局地平流或湍流因素。前者为热力因素，后者为动力基础。是局地平流或湍流因素。前者为热力因素，后者为动力基础。小气候形成因素小气候形成因素 2021/2/77很稳定 小气候规律具有相对稳定性。由于小气候尺度小,所产生的小气候差异不易被混和。因此，各处小气候现象比较稳定，几
3、乎天天具有相同的规律性。但不同季节和天气类型略有差异。小气候的特点小气候的特点2021/2/78差别大 从产生小气候现象来看,由于小气候考虑尺度很小，局地差异不易被大规模空气运动所混和，所以在垂直方向或水平方向上的气象要素差异很大。如对于大气候而言气温递减率小于等于1，而小气候气温递减率可高达几百几千度。2021/2/79范围小研究对象水平范围垂直范围大气候 105107102105小气候10-210410-21022021/2/710第二节、农田小气候形成的物理基础第二节、农田小气候形成的物理基础 一一 活动面和活动层活动面和活动层1、活动面、活动面 活动面是热量和水分交换最显著的物体表活动
4、面是热量和水分交换最显著的物体表 面。农田土壤、植物和大气各组成部分之间的物质输送面。农田土壤、植物和大气各组成部分之间的物质输送 和能量转换和能量转换,在小气候形成上起非常重要的作用。在小气候形成上起非常重要的作用。2、活动层活动层 实际上，对小气候形成起物理基础作用的不实际上，对小气候形成起物理基础作用的不 局限于活动面，而是以发生在具有一定厚度的层次中，局限于活动面，而是以发生在具有一定厚度的层次中，这一发挥物理基础作用的层次称为活动层或作用层。这一发挥物理基础作用的层次称为活动层或作用层。2021/2/711二、二、活动面的能量平衡活动面的能量平衡R RT T=P+B+LE=P+B+L
5、EC C+I+IA A+Q+QC C+Q+QT T R RT T为农田活动面的净辐射为农田活动面的净辐射;P P为农田活动面与大气的乱流热交换；为农田活动面与大气的乱流热交换；B B为活动面与下层土壤间的热交换；为活动面与下层土壤间的热交换；LELEC C为农田蒸散耗热；为农田蒸散耗热；I IA A为作物净光合作用消耗的热量；为作物净光合作用消耗的热量；Q QC C为叶片积累的热量；为叶片积累的热量；Q QT T为叶片与株茎内部的热交换。为叶片与株茎内部的热交换。IA,QC C，QT T很小可以忽略不计，上式可简化为很小可以忽略不计，上式可简化为:RT=P+B+LEC C 2021/2/712
6、三、活动层中的乱流交换 近地面物理属性的垂直输送,是由乱流推动的，除一部分乱流是由热力原因引起外，大多数乱流是由于农田对风的摩擦减速而产生的。这种摩擦减速，完全可以视为地面连续不断地从风中吸收动量的过程，从而产生一个由气流到地面的连续向下的动量通量。2021/2/713 太阳辐射到达农田植被上表面时,一部分被植物叶面反射，一部分被叶面吸收，一部分穿过植株空隙或透过叶面深入到下面各层直至地面。对于不同作物，或者同一作物不同的生育期，其对太阳辐射的反射、吸收和透射能力不同。第三节、农田小气候的基本特征第三节、农田小气候的基本特征 一一 农田中光的分布农田中光的分布2021/2/714 农田中总辐射
7、强度、直接辐射强度和散射强度的垂直分布,趋势是相似的，都从植株顶部向下递减，并都是在开始时递减较慢，在中间层迅速削弱，再往下递减速度又缓慢下来。因此，过分密植的农田不利于下层透光，培植适当的株型，对有效利用太阳能很重要。2021/2/715 光能在植物群体中的铅直分布光能在植物群体中的铅直分布,符合比尔一朗伯符合比尔一朗伯特特(Beer(BeerLambert)Lambert)指数定律，即光线自上而下依次指数定律，即光线自上而下依次减弱。减弱。I I。:到达株顶的照度到达株顶的照度;I:I:株顶向下至某一高处的照度；株顶向下至某一高处的照度；I IIo:Io:相对照强度；相对照强度；E:E:自
8、然对数的底；自然对数的底；F:F:株顶向下至某一高度的累计叶面积指数；株顶向下至某一高度的累计叶面积指数；K:K:叶层的消光系数。叶层的消光系数。2021/2/716 二二 农田中温度的分布农田中温度的分布 农田中温度的分布,决定于农田辐射差额和农田乱流情况。不同作物、不同生长期和栽培措施下，温度分布是不同的。生长发育初期生长发育初期 谷类作物在分蘖以前，因茎叶幼小，与裸地情况基本相同，即白昼盛行日射型，夜间盛行辐射型的温度分布。2021/2/717 作物的生长盛期作物的生长盛期,茎高叶茂，株间和株顶以上的空气交换大为降低。温度垂直分布:午间最高温度和夜间最低温度出现在作物层中的茎叶最密集的部
9、位（外活动面）。作物发育后作物发育后期期,茎叶枯黄脱落，太阳投入株间的光和辐射增多。农田的温度分布，与生育初期相近，最高和最低温度，出现在地面附近。2021/2/718 水田的温度分布水田的温度分布,紧贴水面的一薄层，白天蒸发耗热多，夜间紧贴水面的一薄层，白天蒸发耗热多，夜间冷却慢，所以与旱地情况相反，冷却慢，所以与旱地情况相反，白昼为辐射型，夜间为日射型白昼为辐射型，夜间为日射型的温度分布的温度分布。温度在水田上的分布情况和旱地有异温度在水田上的分布情况和旱地有异 2021/2/719 三三 农田中的湿度分布农田中的湿度分布 农田中的湿度分布和变化,决定于温度、农田蒸发、乱流水汽交换强度的变
10、化。白昼空气乱流使水汽蒸发向上输送，夜间使水汽流向作物层，并凝结为露或霜。作物生长初期，作物蒸腾面不大，作物的蒸腾量不是农田蒸散量的重要部 分，农田绝对湿度分布和裸地一样，白昼随高度降低，夜间相反。作物生长后期，农田的绝对湿度分布又和裸地几乎一样，即白昼随高度降低，夜间相反。2021/2/720 农田中相对湿度的分布农田中相对湿度的分布 决定于温度和绝对湿度的分布。作物生长初期,相对湿度的分布与裸地相同，不论昼夜相对湿度都是随高度而降低作物生长末期，白天相对湿度和生育中期相近，夜间地表温度较低，最大相对湿度又出现在地表附近。作物生长盛期，白天相对湿度在茎叶密集区域附近最高，地表附近次之;夜间气
11、温都较低，株间相对湿度在所有高度上都比较接近。2021/2/721 四四 农田中风的分布农田中风的分布 从风速的水平分布看从风速的水平分布看,风速由农田边行向农田中部不风速由农田边行向农田中部不断减弱，最初减弱很快，以后减慢，到达一定距离后不断减弱，最初减弱很快，以后减慢，到达一定距离后不再变化。从垂直方向看，风速在作物层中叶稠密部位受再变化。从垂直方向看，风速在作物层中叶稠密部位受到较大削弱，顶部和下部茎叶稀少，风速较大，离边行到较大削弱，顶部和下部茎叶稀少，风速较大，离边行较远的地方的作物层下部风速较小。较远的地方的作物层下部风速较小。2021/2/7222021/2/723 五五 农田中
12、二氧化碳的分布农田中二氧化碳的分布作物层内二氧化碳浓度在茎叶密度最大层次附近为最低。作物层内二氧化碳浓度在茎叶密度最大层次附近为最低。从清晨到中午从清晨到中午,作物茎叶密集的高度上二氧化碳浓度最低作物茎叶密集的高度上二氧化碳浓度最低,午后可降至最接近地面的地方。夜间午后可降至最接近地面的地方。夜间,从傍晚到清晨，从傍晚到清晨，由于作物的呼吸作用放出二氧化碳，农田中二氧化碳的由于作物的呼吸作用放出二氧化碳，农田中二氧化碳的浓度由下向上不断递减。浓度由下向上不断递减。2021/2/724 2021/2/725第四节第四节 农业技术措施的小气候效应农业技术措施的小气候效应一、耕作措施的小气候效应耕作
13、措施的小气候效应 耕翻土壤疏松,孔隙度增大，土壤热容量和导热率减小。白昼和夏季，热量积集表层，在耕翻层，温度比未耕地的高，具增温效应，下层温度较低，具降温效应。夜间或冷季，深层向土表输送的热量较小，耕层的温度比未耕地的偏低，具降温效应，下层则较高，具增温效应。2021/2/7261、松土、松土（1）使土壤疏松）使土壤疏松,增加土壤的透气性和透水性，提高土壤的蓄增加土壤的透气性和透水性，提高土壤的蓄水能力，对下层土壤来说，有保墒效应水能力，对下层土壤来说，有保墒效应;（2）使土壤热容量和导热率减小，削弱上下层土壤间热交换，）使土壤热容量和导热率减小，削弱上下层土壤间热交换，增加土壤表层温度的日较
14、差；增加土壤表层温度的日较差；（3）低温季节，松土层有降温效应，下层有增温效应，高温）低温季节，松土层有降温效应，下层有增温效应，高温季节，松土层有升温效应，下层有降温效应。季节，松土层有升温效应，下层有降温效应。2、镇压、镇压（1）减小土壤透气性和透水性）减小土壤透气性和透水性,增加土壤的毛管量，加速土增加土壤的毛管量，加速土壤水份蒸发壤水份蒸发;（2）增加土壤的热容量和导热率，减小土壤温度的日较差；）增加土壤的热容量和导热率，减小土壤温度的日较差；（3）在土壤干燥时，镇压可以保持土壤水分。）在土壤干燥时，镇压可以保持土壤水分。2021/2/7273、垄作、垄作 其小气候效应与松土相似其小气
15、候效应与松土相似。另一方面使垄面凸起另一方面使垄面凸起,增加增加了土表与大气接触面积。白天增加对太阳辐射的总吸收面了土表与大气接触面积。白天增加对太阳辐射的总吸收面,热量聚集在表层土壤，垄温比平作偏高，垄作地土壤温度日热量聚集在表层土壤，垄温比平作偏高，垄作地土壤温度日变幅比平作大。土壤愈干燥，这种效应愈显著。变幅比平作大。土壤愈干燥，这种效应愈显著。一般南北垄的东西两侧，土壤温度相关不大一般南北垄的东西两侧，土壤温度相关不大;而东西垄而东西垄的南北两侧温度有显著差异，南侧温度远高于北侧，就整体的南北两侧温度有显著差异，南侧温度远高于北侧，就整体平均来看，南北垄的土壤温度高于东西垄。平均来看，
16、南北垄的土壤温度高于东西垄。垄作地凸起垄作地凸起,蒸发面加大，上层土壤干燥疏松，下导土蒸发面加大，上层土壤干燥疏松，下导土壤湿润。壤湿润。2021/2/728二、栽培技术措施二、栽培技术措施种植行向的气象效应 夏季,东西行向的受照时间比南北行向要多，并且并且差别相当显著，冬季，日出、日落方位偏南，东西行与南北行遮荫情况比较比较复杂，一般地，在高纬度地区在作物高度与行宽的比值较大时，南北行种植较东西行种植受光有利。行向对农田的通风状况有很大的影响。为了使农田通风良好,在行向的选择上，除考虑光照条件外，还要使行向与作物生长盛期出现最多的风向一致。行向的影响在平原地区最明显，而在地形复杂的丘陵或山地
17、，则往往因地形的影响而受到干扰和破坏。2021/2/729 农田通风、透光性随密度的加大而减弱,农田的空气随密度加大而增加。另外，另外密植皮对气温有很大影响，白天或暖季，由于密植后得到的太阳辐射减少，蒸腾耗热增加，所以作物层中的气温随密度增大而降低;夜间或冷季，由于密植能减小地面有效辐射，所以密度越大，气温越高，密植皮有保温作用，以上气温的差别一般在封行前较大，封行后阳光不易透入，各密度间的气温差异就不明显了。种植密度的气象效应2021/2/730间作、套种的气象效应 间作比单作增大了全田的密度和叶面积,变平面用光为立体用光，增加了光合面积，当太阳高度角超过45度时，侧边受光面积增大，将强光度
18、变为中等光，提高单位面积的光能利用率。套作既有延长光合作用的效果，又有增加光合面积、改善通风透光的作用。交替地合理利用光能，是套作的特点。它是解决季节不足，提高光能利用率的一个重要途径。2021/2/731灌溉的气象效应灌溉的气象效应 灌溉可以提高土壤湿度,反射率降低，提高对太阳辐射的吸收率;同时由于农田中地的蒸散加剧，土壤温度降低，空气湿度加大，使地面有效辐射减小，因而灌溉地的辐射平衡较大，但是由于灌溉后蒸散量大增加,而且温度越高时增加越多，所以在午后高温时间灌溉地上形成逆温，气温比未灌溉地低;而在夜间低温时，灌溉地的气温较高，灌溉后土壤热容量和导热率都较大，因此白天土壤增温和夜间降温都比较
19、缓慢，表层土壤的日较差减小。2021/2/732 覆盖地的气象效应覆盖地的气象效应蓝色膜对水稻育苗效果好,因为蓝色膜比无色膜透过的蓝紫光多，增温和缓，保湿适宜，秧苗叶绿色含量增加，立枯病发病低，有利于培育壮秧。又如，银色膜对冬春蔬菜大棚栽培效果好，因为银色膜反射性能好，当太阳光照在膜上时可以全反射出来，有利于蔬菜全面受光，使茎叶粗壮，果实提早成熟，着色好。另外，银色膜还可以驱走蚜虫，减轻作物病虫害。2021/2/733第五节第五节 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(一一)坡地小气候坡地小气候 太阳辐射在坡地上的分布规律是太阳辐射在坡地上的分布规律是:在纬度在纬度30
20、50N的地区的地区,到达各种坡度的偏南坡地上的太阳辐射总量都比水平面上多，到达各种坡度的偏南坡地上的太阳辐射总量都比水平面上多，而偏北坡地都比水平面上少而偏北坡地都比水平面上少;东坡与西坡介于南、北坡之间，两东坡与西坡介于南、北坡之间，两者相差不大。者相差不大。坡地地面上日平均温度的高低主要取决于坡地吸收辐射能坡地地面上日平均温度的高低主要取决于坡地吸收辐射能的多少，所以它的分布规律与太阳辐射的分布相似。对于北回的多少，所以它的分布规律与太阳辐射的分布相似。对于北回归线以北地区，坡地地面上日平均温度总是以南坡最高，东南、归线以北地区，坡地地面上日平均温度总是以南坡最高，东南、西南坡次之，北坡最
21、低。西南坡次之，北坡最低。坡地上的气温分布与地面温度分布一致。在阴天时，由于坡地上的气温分布与地面温度分布一致。在阴天时，由于各坡地上的辐射总量相差不大，所以气温的差异也就不存在了。各坡地上的辐射总量相差不大，所以气温的差异也就不存在了。至于坡向对土壤湿度的影响，一般与对太阳辐射的影响相反至于坡向对土壤湿度的影响，一般与对太阳辐射的影响相反 地形对风速影响的规律一般是：凸出地形顶部风速最大，侧地形对风速影响的规律一般是：凸出地形顶部风速最大，侧风坡中部次之，迎风坡较小，背风坡和低洼处最小。风坡中部次之，迎风坡较小，背风坡和低洼处最小。2021/2/734（二）谷地小气候（二）谷地小气候 由于周
22、围山地的遮蔽由于周围山地的遮蔽,使谷地的日照时间比使谷地的日照时间比空旷平地短，太阳辐射总量比平地少，与外界热空旷平地短，太阳辐射总量比平地少，与外界热量和水汽的交换也受到很大限制，因此形成了谷量和水汽的交换也受到很大限制，因此形成了谷地小气候。地小气候。谷地的气温日变化较四周山坡和山顶剧烈。谷地的气温日变化较四周山坡和山顶剧烈。谷底和山坡之间有山谷风存在。山谷风在夏谷底和山坡之间有山谷风存在。山谷风在夏季最明显，而在冬季较弱。白天，谷风把水汽带季最明显，而在冬季较弱。白天，谷风把水汽带到山顶，使山顶湿度增加，谷底湿度减小到山顶，使山顶湿度增加，谷底湿度减小;夜间，夜间，山风又把水汽带回谷中，
23、使谷底湿度增加，山顶山风又把水汽带回谷中，使谷底湿度增加，山顶减小。减小。2021/2/735二、水域小气候二、水域小气候 水面的辐射平衡比陆地大。由于水体吸收的水面的辐射平衡比陆地大。由于水体吸收的辐射能主要用于蒸发耗热和水体储存热量的能力辐射能主要用于蒸发耗热和水体储存热量的能力很强很强,所以水体温度升高不大。所以水体温度升高不大。水域上空气温变化的大小与水域面积和深度水域上空气温变化的大小与水域面积和深度有关。水域面积越大，深度越深，气温变化越小有关。水域面积越大，深度越深，气温变化越小;反之，则气温变化较大。反之，则气温变化较大。水域对沿岸陆地的春季回暖和秋季降温都有水域对沿岸陆地的春
24、季回暖和秋季降温都有延缓作用，对冬季降温也有缓和作用。因此对沿延缓作用，对冬季降温也有缓和作用。因此对沿岸的越冬作物和果树有良好的保护作用。在春、岸的越冬作物和果树有良好的保护作用。在春、秋两季，当霜冻发生时，沿岸农田也能减轻或免秋两季，当霜冻发生时，沿岸农田也能减轻或免受霜冻的危害。受霜冻的危害。2021/2/736第六节第六节 果园小气候果园小气候（一）果园中的光照状况（一）果园中的光照状况 当阳光照射到树冠上时当阳光照射到树冠上时,由于树冠的吸收与反射，由于树冠的吸收与反射，越到树冠内部光照越弱越到树冠内部光照越弱。从从树形树形来看，小型果树的生产力比大型果树高，来看，小型果树的生产力比
25、大型果树高，因为树的表面积占树体积的比重大。因为树的表面积占树体积的比重大。从从栽种方式栽种方式看，一般认为宽行距、窄株距的方看，一般认为宽行距、窄株距的方式可以增加单位面积的栽植密度，减少光能浪费，式可以增加单位面积的栽植密度，减少光能浪费，较为有利。较为有利。从从行向行向来说，一般认为南北行向的果园，在一来说，一般认为南北行向的果园，在一天中树冠上光照分布均匀，上午东面受光，下午西天中树冠上光照分布均匀，上午东面受光，下午西面受光，光照时问也相等。而东西行向的果园，在面受光，光照时问也相等。而东西行向的果园，在生长期内树冠南、北两侧面的直接辐射相差太大。生长期内树冠南、北两侧面的直接辐射相
26、差太大。2021/2/737（二）果园内的温度状况（二）果园内的温度状况 冬季冬季,果园内的日平均气温较果园外稍高。果园内的日平均气温较果园外稍高。春季，对落叶果园来说，白天气温比果园外高，春季，对落叶果园来说，白天气温比果园外高，夜间气温却较果园外低。夜间气温却较果园外低。夏季，白天气温比果园外低夏季，白天气温比果园外低;夜间气温反比果园夜间气温反比果园外高。外高。秋季，对落叶果园来说，又恢复到春季的情况。秋季，对落叶果园来说，又恢复到春季的情况。（三）果园内的湿度状况（三）果园内的湿度状况 果园内空气湿度几乎全年都高于果园外空旷地的果园内空气湿度几乎全年都高于果园外空旷地的湿度。湿度。20
27、21/2/738（四）果园内风的状况（四）果园内风的状况 一般密植果园内一般密植果园内,冠层风速明显小于裸地，而树冠层风速明显小于裸地，而树冠内几乎没有风。当行向与风向平行时，园内风速冠内几乎没有风。当行向与风向平行时，园内风速减弱较小，但仍较裸地小减弱较小，但仍较裸地小1/21/3。（五）果园小气候的调节（五）果园小气候的调节 1，果园地面覆盖，果园地面覆盖 2，果园灌溉，果园灌溉 3，树干涂白，树干涂白 4，修剪整形，修剪整形 5，兴建果园防护林，兴建果园防护林2021/2/739 第七节、护田林带小气候第七节、护田林带小气候 农田营造防护林后农田营造防护林后,能产生多种有利于作物生长的小
28、气能产生多种有利于作物生长的小气候效果，风速减小，蒸发减慢，土壤和空气湿度增大。冬候效果，风速减小，蒸发减慢，土壤和空气湿度增大。冬季增加农田积雪的厚度和均匀度，夏季减少降雨造成的水季增加农田积雪的厚度和均匀度，夏季减少降雨造成的水土流失。同时还可以防御大风、干热风、干旱和霜冻等多土流失。同时还可以防御大风、干热风、干旱和霜冻等多种气象灾害的危害。种气象灾害的危害。防风效应是林带的主要作用。防风效应是林带的主要作用。林带减弱了风速，也就影响到农田上的蒸散、湿度和林带减弱了风速，也就影响到农田上的蒸散、湿度和温度。当有冷空气南下时，林带中贴地气层的气温都比林温度。当有冷空气南下时，林带中贴地气层
29、的气温都比林外高，降温比较缓慢外高，降温比较缓慢;当有暖空气吹来时，林带内的温度比当有暖空气吹来时，林带内的温度比林外低，升温也较缓慢。也就是说，林带对冷空气活动造林外低，升温也较缓慢。也就是说，林带对冷空气活动造成的霜冻和干热风都有防御作用。成的霜冻和干热风都有防御作用。在林带内，风速减小，乱流减弱，土壤和作物蒸散的在林带内，风速减小，乱流减弱，土壤和作物蒸散的水汽，滞留在贴地气层中的时间要长，数量较多，因此空水汽，滞留在贴地气层中的时间要长，数量较多，因此空气的湿度比林外高。气的湿度比林外高。2021/2/740 森林小气候森林小气候当太阳辐射照射到森林上时当太阳辐射照射到森林上时,林冠能
30、吸收林冠能吸收35%75%的太阳辐射，而到达林内地表的较少，在稠的太阳辐射，而到达林内地表的较少，在稠密林中，到达地表的仅有密林中，到达地表的仅有2%，在稀疏林中可达，在稀疏林中可达25%。林内白天气温较低，夜间气温比空旷地高，日较林内白天气温较低，夜间气温比空旷地高，日较差减小。差减小。林内的湿度总比林外高。林内的湿度总比林外高。森林能增加降水。森林能增加降水。森林上空上升运动较强森林上空上升运动较强 。2021/2/7411.什么叫小气候和农田小气候?2.为了提高作物层内的透光性,应采取哪些措施?3.为了提高作物层内的通风性，应采取哪些措施?4.改良农田小气候的技术措施有哪些?简单叙述这些措施对农田小气候的影响?5.怎样调节温室内的温度?怎样提高温室内CO2的浓度?6.简述覆盖塑料薄膜的小气候效应。7.简述地形、水域小气候的特点。8.从农业气象角度来看，为什么要修剪果树?
