第9章农业小气候基础.ppt

第七章 农业小气候基础第一节 小气候形成的物理基础第二节 农业小气候一般特征第三节 地形、水域小气候第四节 农业措施的小气候效应第五节 温室小气候思考题推荐阅读文献,第一节小气候形成的物理基础一、概念二、小气候形成的基本原理三、活动面和活动层,一、概念（一）小气候：小范围地区由于下垫面性质和状况的不同，在近地面空气与土壤层中出的局地气候。如地形小气候、水域小气候、作物小气候、果园小气候、温室小气候、保护地小气候等。A 与大气候的关系B 中气候LOCALCLIMATE，城市小气候、森林小气候C 农业小气候：以植物为下垫面（二）小气候的特点（1）范围较小（2）差别大（3）稳定性强,二、小气候形成的基本原理（一）太阳辐射对小气候形成的作用（1）辐射分布：A平地，坡地B森林内部或农作物中（2）反射率：主要取决于其颜色、湿度和粗糙度、太阳光入射角等（3）有效辐射：与低温和霜冻害等有关。（4）辐射平衡：小气候差异的主要原因。与反射率差和有效辐射差有关。通常谷类作物完全覆盖：反2530%，吸50-65%，透10-12%；稻田：1.2%有机质，其中穗53%，茎31，叶13，根2，残叶1,（二）热量平衡RTLEMB（1）地气层的乱流交换 M1作用：各高度上的热量、水分、动量都进行交换，使上下层间原有的温度差异、湿度差异和风速差异减小。还对植物花粉和种子的扩散、大气污染物的扩散产生重要的影响。2原因：动力，由温差引起，主导作用热力，冷季，大风天气3边界层：流速受下垫面影响的区域，受粘滞力影响片流亚层流速为0（2）地表层蒸发耗热LE 在地表面热平衡中占有重要地位，特别是对湿润地面和水面。（3）传导B 指地表面与下层土壤的热量交换，这是一种分子导热，与土壤导温系数和温度梯度有关。农田中，光合作用点RT8%，M占B的1020%，B点RT的10%，所以LE是主导作用，尤其是在水田中，LE可占90%以上。,三活动面和活动层凡能借以辐射作用吸收释放热量，从而调节邻近空气和土壤的温度湿度状况的表面。它是物质面与物质面的交界。土壤：表面；水面，上方，农田：内外活动面,第二节农业小气候一般特征1农田中的太阳辐射和光能分布2温度3湿度4风的分布5 CO2,1农田中的太阳辐射和光能分布（1）反射、透射和吸收两个吸收带：A生理辐射(约在可见光范围)部分，可吸收85%的入射辐射；B长波辐射部分（2）分布 beer-lamberts law Sy为植物下任-高度上的辐射强度，S为入射辐射的强度，a为植物消光系数，与植物群体结构特征量有关。F(y)为由植被上表面向下累积的叶面积指数(每单位面积向下的总叶面积)。(3)特点：初期：上下差异不大封行后：要求适中，以得群体优势。后期：只要保证上部光照。,2温度A分蘖前或植物稀疏，与裸地情况基本相同，即日射型和辐射型。B封行后，外活动面形成，空气交换大为降低。温度的极植出现在外活动面上。C后期，茎叶枯黄脱落，又和生育初期相近，温度的最高和最低又出现在地面附近。D水田，由于紧贴水面的一薄层，白天蒸发耗热多，夜间冷却慢，所以，和旱地情况相反，白昼为辐射型的温度分布，而夜间却为日射型分布。,3湿度湿度分布和变化，与温度、蒸发和乱流有关。A绝对湿度：与温度相似B相对湿度生长初期，不论昼夜RH都是随高度而降低的。生长盛期，白天RH在茎叶密集的区域附近最高，地表附近次之；夜间气温都比较低，在所有高度上RH都比较接近。生长末期，白天RH和生育中期的相近，夜间地面温度较低，最大RH又出现在地表附近。水田：不论昼夜a都是随高度升高而降低；RH白天随高度降低，夜间则有增加的趋势。,4风的分布风的分布，除随作物生长密度和高度发生变化外，还与栽培措施密切相关。粗糙高度：在垂直方向上，裸地风速为零的高度Z0离地面很近，而在农田中，株间风速分布状态有两层。粗糙高度会升高。层中，风速随高度增加，呈指数状态增大I层中，建立模式困难，有近似的指数规律。,5 CO2CO2分布与近地气层CO2被固定和释放的情况有关。植被和大气层在日夜间作为CO2的汇和源，并进行交替作用，形成群体内CO2浓度垂直分布的特殊性，从玉米地的CO2浓度廓线图。1光合型：白天光合作用旺盛，CO2被大量固定，离作用面越近，CO2浓度越低；2呼吸型：夜间光合作用停止，越近作用面，CO2浓度越大；3过渡型：早晨和傍晚。,第三节农业措施的小气候效应一种植措施 二灌溉措施三喷洒化学制剂四覆盖,一种植措施（1）种植行向 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温南北行向。冬半年的情况正好相反。结论：对热量需求突出的秋播作物，应考虑NS行向，对光照要求较高的春播作物，采取EW行向均能获得较好的透光条件。（2）种植密度生育初期，影响不大，随着植株的长大，密度增加郁闭程度随之增加光强减小。对温度的影响：白天明显，密温度降低，农田消耗水分量增多，土壤湿度降低，空气湿度上升。,二灌溉措施（1）灌溉影响农田的辐射和热量平衡。（2）改善灌溉地农田水分状况，对贴地气层中的水分状况也产生较大的影响。（3）农业意义：在寒冷季节可以提高最低温度，防御作物低温冷害和冻害。在盛夏高温干旱季节，灌溉可以降低土温和气温，提高空气湿度，利于作物生育。,三喷洒化学制剂实质：在土壤、水或植物表面喷一层单分子或多分子膜，起到增温或降温作用。增温剂：封闭了土壤毛细管出口，抑制蒸发，减少耗热降温剂：白色增加反射率，化学物质结合水释放，吸热。,四覆盖1概况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面复盖物：不透明的：瓦片、草帽、泥瓦盆、蒲包、草席等。夜间覆盖透明：纸罩、纸垅、玻璃窗、塑料薄膜等。2小气候特点A辐射和光照状况浅色提高下垫面的反射率，有利于增加作物层中下部叶片的光合强度，改善果实着色，提高品质。深色减小反射率，增加地面对太阳辐射的吸收而提高土壤温度。B温度状况B1覆盖物的透性：透明尼龙的透光率最达80%左右；而油纸最差，为50%左右。要适时进行揭盖，防止昼间高温为害。B2塑料薄膜覆盖，是近代农业新技术之一，优点：如透光率大，能透过紫外线，伸张性强，富于弹性，打击不破碎、轻便等B3增温保墒膜剂C水分状况各种覆盖都能不同程度地抑制土壤蒸发，有助于保持土壤水分和降低空气湿度.,地膜覆盖的气象效应,第五节 温室小气候一温室布局与大气候二 温室小气候特点三 农业气象要素的调控方法,一温室布局与大气候美国：60%集中在南部的加州，佛罗里达等地日本：主要集中在35N以南地区荷兰：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10C，小于-5C的负积温为世界同纬的1-4倍，因此消耗的燃料多。供暖条件：最低温度=致死温度，保证率达100%目前塑料大棚面积有3839万hm2，人均约3.15m2。首先在中纬度32N37N地区发展，然后向北向南推进，向北推广到北纬40N以北地区的吉林和黑龙江地区，向南推进到东南沿海,二 温室小气候特点(一)辐射(光照)1材料：薄膜透过率80-90%玻璃90%2温室结构：通常屋顶角40，反射率剧增。通常干洁薄膜损20%，水滴尘埃20%，反射10%，遮荫5%，总损失达50-60%。,（二）热量1热量热量平衡方程如下：B=Q1+P+LE 2温度A温度变化A1时间变化：依附型，区间型，恒温型A2空间变化：与室外气候，控制方式，植物群体结构有关。通常当T外T内时，靠边T下降，空气下沉，中央上升。,2温度A温度变化A1时间变化：依附型，区间型，恒温型A2空间变化：与室外气候，控制方式，植物群体结构有关。通常当T外T内时，靠边T下降，空气下沉，中央上升。B增温效果自然日光温室白天比室外高2以上，夜间一般比室外高14，有时反而比室外低。与温室的保温比、通风换气状况、水分消耗量、覆盖材料的辐射特性、天气条件有关。不同保温覆盖物的保温效果差异达210。,(三)湿度和蒸发水汽：与室内土表蒸发，植物蒸腾和换气率以及外界空气的湿度状况有关。相对湿度：有明显日变化，夜间往往高达100%，持续高湿会抑制作物蒸腾，导致作物病害。日较差：晴天大，阴天较小。地面湿润时大，干燥时较小。(四)风A通风的作用：防止室内白天高温，夜间高湿，补充二氧化碳和氧气，排除有害气体。气流速度对作物体温，净光合强度和蒸腾有显著影响。室内气流一般以0.40.5ms-1为宜。B自然通风：原动力是室内外温差形成的浮力及外界的风压。C强制通风：,(五)CO2A影响：作物生育状况、室内辐照度、CO2供应和通风等因素。白天，室内二氧化碳浓度主要受作物光合作用量和通风量支配。夜间，则由通风量和作物呼吸量制约。B变化：有明显日变化。日落后逐渐升高，清晨时最高，约达5001000L/L，日出后迅速下降，经12h可降到100L/L以下，接近补偿点。通风后，可维持在300L/L的水平上。CO2气肥现已成为温室栽培的增产措施之一。,三 农业气象要素的调控方法(一)辐射（1）温室结构设计合理，温室材料选择得当（2）提高温室辐射透过率：A经常冲洗表面；B采用各种特殊用途薄膜，以增加透过率和改变光谱成分；C常采用抹平涂白北墙，或放置反光板以增加床面辐射量；D使用各种电光源进行人工补光。（3）遮光：A玻璃面涂白；B覆盖各种遮光物，如遮光纱网、不织布、遮光保温幕、苇帘等；C玻璃面流水可遮光25%，降低室温4。（4）调节作物畦垄方向和株行距,(二)温度温室温度调节主要包括保温、加温、降温和变温管理四方面。A保温：增大保温比，。堵塞缝隙，防止热量外流。设置防寒沟，减少或防止土壤贮存热量向水平方向外流。所有增大辐射透过率的措施，均能起保温或增温作用。减少温室内地表的蒸散量，以增加白天土壤的贮热量。,B加温B1方式：煤火加热：电器加热：；热水管道再加上散热器的加热。B2地温提高：铺置地膜、电热线、酿热物（马粪、厩肥、饼肥、猪、牛粪、稻草、麦秸、枯草及有机垃圾等地表覆盖物）。B3温室补光加温设计应满足以下要求：根据按植物生育需要设定的温室内气、地温指标值，来确定加温设备的容量；尽量节约设备费用和燃料用量；要求加温设备配置分布合理，调温能力高，而且遮阴占地均少，便于生产。C温室变温管理：是适应作物对昼夜变温生理要求而实行的人工措施。D降温：通常与遮光通风换气、降湿（或增湿）措施联系在一起的。目前常用的降温方法是湿帘降温，可使温室气温降至湿球温度附近。,(三)湿度目的：防止作物沾湿感染病害和降低空气湿度。表21-3 被动除湿法 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。,主动除湿方法 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。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 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。,对土壤湿度的调控，主要通过控制灌溉来实现。,(四)CO2浓度目的：解决白天温室内CO2的亏缺。方法：1自然通风和强制通。在通风的同时，调节了空气温度和湿度。2施用有机肥，以提高土壤释放CO2的能力。3人工施放CO2,(五)空气流动的调控1方式：自然换气强制换气：2 设施风机：轴流式风机；离心式风机；贯流式风机。风管：园形风管；短形风管。3步骤：计算温室送风量。；确定新风量。确定气流组织的方式和适用范围。安装导风管、换气扇等。,第六节 农田防护林一、防风原理,思考题1什么是设施农业？农业设施的作用是什么？2在设施环境中，常用哪些覆盖物？其增温（保温）效果分别如何？3简述在温室管理中，辐射、温度及湿度的调控方法。4农业活动对小气候的调控措施有哪些？,推荐阅读文献1黄寿波农业小气候学 杭州：浙江大学出版社，20012翁笃鸣等小气候和农田小气候 北京：农业出版社，1981,