农业气象学二氧化碳与农业生产

1、CO2、风与农业生产风与农业生产 1 1 二氧化碳对植物的影响二氧化碳对植物的影响 2 2 农田二氧化碳状况及其调控农田二氧化碳状况及其调控 3 3 风对农业生产的影响及调控风对农业生产的影响及调控 本章重点：本章重点： 碳循环、碳循环、COCO2 2饱和点与补偿点等基本概念饱和点与补偿点等基本概念 COCO2 2增加对农业生产的影响及增加对农业生产的影响及COCO2 2调控技术调控技术 农田作物群体农田作物群体COCO2 2通量及浓度变化规律分析通量及浓度变化规律分析 本章难点：本章难点： 农田农田COCO2 2浓度变化规律分析。浓度变化规律分析。 主要内容：主要内容： 碳循环简介碳循环简介

2、 COCO2 2对植物的影响对植物的影响 一、碳循环简介一、碳循环简介 （一）碳循环的概念（一）碳循环的概念 碳循环是指碳素在地球的各个圈层碳循环是指碳素在地球的各个圈层( (大气圈、水圈、生物大气圈、水圈、生物 圈、土壤圈、岩石圈圈、土壤圈、岩石圈) )之间迁移转化和循环周转的过程。之间迁移转化和循环周转的过程。 在漫长的地球历史进程中，碳循环最初只是在大气圈、在漫长的地球历史进程中，碳循环最初只是在大气圈、 水圈和岩石圈中进行，随着生物的出现，有了生物圈和土壤水圈和岩石圈中进行，随着生物的出现，有了生物圈和土壤 圈，碳循环便在五个圈层中进行。碳循环的主要途径是：大圈，碳循环便在五个圈层中进

3、行。碳循环的主要途径是：大 气中的气中的COCO2 2被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质 过程以及人类活动干预，又以过程以及人类活动干预，又以COCO2 2的形式返回到大气中。的形式返回到大气中。 大气圈大气圈 CO2 生物圈生物圈 CO2固定固定 土壤呼吸土壤呼吸 溶解吸收溶解吸收 有机质分解有机质分解 交换释放交换释放 风化溶蚀风化溶蚀 固定沉积固定沉积 生物残体归还生物残体归还 生物有机体归还生物有机体归还 沉积固定沉积固定 呼吸分解呼吸分解 光合固定光合固定 植物燃烧植物燃烧 径流携带径流携带 化石燃料燃烧、火山爆发、化石燃料燃烧、

4、火山爆发、 岩石风化岩石风化 土壤圈土壤圈 水圈水圈 岩石圈岩石圈 碳循环简图碳循环简图 碳循环的主要形式：碳循环的主要形式： 碳在自然界中的存在形式：碳在自然界中的存在形式： 碳在生物体内的存在形式：碳在生物体内的存在形式： 碳进入生物体的途径：碳进入生物体的途径： 碳在生物体之间传递途径：碳在生物体之间传递途径： 碳进入大气的途径：碳进入大气的途径： CO2； CO2和碳酸盐；和碳酸盐； 含碳有机物；含碳有机物； 绿色植物的光合作用；绿色植物的光合作用； 食物链；食物链； 生物的呼吸作用生物的呼吸作用 分解者的分解作用分解者的分解作用 化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧 因此，若因此，若COCO

5、2 2发生量变，必然会对碳循发生量变，必然会对碳循 环产生重大影响。维护碳循环正常运行的环产生重大影响。维护碳循环正常运行的 关键是控制关键是控制COCO2 2的排放量。的排放量。 （二）大气中的（二）大气中的COCO2 2浓度浓度 在地质历史时期，碳的流通缓慢，而且一直在进行沉在地质历史时期，碳的流通缓慢，而且一直在进行沉 积，在岩石中积存的碳约达积，在岩石中积存的碳约达1 1* *101016 16t t，在化石燃料中的碳约 ，在化石燃料中的碳约 积存有积存有1 1* *101013 13t t，这些碳被长期封存地下，从未在短期内大 ，这些碳被长期封存地下，从未在短期内大 量逸出。因此，大

6、气中的量逸出。因此，大气中的COCO2 2含量是个恒量，或者说接近恒含量是个恒量，或者说接近恒 量，从而维持了碳循环的相对稳定和平衡。量，从而维持了碳循环的相对稳定和平衡。 但自从人类出现以来，特别是工业革命以来，一系列但自从人类出现以来，特别是工业革命以来，一系列 与碳元素有关的经济活动不断加入到碳循环过程中来，其与碳元素有关的经济活动不断加入到碳循环过程中来，其 中最主要的活动是燃烧矿物燃料和砍伐森林，结果打破了中最主要的活动是燃烧矿物燃料和砍伐森林，结果打破了 碳循环原有的平衡，使大气中的二氧化碳浓度增加。碳循环原有的平衡，使大气中的二氧化碳浓度增加。 工业革命前，大气中的工业革命前，大

7、气中的COCO2 2 为为280ppm280ppm左右。其后不断增左右。其后不断增 加，增长速度不断加快。加，增长速度不断加快。 年增长速度：年增长速度： 1840184019001900年，年，0.12ppm0.12ppm； 1900190019601960年，年，0.34ppm0.34ppm； 1960196020002000年，年，1.32ppm1.32ppm。 至至20002000年，全球大气中的年，全球大气中的COCO2 2浓度已经达到浓度已经达到369ppm369ppm。 1 1、大气中、大气中COCO2 2的来源和去向的来源和去向 （1 1）大气中）大气中COCO2 2的来源的来

8、源 海洋。它是人类活动影响前大气中海洋。它是人类活动影响前大气中COCO2 2 最重要的最重要的 一个源。据估算，全球由海洋到大气的一个源。据估算，全球由海洋到大气的COCO2 2平均净通量约平均净通量约 为为 4.1514.151* *10108 8 t(C)/a t(C)/a。 土壤。它是大气中土壤。它是大气中COCO2 2的另一个重要的源，每年的另一个重要的源，每年 约约0.2730.273* *10108 8 t(C) t(C)的的COCO2 2由土壤直接进入大气。由土壤直接进入大气。 人类活动。包括大量使用煤、石油、天然气人类活动。包括大量使用煤、石油、天然气 等矿物质燃料向大气排放

9、等矿物质燃料向大气排放COCO2 2以及破坏植被影响以及破坏植被影响COCO2 2 的的 吸收与同化。吸收与同化。 有些研究的估算认为，在有些研究的估算认为，在1850185019501950年的年的100100年间，年间， 由于人类活动而进入大气中的碳达由于人类活动而进入大气中的碳达1.81.8* *101011 11t t，其中 ，其中1/31/3 来自化石燃料燃烧，其余来自化石燃料燃烧，其余2/32/3则来源于植被破坏特别是则来源于植被破坏特别是 森林破坏，从而影响了大气碳平衡。森林破坏，从而影响了大气碳平衡。 （2 2）大气中）大气中COCO2 2的去向的去向 生物圈。植物通过光合作用

10、吸收同化大气中生物圈。植物通过光合作用吸收同化大气中 的的COCO2 2而形成有机物质，从而使而形成有机物质，从而使COCO2 2进入生物圈。据估进入生物圈。据估 算，陆地生态系统与大气中算，陆地生态系统与大气中COCO2 2交换的净通量为交换的净通量为 4.3424.342* *10108 8 t(C)/a t(C)/a。 水圈。大气中水圈。大气中COCO2 2溶解进入水圈。溶解进入水圈。 COCO2 2+H+H2 2O HO H2 2COCO3 3 岩石圈。大气中岩石圈。大气中COCO2 2经过淋溶及化学反应进入经过淋溶及化学反应进入 岩石圈。岩石圈。 H H2 2COCO3 3+Ca+C

11、a+ + CaCO CaCO3 3+2H+2H+ + back （一）植物对（一）植物对COCO2 2的吸收和利用的吸收和利用 1 1、植物吸收、植物吸收COCO2 2的过程的过程 （1 1）从大气通过湍流和对流交换输送到叶片）从大气通过湍流和对流交换输送到叶片 附近。这段路程最长，附近。这段路程最长，COCO2 2与叶片的距离以与叶片的距离以m m或或cmcm 来计算，该段路程阻力最小。来计算，该段路程阻力最小。 二、二、 COCO2 2对植物的影响对植物的影响 （2 2）从叶片周围通过气孔到达叶肉细胞的）从叶片周围通过气孔到达叶肉细胞的 表面。距离不到表面。距离不到1cm1cm，此段路程是

12、气相扩散，其，此段路程是气相扩散，其 阻力的大小首先决定于气孔阻力的大小，此外阻力的大小首先决定于气孔阻力的大小，此外 COCO2 2分子还要克服叶片内表皮阻力，才能到达叶分子还要克服叶片内表皮阻力，才能到达叶 肉细胞表面。肉细胞表面。 （3 3）从叶肉细胞的表面进入到叶绿体内。）从叶肉细胞的表面进入到叶绿体内。 距离最短，在距离最短，在1mm1mm以下，在这段路程中，以下，在这段路程中，COCO2 2首先首先 要克服叶肉阻力，其后要克服叶肉阻力，其后COCO2 2分子要穿过液相原生质，分子要穿过液相原生质， 才能到达叶绿体，再进入到叶绿体内层的光化学才能到达叶绿体，再进入到叶绿体内层的光化学

13、 反应中心。反应中心。 所以，所以，COCO2 2在由空气到叶绿体内的物理传递在由空气到叶绿体内的物理传递 过程中受到一系列阻力的影响，包括：过程中受到一系列阻力的影响，包括： 叶片边界层阻力叶片边界层阻力r ra a 气孔阻力气孔阻力r rs s 叶肉阻力叶肉阻力r rm m （4 4）COCO2 2向叶内扩散的数学表达式向叶内扩散的数学表达式 在这三种阻力的作用下，表达在光合作用中在这三种阻力的作用下，表达在光合作用中COCO2 2向叶内向叶内 扩散量扩散量(P(Pc c) )的关系式为：的关系式为： 式中，式中，f fc c为为COCO2 2单位换算系数，即将单位换算系数，即将mg/kg

14、mg/kg换算为换算为g /cmg /cm3 3 COCO2 2 的系数。的系数。 msa cc rrr COCO fP )()( 22 叶绿体大气 2 2、植物对、植物对COCO2 2的利用的利用 二氧化碳是光合作用的原料，对光合速率影二氧化碳是光合作用的原料，对光合速率影 响很大。从上式可知，植物吸收利用响很大。从上式可知，植物吸收利用COCO2 2的状况，的状况， 与周围空气的与周围空气的COCO2 2浓度有关，即浓度越大，浓度有关，即浓度越大，COCO2 2向向 叶内扩散量就越大。但植物的光合速率与叶内扩散量就越大。但植物的光合速率与COCO2 2浓浓 度并非简单的直线关系，下面介绍两

15、个重要的度并非简单的直线关系，下面介绍两个重要的 概念。概念。 （1 1）COCO2 2饱和点饱和点 在辐射能充分满足的条件下，植物光合速率在辐射能充分满足的条件下，植物光合速率 不再随不再随COCO2 2浓度增加而增大时的浓度增加而增大时的COCO2 2浓度称为浓度称为COCO2 2饱和饱和 点。点。 （2 2）COCO2 2补偿点补偿点 植物光合作用所同化的植物光合作用所同化的COCO2 2与呼吸作用释放的与呼吸作用释放的 COCO2 2达到平衡时，环境中的达到平衡时，环境中的COCO2 2浓度称为浓度称为COCO2 2补偿点。补偿点。 各种植物的各种植物的CO2补偿点不同，玉米、高粱、谷

16、补偿点不同，玉米、高粱、谷 子等子等C4植物的补偿点一般小于植物的补偿点一般小于10ppm称低称低CO2补偿补偿 点植物；小麦、水稻、棉花、大豆等点植物；小麦、水稻、棉花、大豆等C3植物的补偿植物的补偿 点为点为40150ppm，称为高称为高CO2补偿点植物。多数植补偿点植物。多数植 物的物的CO2饱和点为饱和点为8001800ppm，现在大气中现在大气中CO2 的浓度约为的浓度约为370ppm。大大超过补偿点而远离饱和点大大超过补偿点而远离饱和点 ，CO2浓度的增加，必定加快光合作用的强度，增浓度的增加，必定加快光合作用的强度，增 加农作物的光合产量，从而加快植物生长。加农作物的光合产量，从

17、而加快植物生长。 （3 3）影响植物同化）影响植物同化COCO2 2速率的因子速率的因子 a a、种间差异、种间差异 C C4 4植物同化植物同化COCO2 2的速率比的速率比C C3 3植物大得多。据植物大得多。据 测定，在适宜的环境条件和同样的光强、测定，在适宜的环境条件和同样的光强、COCO2 2浓浓 度下，度下，C C4 4植物的产量要比植物的产量要比C C3 3植物高出近一倍。植物高出近一倍。 b b、光强的影响、光强的影响 光强与光强与COCO2 2浓度互为限制因子，若光强很小，浓度互为限制因子，若光强很小， 即使二氧化碳浓度较大，光合作用强度仍不可即使二氧化碳浓度较大，光合作用强

18、度仍不可 能大；反之，若二氧化碳浓度很小，即使光强能大；反之，若二氧化碳浓度很小，即使光强 较强，也不能使光合作用达到最大水平。较强，也不能使光合作用达到最大水平。 c c、温度的影响、温度的影响 在光强和在光强和COCO2 2浓度条件得到满足时，植物浓度条件得到满足时，植物 同化同化COCO2 2的速率随温度的变化呈抛物线型。的速率随温度的变化呈抛物线型。 d d、水分的影响、水分的影响 当水分不足时，气孔变狭，减少当水分不足时，气孔变狭，减少COCO2 2吸收；吸收； 同时原生质的水合作用减弱，光合能力降低。而同时原生质的水合作用减弱，光合能力降低。而 水分过多时植物生长发育受到影响，水分

19、过多时植物生长发育受到影响，COCO2 2吸收亦吸收亦 会逐渐减弱甚至停止。会逐渐减弱甚至停止。 e e、风的影响、风的影响 风的影响主要包括三个方面。风的影响主要包括三个方面。 一是空气流动可不断地从群体外部向群体内一是空气流动可不断地从群体外部向群体内 部输送和补充部输送和补充COCO2 2； 二是加强群体内部的湍流交换，把下层叶片二是加强群体内部的湍流交换，把下层叶片 以及土壤呼吸放出的以及土壤呼吸放出的COCO2 2带到光合能力较强的群带到光合能力较强的群 体上层；体上层； 三是风速逐渐增大会使三是风速逐渐增大会使COCO2 2扩散阻力明显减扩散阻力明显减 小。小。 f f、群体结构的

20、影响、群体结构的影响 直立叶片较多的群体，通风、透光情况良直立叶片较多的群体，通风、透光情况良 好，有利于群体中好，有利于群体中COCO2 2的扩散，对提高群体光的扩散，对提高群体光 合能力及干物质积累有利。合能力及干物质积累有利。 （二）（二）COCO2 2浓度增加对作物直接影响的浓度增加对作物直接影响的 试验研究试验研究 1 1、试验装置与设备、试验装置与设备 人工增加人工增加COCO2 2浓度也称为浓度也称为COCO2 2施肥，研究施肥，研究COCO2 2浓度增加浓度增加 对作物影响的试验装置主要有温室、人工气候箱、气室对作物影响的试验装置主要有温室、人工气候箱、气室 和开放式试验田（和

21、开放式试验田（free-air COfree-air CO2 2 enrichment enrichment）等。）等。 开放式试验田开放式试验田 指在自由空气中增加指在自由空气中增加COCO2 2，它摆脱了上述，它摆脱了上述 设备小空间、微环境的影响，直接在自然环设备小空间、微环境的影响，直接在自然环 境下进行境下进行COCO2 2增加的模拟试验，因其试验尺度增加的模拟试验，因其试验尺度 大，通风良好，光照、温度、湿度和风等环大，通风良好，光照、温度、湿度和风等环 境条件十分接近自然农田，所以在开放式试境条件十分接近自然农田，所以在开放式试 验田中获得的数据更接近于真实情况。验田中获得的数据

22、更接近于真实情况。 COCO2 2气源气源 a.a.干冰。价格昂贵，且降低气温。干冰。价格昂贵，且降低气温。 b.COb.CO2 2发生剂。碳酸氢铵、碳酸盐加稀硫酸、石灰石发生剂。碳酸氢铵、碳酸盐加稀硫酸、石灰石 加盐酸在加盐酸在COCO2 2发生器中化学反应释放发生器中化学反应释放COCO2 2。成本较高，安全。成本较高，安全 性差，易造成有毒气体污染。性差，易造成有毒气体污染。 c.c.工业尾气。如化肥厂、酒精厂生产过程中产生的工业尾气。如化肥厂、酒精厂生产过程中产生的 COCO2 2气体，压缩于钢瓶中。使用效果比较理想。气体，压缩于钢瓶中。使用效果比较理想。 d.d.燃料。燃烧天然气、石

23、油、煤油等释放燃料。燃烧天然气、石油、煤油等释放COCO2 2。有污。有污 染。染。 2 2、部分试验研究数据、部分试验研究数据 （1 1）COCO2 2 浓度增加对作物光合作用的影响浓度增加对作物光合作用的影响 （2 2）COCO2 2 浓度倍增对作物发育期和株高的影响浓度倍增对作物发育期和株高的影响 从上表可知从上表可知, CO, CO2 2浓度倍增使棉花发育提前浓度倍增使棉花发育提前8d,8d,冬小麦和大冬小麦和大 豆分别提前豆分别提前4d 4d 和和2d, 2d, 对玉米没有影响。对玉米没有影响。COCO2 2浓度倍增对冬小浓度倍增对冬小 麦株高的影响最为明显麦株高的影响最为明显, ,

24、 增高量达增高量达14cm , 14cm , 其次是棉花和大其次是棉花和大 豆豆, , 对玉米影响不大。对玉米影响不大。 （3 3）COCO2 2 浓度倍增对作物生物量浓度倍增对作物生物量( (干重干重) ) 的的(g/(g/株株) )的影响的影响 从上表可知从上表可知, CO, CO2 2浓度增加浓度增加, , 作物生物量随之增加，但作物生物量随之增加，但4 4 种作物地下和地上两部分生物量的增长率并不平衡种作物地下和地上两部分生物量的增长率并不平衡, ,玉米和玉米和 冬小麦根的增长最为明显冬小麦根的增长最为明显, , 其次为大豆其次为大豆, , 而棉花根的增长率而棉花根的增长率 略低于地上

25、的增长率。略低于地上的增长率。 （4 4）COCO2 2 浓度倍增对作物产量（浓度倍增对作物产量（g/g/株）的影响株）的影响 COCO2 2浓度增加浓度增加, 4 , 4 种作物产量呈增加趋势种作物产量呈增加趋势, , 其中大豆增其中大豆增 长最为明显长最为明显, , 增长率达增长率达67.1% , 67.1% , 冬小麦和棉花次之冬小麦和棉花次之, , 且增长且增长 幅度十分相近幅度十分相近, , 玉米仍最小。玉米仍最小。 （5 5）COCO2 2 浓度增加对黄瓜生长发育的影响浓度增加对黄瓜生长发育的影响 （6 6）温室蔬菜施用）温室蔬菜施用COCO2 2 气肥后的增产作用气肥后的增产作用

26、 3 3、部分研究结论、部分研究结论 提高植物的光饱和点；提高植物的光饱和点； 能促进植物的光合作用，增加植物生物量的累能促进植物的光合作用，增加植物生物量的累 积；积； 能显著提高能显著提高C C3 3作物产量，但对作物产量，但对C C4 4作物产量的影响作物产量的影响 较小；较小； 对根系生长的促进作用要大于地上部分；对根系生长的促进作用要大于地上部分； 对大多数作物的物候略有加速。对大多数作物的物候略有加速。 会减小气孔开度，从而降低蒸腾量，提高水分利会减小气孔开度，从而降低蒸腾量，提高水分利 用率。用率。 温室蔬菜的二氧化碳适宜施放期随蔬菜种温室蔬菜的二氧化碳适宜施放期随蔬菜种 类及其

27、生育期而异类及其生育期而异 黄瓜、西葫芦等瓜类蔬菜宜在开花初期开始黄瓜、西葫芦等瓜类蔬菜宜在开花初期开始 施放二氧化碳。施放二氧化碳。 芹菜等叶菜类蔬菜则应在封垄后开始施放二芹菜等叶菜类蔬菜则应在封垄后开始施放二 氧化碳。氧化碳。 温室一天内温室一天内COCO2 2的适宜施放时间在不同季节有的适宜施放时间在不同季节有 所不同。所不同。 在深秋和初冬季节在深秋和初冬季节, ,宜在下午收风后施放。宜在下午收风后施放。 在隆冬季节在隆冬季节, ,温室不放风或放风时间很短温室不放风或放风时间很短, ,宜在宜在 上午上午11 11 时左右施放。时左右施放。 在晚冬和初春季节在晚冬和初春季节, ,放风时间

28、较长放风时间较长, ,宜将一次施宜将一次施 放改为两次施放放改为两次施放, ,放风前放风前1h 1h 施放一次施放一次, ,收风后再施收风后再施 放一次。放一次。 温室人工增施温室人工增施COCO2 2 的适宜浓度的适宜浓度 国内外许多学者曾做过大量试验国内外许多学者曾做过大量试验, , 但因试验条但因试验条 件、供试蔬菜和栽培方式等各不相同件、供试蔬菜和栽培方式等各不相同, , 试验结果有试验结果有 很大差异。多数学者认为很大差异。多数学者认为: : 一般温室蔬菜生长和产一般温室蔬菜生长和产 量形成的量形成的COCO2 2 适宜浓度为适宜浓度为6006001500ppm1500ppm。 （三

29、）（三）COCO2 2浓度增加对农业生产的间接浓度增加对农业生产的间接 影响影响 “温室效应温室效应”将导致气温上升，使各地作物生长将导致气温上升，使各地作物生长 季延长，从而使农作物种植界限和耕作制度发生变化。季延长，从而使农作物种植界限和耕作制度发生变化。 在中纬度地区，可减弱低温对作物的胁迫作用，在中纬度地区，可减弱低温对作物的胁迫作用， 使产量和质量提高。使产量和质量提高。 可能使害虫数量大幅度增加，危害期延长。可能使害虫数量大幅度增加，危害期延长。 可能加速农药和肥料的分解，降低杀虫剂和除草可能加速农药和肥料的分解，降低杀虫剂和除草 剂的效率。剂的效率。 可能使一些地区更加湿润，而使

30、另一些地可能使一些地区更加湿润，而使另一些地 区更加干旱。区更加干旱。 COCO2 2浓度增加虽对植物蒸腾有抑制作用，浓度增加虽对植物蒸腾有抑制作用， 会使植物的水分利用率随之提高，但它导致的气会使植物的水分利用率随之提高，但它导致的气 候变暖又可使蒸发量增加，减小水分的有效性，候变暖又可使蒸发量增加，减小水分的有效性， 这两种效应的方向是相反的。这两种效应的方向是相反的。 主要内容：主要内容： 时间变化和空间变化时间变化和空间变化 农田农田COCO2 2通量密度及其时间变化通量密度及其时间变化 土壤和近地层土壤和近地层COCO2 2调控技术调控技术 （一）时间变化（一）时间变化 1 1、日变

31、化日变化 作物的不同发育阶段，不同时间和地点，作物的不同发育阶段，不同时间和地点， 农田农田COCO2 2浓度的日变化趋势是基本一致的。白浓度的日变化趋势是基本一致的。白 天天COCO2 2浓度随光合作用的增强而不断降低，日浓度随光合作用的增强而不断降低，日 落后落后COCO2 2浓度则升高，日出前达最大值。浓度则升高，日出前达最大值。 晴天与昙天温室内二氧化碳浓度的日变化曲线晴天与昙天温室内二氧化碳浓度的日变化曲线 阴天和晴间多云天气温室内二氧化碳浓度的日变化曲线阴天和晴间多云天气温室内二氧化碳浓度的日变化曲线 2 2、年变化、年变化 在北纬在北纬3030度以北地区的大气中，从度以北地区的大

32、气中，从4 4月至月至9 9 月，月，COCO2 2浓度减少浓度减少3 3。且土壤中有机质也在不。且土壤中有机质也在不 断分解。大气中断分解。大气中COCO2 2浓度一般在夏末秋初达到浓度一般在夏末秋初达到 最低值，最低值，1010月到次年月到次年3 3月是一个积累时期，浓月是一个积累时期，浓 度逐渐上升，到冬末春初达到最大值。度逐渐上升，到冬末春初达到最大值。 （二）空间变化（二）空间变化 CO CO2 2浓度的垂直变化由近地气层浓度的垂直变化由近地气层COCO2 2被固定和释放的被固定和释放的 情况所决定。当地面覆有植被，光合作用旺盛时，二氧情况所决定。当地面覆有植被，光合作用旺盛时，二氧

33、 化碳被大量固定，二氧化碳浓度随高度下降而明显降低，化碳被大量固定，二氧化碳浓度随高度下降而明显降低， 呈光合型。这期间，从地面到呈光合型。这期间，从地面到1616千米高度，二氧化碳浓千米高度，二氧化碳浓 度均低于度均低于320320ppmppm。在光合作用微弱甚至停止时，只有土在光合作用微弱甚至停止时，只有土 壤及动物呼吸和燃烧等释放二氧化碳的过程，则越近地壤及动物呼吸和燃烧等释放二氧化碳的过程，则越近地 面，浓度越高，呈呼吸型。这期间，从地面到面，浓度越高，呈呼吸型。这期间，从地面到1616千米高千米高 度，二氧化碳浓度均高于度，二氧化碳浓度均高于320320ppmppm。 1 1、计算方

34、法、计算方法 近地层中近地层中COCO2 2的垂直通量，决定于湍流扩散的垂直通量，决定于湍流扩散 机制。因此机制。因此 ，可以从湍流扩散角度来得到农田，可以从湍流扩散角度来得到农田 上方上方COCO2 2的铅直输送公式，即：的铅直输送公式，即： 式中，式中，q qc c为铅直方向的为铅直方向的COCO2 2通量；通量；f fc c为单位换算为单位换算 系数；系数；k kc c为为COCO2 2湍流交换系数；湍流交换系数； 为为COCO2 2浓度的浓度的 铅直梯度。铅直梯度。 z c ccc kfq z c 应用桑斯威特应用桑斯威特- -霍尔兹曼公式将上式改写为：霍尔兹曼公式将上式改写为： 式中

35、，式中，u u1 1、u u2 2和和c c1 1、c c2 2分别为分别为z z1 1、 z z2 2高度上的平均高度上的平均 风速和风速和COCO2 2浓度；浓度；是卡曼常数，一般取是卡曼常数，一般取0.40.4；d d为为 零平面位移；零平面位移；为常数；为常数； R Ri i为理查逊数，是表征为理查逊数，是表征 大气层结稳定程度的量。大气层结稳定程度的量。 2 2、时间变化时间变化 白天，白天，COCO2 2 通量密度为正，由大气指向作物层，通量密度为正，由大气指向作物层， 从从9 9时至时至1616时维持较大的通量密度，最高值出现在时维持较大的通量密度，最高值出现在 1111时左右。

36、夜晚则相反，时左右。夜晚则相反， COCO2 2 通量密度为负，由通量密度为负，由 作物层指向大气。作物层指向大气。 COCO2 2 1 1、土壤、土壤COCO2 2释放的调节释放的调节 （1 1）原理）原理 土壤空气中土壤空气中COCO2 2浓度远高于大气，因此土气浓度远高于大气，因此土气 间的浓度差导致了土壤间的浓度差导致了土壤COCO2 2释放释放 。土壤中。土壤中COCO2 2的的 释放量因土壤温度、含水量及有机质含量不同释放量因土壤温度、含水量及有机质含量不同 而有很大差异。而有很大差异。 因此，可以采取措施改变土壤物理性质和因此，可以采取措施改变土壤物理性质和 环境条件等以达到调节

37、环境条件等以达到调节COCO2 2释放量的目的。释放量的目的。 （2 2）主要措施）主要措施 a a、松土。增加土壤孔隙度，提高地温。松土。增加土壤孔隙度，提高地温。 b b、增湿。增强土壤微生物的活动。增湿。增强土壤微生物的活动。 c c、施肥。增施农家肥，增加土壤腐殖质施肥。增施农家肥，增加土壤腐殖质 量，释放量，释放COCO2 2。 2 2、田间、田间COCO2 2浓度调节浓度调节 a. a.合理密植，改善田间的通风条件；整枝合理密植，改善田间的通风条件；整枝 打叶，使土壤中释放的打叶，使土壤中释放的COCO2 2尽量被光合机能强的尽量被光合机能强的 绿色叶片吸收利用。绿色叶片吸收利用。

38、 b. b.种植行向要与当地盛行风向一致，改善种植行向要与当地盛行风向一致，改善 田间通风条件，以有利于田间通风条件，以有利于COCO2 2随风进入农田。随风进入农田。 c. c.栽培时要宽行窄株距，改善群体内通风栽培时要宽行窄株距，改善群体内通风 条件，亦可起到提高农田中条件，亦可起到提高农田中COCO2 2浓度的作用。浓度的作用。 主要内容：主要内容： 风的影响风的影响 防风措施防风措施 （一）有利影响（一）有利影响 1 1、风对农田小气候的调节、风对农田小气候的调节 风能影响农田湍流交换强度，增强地面与空气风能影响农田湍流交换强度，增强地面与空气 的热量和水分等的交换，增加土壤蒸发和作物

39、蒸腾，的热量和水分等的交换，增加土壤蒸发和作物蒸腾， 也增加空气中也增加空气中COCO2 2等成分的交换，使作物群体内部的等成分的交换，使作物群体内部的 空气不断更新，对株间的温度、水汽、空气不断更新，对株间的温度、水汽、COCO2 2等调节有等调节有 重要作用。重要作用。 2 2、风与光合作用、风与光合作用 在低风速条件下，叶片的边界层变薄，在低风速条件下，叶片的边界层变薄， COCO2 2的的 扩散阻力减少，有利于扩散阻力减少，有利于COCO2 2的输送，又能使光合有的输送，又能使光合有 效辐射以闪光的形式合理分布到叶层中，从而提效辐射以闪光的形式合理分布到叶层中，从而提 高光合作用强度，

40、提高光能利用率。据测定，在高光合作用强度，提高光能利用率。据测定，在 太阳辐射与气温基本相同的前后两天，有风的一太阳辐射与气温基本相同的前后两天，有风的一 天玉米干物质的增长量比无风的一天大天玉米干物质的增长量比无风的一天大4040。 3 3、风对花粉、种子传播的影响、风对花粉、种子传播的影响 自然界中的许多植物是借助风的力量进行异自然界中的许多植物是借助风的力量进行异 花授粉和传播的，风速的大小会影响授粉效率和花授粉和传播的，风速的大小会影响授粉效率和 种子传播距离，从而对植物的繁衍和分布起着较种子传播距离，从而对植物的繁衍和分布起着较 大的影响作用大的影响作用。 在作物在作物( (如油菜如油菜) )和果树开花时，风能散播花和果树开花时，风能散播花 的芳香，招引昆虫传授花粉。风能传播种子的芳香，招引昆虫传授花粉。风能传播种子，如如 杉树种子靠风力传播到远处，扩大繁殖生长区域。杉树种子靠风力传播到远处，扩大繁殖生长区域。 （二）不利影响（二）不利影响 1 1、大风对作物的危害、大风对作物的危害 风力在风力在6 6级以上就可对作物产生危害。风速级以上就可对作物产生危害。风速 1717m mS (8S (8级以上级以上) )的风称为大风，它对农业的风称为大风，它对农业 危害很大。大风加速植物蒸腾，使耗水过多，危害很大。大风加速植物蒸腾，使耗水过多， 造成叶片气