农业气象学知识点提纲

第一章绪论影响农业生产的外界自然条件：土壤、气候、地形地势。（土壤性质、PH值、土壤肥力；光热水气；海拔、坡向坡度、小地形、水体）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。它是根据农业生产需要，应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，以谋求合理地利用气候资源，战胜不利气象因素，促进农业发展的实用性科学。农业气象学的研究对象农业气象学的研究对象是生物有机体与气象条件两者相互作用的规律及其影响。一方面要研究农业生产对气象条件的要求和气象条件对农业生产的影响；另一方面也要研究农业生产对气象条件的影响。农业气象学的主要内容1、农业气象基本方法与理论研究2、农业气候资源分析及其合理开发利用研究与服务3、农业气象情报、预报方法研究与服务4、农业气象灾害规律及防御措施研究与服务5、农业微气象学研究与服务“土壤一植物一大气”系统（SPAS）从农业气象学科考虑，作物及其生产过程是一个作用系统，即“土壤-植物-大气”系统，或可称之为“农业气象系统”。（农业气象系统的垂直尺度并不大。系统的上边界距离地面最高不过20〜30米左右，下边界深入土壤中在30〜50厘米以至几米上下。）第二章太阳辐射与农业生产太阳辐射的生物学意义：太阳辐射是地球上生物有机体的主要能量源泉；太阳辐射是大气运动和产生各种天气气候现象的主要能量源泉。太阳辐射影响植物的主要方式：光合效应，热效应，光的形态效应叶片对太阳辐射的反射、透射和吸收能力：反射率R、透射率T和吸收率A之间关系：R+T+A=1群体透光率、削光系数及门司一佐伯公式：I=I0exp（-kF）；k=（-ln（I/I0））/FI/I0即透光率。k值是一个无量纲数，它描述了叶片的遮阴程度，当上层叶面积大时，k值就大，光强衰减就明显。光周期现象以及据此对植物的分类白天光照和夜晚黑暗的交替及其持续时间对植物的开花有很大的影响，这种现象称为光周期现象。根据光长影响植物开花情况对植物的分类：（1）长日性植物（2）短日性植物（3）中日性植物（4）中间型植物。光敏色素学说认为高等植物对光照长度的反应决定于植物的光敏色素系统。光敏色素是存在于植物体中的一种激素，在植物体内以两种形式同时存在，即:红光吸收型Pr（最大吸收波长660nm）；远红光吸收型Pfr（最大吸收波长730nm）。Pr与Pfr在一定条件下可相互转化如图：660nmf 黑暗fPrPfr————PrPrPfr————Pr-*-730nmPr，PfrfPr的暗转化约需8〜10小时，所以，在暗期中用闪光干扰，这种转化不能完成。短印性植物要求较低的Pfr/Pr比值，才能引起开花激素的形成，这就需要有一定长度的暗期，使Pr增多。而长印性植物则正好相反。PfrfPr的暗转化约需8〜10小时，所以，在暗期中用闪光干扰，这种转化不能完成。临界光长、水稻的感光性及其衡量指标临界光长是指引起植物开花的光照长度界限。光饱和点与光补偿点在一定的光照强度范围内，光合作用强度随光强的增强而增强。当光强达到一定的强度后，光合作用强度不再相应地增强，而是趋近于一条渐近线，这种现象称为光饱和现象。这个光的临界点称为光饱和点。植物的光合作用强度和呼吸作用强度达到相等时的光强值称为光补偿点。门司公式及最适叶面积系数群体净生产率达到最大值时的叶面积指数称为最适叶面积指数。此时，群体最下部叶片的光合作用与呼吸作用完全抵消。

生理辐射和光合有效辐射决定着最重要的植物生理过程（包括光合作用、色素合成、光周期现象和其它植物生理现象）的光谱区称之为辐射的生理有效区，或称为生理辐射。使得光合作用进行的光谱区辐射，称之为光合有效辐射，简称PAR。光能利用率的定义光能利用率是投射到作物表层的光合有效辐射能被植物转化为化学能的比率。光能利用率限制因素及其提高途径限制因素：光能利用率限制因素及其提高途径限制因素：1、 光合性能2、 限制光能利用率的因素（1） 光的漏射、反射和透射损失（2） 群体结构和叶片组织本身造成的损失（3） 作物遗传特性的限制（4） 生长季短造成的损失（5） 生长季内外界环境条件的限制1、 充分利用生长季节，增加作物生长期2、 建立合理的群体结构，造成群体中多层立体配置3、 改善水、热、气、肥等等环境条件，增加作物光合能力4、 培育高光效品种，提高作物光饱和点5、 减少呼吸等消耗，增加净光合生产率6、 提高经济系数，即谷草比第三章热量条件与农业生产三基点温度及其共同特征作物生命活动的每一个过程，都有三个基本点温度，即三基点温度。:最低（下限）温度;最适温度;最高（上限）温度。对于作物的生长，在最适温度下生长迅速而良好，在最低和最高温度下作物停止生长，但是仍然能够维持生命而不受害。共同特征：1最低、最适、最高温度指标不是一个具体的数值，而是具有一定的范围，不仅与强度有关，还与作用的持续时间有关。2无论是生存、生长还是发育，其最适温度基本上是在同一个变幅范围，差异很小。3各种作物的最低温度的最低点差异很大，且最低温度与最适温度差值较大4各种作物最高温度指标值差异较小，且各种作物的最高温度与最适温度值也比较接近。5在作物的生命过程中，最低温度远较最高温度出现的机率大。界限温度及其农业意义界限温度是标示着某些重要物候现象或农事活动开始终止的温度。而所谓界限，完全是根据农业生产和气象条件的关系来划定的。0°C：土壤冻结和解冻，越冬作物秋季停止生长，春季开始生长。春季0°C至秋季0°C之间的时段即为农耕期。3-5C:早春作物播种、喜凉作物开始生长、多数树木开始生长。春季3（5）C至秋季3（5）C之间时段为冬作物或早春作物的生长期。10C:春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长。开始大于10C至开始小10C之间的时段为喜温作物的生长期。15C:初日为水稻适宜移栽期，棉苗开始生长期，终日为冬小麦适宜播种期。初终日之间的时段为喜温作物的活跃生长期。20C:初日为热带作物开始生长期，水稻分蘖迅速增长，终日对水稻抽穗开花开始有影响，往往导致空壳。初终日之间的时段为热带作物的生长期，也是双季稻的生长季节。积温学说的三个基本论点:1在其他条件得到满足的前提下，温度对作物的发育起着主导作用。2作物开始发育要求一定的下限温度；而根据近年来的研究结果，在高温季节完成的发育期还存在有上限问题。3作物完成某一阶段的发育需要一定的积温。活动积温、有效积温及积温的求算方法（1）下限温度（生物学零度）:作物开始生长发育要求一定的下限温度，实际上是作物生长发育的起始温度，又称为生物学零度，用B表示。（2）活动积温：把高于下限温度（B）的日平均气温（Ti）称为活动温度。作物在某一时段内活动温度的总和称为活动积温（Aa）用下式表示：（3）有效积温：活动温度与下限温度之差（Ti-B）称为有效温度。作物在某时段内有效温度的总和称为有效积温（Ae），用下式表示：造成积温不稳定的原因:(1)积温学说的假定；(2)作物本性的影响；(3)人为造成的误差作物发育非线性温度模式植物生育是温度的非线性函数。在综合考虑上下限温度对作物发育速度的基础上，可得温度与作物发育速度的非线性模式为：+=十(T—B)1+p(M—T)1+QnK式中，1/n为发育速度，T为日平均气温，M、B为作物发育速度等于零时的上、下限温度，K、P和Q为大于零的经验参数。有效积温变量和当量积温在非线性模式中，令： A(T)二K(T-B)-p(M—T)-(1+Q)则上式变为： A(T)=工T—nB式中，A(T)称为有效积温变量。用实测资料可以验证，A(T)值与有效积温的实际值十分接近。而从A(T)的计算公式中可以看出，A(T)是温度的函数，即温度不同对作物发育速度并非等效。积温在农业生产中的应用：1、农业生物生长发育的积温模式。2、农业气候热量资源分析、评价与区划。3、农业气象预报。(积温与植物发育速度的关系十分密切，但对植物的生长而言，影响的因子较为复杂。因此，在扩大积温的应用范围时，应特别注意积温指标的局限性与条件性。)作物品种的感温性：作物品种受到温度的影响表现出发育速度不同的特性，就称为作物品种的感温性。作物的温周期现象：作物的生长发育对气温周期性变化的反应称为作物的温周期现象。气温日变化对作物的影响：1、对种子发芽的影响。2、对作物生长发育的影响。3、对产量形成的影响。气温日变化还会影响到植物分布的北界或上界。近地层和土壤温度调控的理论基础：热量平衡方程R0=QS+P+C+LE

从式中可以看出，任一分量的变化都会引起热量平衡方程的变动，导致土壤温度和近地气层温度的变动。感光性和感温性在作物引种中的应用：第四章水分条件与农业生产水的农业意义水分是作物光合作用合成有机物质原料2、水分的多少影响着作物光合作用的强度3、水分作为介质还影响着作物光合作用过程中所需的矿物质营养元素的传输及光合产物向根、茎、花、果实等器官和组织的输送。4、水分供应作物蒸腾的需要，而蒸腾则调节着作物体温，还是植物根系从土壤中吸收水分和养分的动力之一，也在作物的整个生理过程中起着平衡作用。5、水分是植物组成的主要因素之一。充足的水分可保持作物细胞组织的紧张度，使植株茎叶挺直，并可保证植株有相当的表面来进行光合作用。6、水分是植株的最大组成部分。据测定，一般植株的含水量为鲜重的75〜90%,水生植物甚至高达98%。7、水分的多少也影响着某些作物的授粉和病虫害的发生发展等。农田土壤水分平衡方程及各分量的意义农田土壤水分平衡方程：(R+Sg+K)-(Es+Ep+q1+q2)+Wh-Wk=0式中，R为某时期内的降水量，Sg为毛管水上升量，K为该时期内的灌溉量，Es为土壤蒸发量，Ep为植物蒸腾量，ql为地表径流量，q2为地下径流量，Wh、Wk分别为该时期开始和终止时的土壤水分贮存量。Es+Ep称为植物的蒸腾量。实际应用时，有些项可根据当地当时的具体情况略去。土壤中水的受力情况及土壤水分类型水的受力情况：1重力：方向指向地心。2吸附力：方向指向土壤颗粒内部。3水分子之间的相互吸引力。4毛管力：毛管壁与水分子之间的吸持力和毛管水面凹曲产生的表面张力。5渗透压力：土壤中矿物质溶解于水形成溶液而产生的力。土壤水分类型：吸湿水：指烘干的土壤从含有饱和水蒸气的空气中由吸附力吸附于土粒表面的水分。毛管水：毛管水是被表面张力以水膜形式吸附于土粒周围，由毛管水面凹曲产生的力所保持的水分。毛管水又分为薄膜水和毛管悬着水。薄膜水：当土壤的吸湿水达到最大量后，在吸湿水的外层所形成的一层膜状的液态水叫薄膜水。毛管悬着水：为毛管力所保持又与地下水不相连通的水分称为毛管悬着水。重力水：因重力大于土壤持水力而不能保持在土壤中的水分称之为重力水。土壤水分常数的定义及对作物的有效性（1）吸湿系数（最大吸湿量）土壤吸湿水达最大数量时的土壤含水量。吸湿系数与土壤质地有关，一般在0〜8之间。（2）凋萎系数（凋萎含水量、凋萎湿度）植物产生永久凋萎时的土壤含水量，包括全部的吸湿水和部分膜状水。（3）最大分子持水量膜状水达到最大数量时的土壤含水量。（4） 田间持水量（土壤最小持水量）毛管悬着水达到最大量时的土壤含水量。包括全部的吸湿水、膜状水和毛管悬着水。（5） 毛管断裂含水量土壤中的毛管悬着水由于作物的吸收利用和土壤的蒸发作用，其数量不断减少，当减少到一定程度时，其连续状态断裂，从而停止了毛管悬着水的运动，这时的土壤含水量则称为毛管断裂含水量。（6）毛管蓄水量（最大毛管水量）土壤毛管孔隙都充满水分时的含水量。（7）全蓄水量（全持水量、土壤饱和含水量）土壤所有孔隙全部充满水分时的含水量。土壤水势及其组成水的化学势：当温度、压力及物质数量为一定时，因水量变化所引起的吉普斯自由能的变化。土壤水势：土壤中水的化学势与同温同压下纯水的化学势之差。组成土壤水势的分水势有：（1） 基模势（甲m）:是由于土壤基粒的吸附力和毛管力作用于水所引起的水势。（2） 渗透势（甲n）：是由于土壤中溶质吸水溶解所引起的水势。（3） 压力势（甲p）:是由于土壤中水分受到压力而引起的水势。（4） 重力势（甲g）:是由于重力场位置不同于参照水平面而引起的土壤水分势。（5） 温度势（甲t）：是由于土壤中温度变化所引起的水势，当处于恒温或温度变化不大时，温度势等于0。（6） 总土水势（甲w）总土水势即土壤水势为各分水势之和：屮w= +屮n+屮g+屮p+屮t渗透、径流和降水的关系影响水分入渗的因素SPAC水分传输过程和水分流动规律土壤中的水分向根表皮流动；b.水分被根的表皮吸收通过根及茎的木质部输送到叶片的叶肉细胞；c.从叶肉细胞汽化后进入气孔；d.水汽经过气孔扩散到大气中。水分总是从水势高的地方流向水势低的地方，其流量与水势差成正比，与水流阻力成反比。土壤水分特征曲线和滞后现象土壤吸放水时，土壤水分含量与对应的能态指标所成的相关曲线称为土壤水分特征曲线。通过脱水过程和吸水过程两种方法测得的土壤水分特征曲线并不重合。同样吸力的土壤含水量在脱水过程中比在吸水过程中高，这种现象称为滞后现象。作物蒸散及其影响因子（1） 作物本身特征叶面积叶片大而多的作物一般比叶片小而少的作物蒸腾量大。根冠比根系发达、扎根深的作物比范围小、扎根浅的作物蒸腾量大，更能抗旱叶片方位朝阳叶片（大多数叶片的方位都趋于接收更多的入射辐射）光合强度大，蒸腾量也很大。叶片大小小叶片空气阻力小，水分易散失，蒸腾大；但小叶片边界层薄，更有利于显热和潜热交换，减低叶片水势而降低蒸腾；两方面趋于互相补偿而不断调节蒸腾量，在水分充足时，蒸腾量大，而水分不足时，蒸腾量小。叶片表面特征叶、茎表面有蜡质层或有白色、密而柔的一层毛，会大大降低作物的蒸腾量。气孔气孔大蒸腾量大，光合作用也大；气孔小蒸腾量小，而光合作用也小。气孔能使其开度保持使：02进入为最适程度从而控制水分损失。生育期与作物生长速度成正比即“少-多-少”规律。（2） 气象条件光可促使气孔张开，蒸腾增大。

气温升高可增加叶片的蒸腾强度；过高又会抑制蒸腾作用的进行。C.空气湿度增加，蒸腾强度减弱。d•风可增大叶片表面与其周围空气的湿度梯度，并使植株摇动，促进蒸腾作用的进行。（3） 土壤条件土壤湿度和温度适宜，通气状况良好，则蒸腾量增加。作物需水量、表征参数及其组成作物需水量，是指生产1克干物质所需的水量。蒸腾系数。指作物在生育期内，每合成1克干物质所蒸腾的水分克数。蒸腾效率。指作物在生育期内，每消耗1克水所合成的干物质克数。蒸腾效率是蒸腾系数的倒数。蒸腾强度。指单位时间内单位叶面积上的蒸腾量。作物水分临界期、水分关键期及其异同对水分最敏感的时期，即由于水分缺乏或过多对产量影响最大的时期，称为某种作物的水分临界期。水分临界期不一定是植物需水量最多的时期。在水分临界期或者对水分也相当敏感的另一个时期，正好遇上当地的降水条件经常出现不适宜，则这一时期就是当地水分条件影响产量的关键时期，称作物的水分关键期。临界期是从作物本身对水分的需求来考虑的，是生理问题；而关键期是综合考虑了作物的特性和当地的气候条件，是农业气象问题。透雨及其确定标准透雨是指在天气比较干旱的条件下，一次降水过程可以使当地主要农作物在较长时期内得到维持其正常生长发育所需要的水分，这样的一次降水过程称为透雨。透雨要满足两个条件：降水量必须超过一定的量；渗透深度要大于作物所要求的深度。节水农业系统的组成（1） 合理开发和利用水源a.降水的有效利用；b.地下水和地表水联合利用；c.劣质水开发利用技术。（2） 节水技术措施a.输水工程；b.节水灌溉技术。（3） 节水农业布局a.农业结构；b.种植制度；c.作物布局。（4） 节水农艺措施a.抗旱育种；b.节水灌溉制度；c.覆盖技术；d.保墒耕作技术；e.培肥地力与水肥耦合技术；f・理化抗旱措施。（5） 节水管理系统a.政策体制；b.技术经济；c.运营；d.环境生态。第五章 二氧化碳、风雨农业生产大气中二氧化碳的源和汇a、 大气中的CO2的源海洋、地幔（土壤）、人类活动b、 大气中CO2的汇生物圈、水圈、岩石圈碳循环过程a、陆地碳的循环过程 b、农业生态系统碳循环光合件用燃慄植物化石燃料丘丈三=并二氧士哄大气二氧化碳储存库T岩石Jjit化T火山爆发动物光合件用燃慄植物化石燃料丘丈三=并二氧士哄大气二氧化碳储存库T岩石Jjit化T火山爆发动物'、/呼吸作用庆土土忑弐咬股虫二毎4狂:才二帘一匕氏更二吐土冃■上:植物吸收二氧化碳的过程a、 从大气通过湍流和对流交换输送到叶片附近。b、 从叶片周围通过气孔到达叶肉细胞的表面。c、 从叶肉细胞的表面进入到叶绿体内。二氧化碳增加对植物的影响（1）直接影响a、 实验装置促进了植物的光合作用，增加了植物生物量的累积；显著提高了C3作物产量，但对C4作物产量的影响很小；b、 直接影响FACE（free-airCO2enrichment）试验开展的十多年中，CO2浓度升高对作物的主要影响结果：促进了植物的光合作用，增加了植物生物量的累积；显著提高了C3作物产量，但对C4作物产量的影响很小；降低了C3和C4作物的气孔导度，非常显著的提高了所有作物的水分利用率；对植物生长的促进作用在水分不足与水分充足时二者相当或前者大于后者；对非豆科植物生长的促进作用要受到土壤低氮水平的限制，而对豆科植物则不受氮肥水平限制；对根系生长的促进作用要大于地上部分；对多年生植物气孔导度的影响较少，但对其生长的促进作用仍然很高；降低了植物体内的氮含量，但是作物体内碳水化合物及某些其它含碳化合物含量增加，且叶部含量要明显高于植物其它器官；对大多数作物的物候略有加速；对某些土壤微生物具有显著的影响，对有些则无，但都增加了微生物的活性；土壤对大气C02的固定量增加。（2）间接影响主要是通过CO2浓度增加引起全球气候变化，从而对全球农业生物产生影响。二氧化碳饱和点与补偿点在辐射能充分满足的条件下，植物光合速率不再随CO2浓度增加而增大时的CO2浓度称为CO2饱和点。植物光合作用所消耗的CO2与呼吸作用释放的CO2达到平衡时，环境中的CO2浓度称补偿点。CO2浓度时空变化规律（1） 晴朗无风天气下，近地层CO2浓度呈现明显的昼低夜高的变化规律，夏季尤为突出。白天，群体是CO2的汇而大气是CO2的源，这时CO2由大气向群体中输送，这种CO2浓度随高度而递增的分布型称之为光合型；夜间，群体是CO2的源而大气是CO2的汇，这时，CO2由群体向大气输送，这种CO2浓度随高度而递减的分布型称之为呼吸型；而在傍晚、清晨相互转化。（2） 全年各月CO2浓度的变化与农业生物在一年内的兴衰密切相关，表现为暖季低而冷季高。（3） 大气中CO2浓度的变化，一般波动到16公里处。越接近地面波动越大，且随高度的增加，最高值明显滞后。（4） 群体内CO2浓度的时空分布，因群体种类、状态以及气象条件等而有很大变化。如风力大时或通风好的群体中CO2浓度变化小，反之则变化大。CO2气源及人工设施内适施时间与浓度干冰。价格昂贵，且降低气温。b.CO2发生剂。碳酸氢铵、碳酸盐加稀硫酸、石灰石加盐酸在CO2发生器中化学反应释放C02。成本较高，安全性差，易造成有毒气体污染。c.工业尾气。如酒精生产过程中产生的CO2气体，压缩于钢瓶中。使用效果比较理想°d.燃料。燃烧天然气、石油、煤油燃料释放C02。有污染。施用时间以作物的CO2临界期（生殖生长期）、最大需要期（营养、生殖生长两旺期）、CO2限制期（光照强、气温较高、供水充足时）增施CO2,效果较好。施用浓度一般维持在正常CO2浓度2〜3倍左右的水平即可达到较好的施肥效果，不宜超过10倍。过多会使气孔关闭，从而影响CO2的吸收。风对农业生产的主要影响

1、有利影响使群体内外热量相平衡，加快叶片蒸腾，2、不利影响造成植物的机械损伤；还为病原菌从降低叶温；1、有利影响使群体内外热量相平衡，加快叶片蒸腾，2、不利影响造成植物的机械损伤；