Q第四节 小气候与农田小气候1

• 农田中的乱流运动，是由热力和动力两种 原因共同作用的结果。白昼温度垂直梯度 较大上下冷热差异显著，热力因素起主导 作用；而夜间或阴天，动力乱流上居首位。
• （三）农田活动面的热量平衡 • 1活动面和活动层 • 凡能进行辐射作用吸收和放射热量，从而 引起邻近气层和土层温度变化的表面，称 为活动面。裸地，土面就是活动面；水域， 水面就是活动面。 • 在农田中，作物茎叶参杂，高低不一，构 成一个茎叶和空气“混处”的物质层，而 不是连续单一的物质交换面。因此，我们 把气层和土层的交界面称为内活动面，把 作物茎叶最密集的高度近似地看作是气层 和作物层的交界面，称为外活动面。
1
2
作 物 高 度
外 活 动 面
内 活 动 面 活动面和活动层 1 夜间温度分布 2 昼间温度分布
• (二)农田活动面热量差额 • 农田活动面热量差额的变化，是引起活动面温度 变化的直接原因，而活动面温度变化，又是邻近 气层、土层和作物层温度变化的源地。 • 裸地活动面的热量平衡方程为R=P+B+LE(见第一 篇第二章)。农田活动面热量平衡公式较为复杂， 辐射差额还有一部分消耗于作物的光合作用LA， 作物体增温QT，茎叶传导的热量QC，活动面向 土面的乱流交换量PT和农田总蒸散(土面蒸发和植 物蒸腾之和)，耗热LEC，于是，农田活动面的热 量平衡方程为： • RT=P+PT+B+LEC+LA+QT+QC
• 2镇压的气象效应 • 镇压使耕作层土壤紧实，其效应有：A.减小 透气和透水性，增加土壤毛管量，土壤水 分多时，加速土壤水分蒸发；B.增加土壤热 容量和导热率减小土壤温较差；C.在土壤 干燥时，镇压可保持土壤水分。我区中西 部春播后镇压主要是保墒和防止风吹露出 种子。
• 3垄作的气象效应 • 垄作一方面使土壤疏松，其小气候效应与松土相 似。另一方面垄面凸起，增加了土表和大气接触 面，白天增加对太阳辐射的吸收面，热量聚集在 表层土壤，垄温比平作偏高。夜间垄上有效辐射 大，垄温比平作偏低，垄作地土壤温度日变辐比 平作大。土壤愈干燥，这种效应愈显著。 • 春季垄作地白天吸收的热量，大于夜间失去的热 量，垄作地日平均气温高于平作地。我区春季通 过垄作可以提前播期，促使早出苗。 • 垄作面凸起，蒸发面加大，上层土壤干燥疏松， 下层土壤湿润。垄作利于排水防涝有利于农田通 风透光。
• 三、农田小气候形成的物理基础 • 由于小范围地表状况和性质的不同，所引起下垫 面辐射收支的差异，是农田小气候形成的辐射因 素(能量基础)。 • （一）农田的辐射交换 • 射入作物层中的太阳辐射能，由于植株密度和叶 片排列方式的不同，每个叶片所受太阳辐射，反 射辐射以及长波辐射交换都有明显差异，叶片朝 上的一面，不但接受来自上方的太阳辐射和散射， 而且受到上层叶片背面的再反射和长波辐射的影 响，同时叶片背面要受到下层叶片和土面反射中 来的短波辐射和长波辐射的影响。总之，在农田 作物层中，辐射交换具有多次反射或辐射的特点。
• （三）地形对风和降水的影响 • 当风经过小丘时，会使气流受到阻挡，于 是风向，风速也随之改变。在小丘的两侧， 风速最大，迎风坡次之，背风坡的下部风 速最小，但有旋涡产生。 • 地形影响风速，同时，也就是影响降水的 分布：当风吹过小丘时，风速愈大的地方， 降水被吹散得愈多，因此迎风坡的降水量 减少，冬季可无积雪；而背风坡降水量却 增大，积雪也较多。这和大范围地形影响 下的降水量分布情况恰恰相反。
• 由于南坡总辐射量大于北坡，所以土壤温度和空 气温度都比较高，蒸发强而湿度较低。北坡的情 况相反，冬季往往积雪时间较长，回暖后积雪融 化比较慢，增温少，蒸发弱，土壤水分消耗少， 土壤湿度大。因此，在早春，北坡和南坡就显示 出了小气候差异；北坡下部经常潮湿而寒冷，南 坡下部则湿润而温暖，在斜坡上部，土壤和空气 一般比下部干燥得多，北坡较潮而凉，南坡则干 而暖。 • 一年中，最暖的方位是西南坡，但在夏季因午后 多对流性天气，最暖的方位移到了东南坡。一年 中最冷的方位终年都是北坡。
• 由于LA、QC、QT、PT的数值都很小，可 以忽略不计，所以农田活动面的热量平衡 方程式可以简化为： • RT=P+B+LEC • 农田活动面热量平衡方程与裸地热量平衡 方程形式上相同。所不同的是表现在各个 分量上的大小。例如，生育期盛期的麦田， 白昼活动面上所得的RT，有50%消耗于 LEC，37%消耗于P，13%消耗于B。而在 水稻田中，白昼LEC占RT的97%，P反向活 动面输送9%，B占RT的12%。
第四节 小气候与农田小气候
• 一、小气候 • 小气候是指在局部范围内，由于下垫面条 件的差异而引起的局地贴地气层和土壤上 层气候的总称。它一般只表现在个别气象 要素值上的差异和个别天气现象上，并不 影响和反应至大型的天气状况上。小气候 在贴地气层中(2~3米以下)表现得最为显著， 离地面愈远愈减弱，至一定高度上，就显 示不出，而和大气候现象完全相同了。
农田中风的分布
• （五）农田中的CO2 • 农田中CO2主要来源靠大气的乱流输送， 其次土壤有机物分解也会放出CO2。田间 CO2有明显的日变化，这主要是农作物光 合作用所致。就田间垂直分布情况来看， 白天CO2浓度最低值出现在枝叶最密集处。 夜间相差不大，以地面附近最多。大气中 CO2浓度对光合作用有利。据测算，如果 不考虑温度和降水的变化，CO2浓度倍增， 农业生产力将增加30%。
• （二）农田中温度的分布
• 农田中温度的分布主要决定于农田辐射和
乱流交换状况。在作物生育初期，植株矮 小，对地面覆盖不大，不论白昼或黑夜， 农田温度分布和变化与裸地基本相似。即 昼间离地面愈近的地方温度愈高，夜间相 反。
• 作物封垄后的生长盛期，茎高叶茂，农田 外活动面逐渐形成，这时株间和株顶的空 气交换受到枝叶阻挡，株间乱流交换大为 降低，原来地面的吸热和放热作用，逐渐 被农田外活动面所代替。因此，白昼最高 温度和夜间最低温度出现的高度由地面转 移到外活动面以上，在作物生长后期，茎 叶枯萎脱落，农田中温度分布和生育初期 又比较相似了。
Байду номын сангаас
• （三）农田中湿度的分布 • 农田中湿度的分布与变化，除决定于空气温度和 农田蒸发外，还与乱流交换强度有关。昼间空气 乱流使水汽从蒸发面向上输送，而夜间空气乱流 使水汽流向作物层，并凝结为露或霜。农田中相 对湿度的分布，在作物生育初期，和裸地差不多， 不论昼夜，相对湿度都随高度的增加而降低。但 到了作物生育盛期，白天，在茎叶密集的外活动 面附近，相对湿度最高，内活动面次之；夜间， 内外活动面的气温都比较低，株间相对湿度，在 所有高度都比较接近。到了生育后期，白昼相对 湿度和生育中期的相近；而夜间地面温度较低， 最大相对温度又重新出现在地表附近。
• 五、地形和水域对农田小气候的影响 • （一）坡向、坡度对温度和湿度的影响 • 在北纬30°~50°的温带地区，南坡获得的太阳 辐射总量比水平地多，北坡获得的比水平地面要 少。南坡的坡度每增大1°，相当于水平面上的纬 度向南移1°，尤其是冬半年，愈向北方，总辐射 量增多得越快，北坡的太阳总辐射量则与南坡相 反，随着坡度的增大而减少，北坡坡度每增加1°， 相当于水平面上的纬度向北移1°，愈是偏北的地 方，总辐射量减少得愈多。东坡、西坡的总辐射 量介于南坡和北坡之间，二者无大差异。
• 减弱的速度和作物对光能的利用有密切的 关系；如果植株密度不足，单株净光合强 度较高，但漏光损失大，光能利用不充分 总产量往往不高。如果植株过密，光强随 植株高度的降低而急剧减弱，单株往往生 长不良，总产量也不高。据实验及测算， 冠层对光截获并非愈大愈好，其上限不得 超过95%，因此，作物的栽培密度要适中， 以保证株间光强的分布能有适当的比例， 达到充分利用光能的目的。
• 农田中20cm处风速只有裸地的12.5%，在 150cm处，风速仍比裸在小22%。在高秆 作物田中，风速在铅直方向上的变化呈“S” 形分布，这种分布规律是由作物本身的结 构所造成的，在作物基部，相对风速得一 个次大值，这是因为农田外的气流能通过 茎叶较稀的基部；在作物中部茎叶比较密 集，风速削弱大；在作物上部，茎叶较稀， 风速随高度变化剧烈。
RT 100 LE c 50 B 13 麦田
LE c 97 P 37
RT 100
P 9 B 12 稻田
热量平衡示意图
• 四、农田小气候的一般特征 • （一）农田中光的分布 • 农田中光的分布，主要决定于植株高度和 密度，以及叶层分布，叶片倾角与方位等， 无论哪一层叶片，光线主要来自上方直射 光，其次为散射光，而来自下面的反射光 是比较微弱的。一般而言，光的强度在植 株间的分布是随植株高度的降低而减弱的。 在枝叶最密集处减弱最为明显。
坡地小气候
• （二）凸地、凹地对温度、湿度的影响 • 在丘陵地区、谷地、盆地的温度、湿度的日变化 都比凸起的地形大。在白天，谷地盆地因地形闭 塞，和邻近地段的乱流交换弱，不易散热，因而 气温较高；同时，白昼的谷风，把水汽从谷地带 至山上，使谷中空气湿度小。夜间，冷空气向低 处流，沉积在谷 地，因而气温较低，同时，夜间 的山风，把水汽从山上带入谷地，使谷地湿度增 大。 • 在山区，逆温现象十分普遍，因此夜间最暖部位 往往是山坡上部，这一地带称暖带。逆温和暖带 是山区农业气候的一种优势，它为农作物避冻， 冬季牧场的选择提供了理想场所。如内蒙放牧一 向就有“冬放阳坡夏放岗”之说。
• （四）农田中风的分布 • 农田植株间的风速分布，除了随作物生长高度和 密度而变化外，同栽培措施也有密切关系。例如， 在平作和间作套种的农田中，风速分布就有很大 不同。一般情况下，裸地上离地面很近处风速为 零。而在作物田中，在作物层之上，风速随高度 增加很快，但在植被层之间上下风速相差就不大。 在株间最密集的高度处，风速为零。在作物层之 上，热量和水汽的输送靠乱流交换作用。在作物 层中，主要靠分子扩散，所以农田中温度的垂直 梯度要比裸地大。
• 二、农田小气候 • 农田小气候是以农作物为下垫面的一种特 殊小气候。它既是人工小气候，又是低矮 植被小气候。从农业气象的角度来看，农 田小气候应该包括从地面到1.5~2.0米内贴 地气层条件和浅层土壤的气候条件。它在 很大程度上决定于农田中的作物种类，生 长密度和高度、长势、长相以及所采取的 农业技术，合理的农业技术措施能促进农 田小气候朝着生产需要的方向发展，有利 于农业的高产、稳产、优质。
• （二）农田的乱流交换 • 乱流是一种空气微团的不规则的弯弯曲曲 的杂乱运动，通常以微小旋涡的形式出现。 乱流运动所引起的能量、热量、水汽、二 氧化碳和尘埃等物质的输送交换量是较大 的。但乱流运动的尺度(强度)与空气平流相 比还是很小的，因此它所引起的水平方向 的能量和物质输送，一般可忽略不计，而 它所造成的垂直交换量却十分重要，不能 忽视。
• （四）水域对邻近农田小气候的影响 • 在温暖的季节，白天水域上的温度低于陆地，空 气由水域吹向陆面，形成水风。水风将温度低的 湿空气带入陆地后，可使农田凉爽湿润；夜间， 水陆间形成陆风。陆风将冷空气带入水域，而水 域上的暖空气由上空到达陆地下沉，使农田得以 暖和。 • 秋天，水域降温缓慢，能影响邻近农田使无霜期 延长。水域对邻近陆地的影响范围和水域面积的 大小，深度，及岸边地形有关。面积为几平方公 里的湖泊或水库，岸边平坦或地形起伏不大时， 可使离水域几百米-几公里的农田小气候得到调节。
• 六、农业技术措施的小气候效应 • （一）耕作措施的小气候效应 • 松土、镇压和垄作等耕作措施，主要可改变土壤 热性质和水文特性，使土壤热交换和水分交换发 生变化，从而对土壤的温度、湿度起调节作用。 • 1松土 • 松土方式有耕翻、耙地、培土等。松土的气象效 应有： • A.使土壤疏松，增加透水性和透气性，提高土壤 蓄水能力，对下层土壤来说，有保墒效应； • B.使土壤热容量和导热率减少，削弱上下层间热 交换，增加土壤表层温度日较差； • C.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。