第十章 农田小气候的改造
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第十章 农田小气候
本章要点
1、小气候的概念 2、小气候的特点 3、小气候的形成 4、几种小气候类型及气象效应 5、温室小气候的特点
第一节 小气候的概念、特点及 形成的物理基础
一、小气候的概念
1、定义：在小范围内，由于下垫面构造和特性不同， 使热量和水分收支不一样，形成近地层及土壤上层 与大气候所不同的特殊气候，称为小气候。 2、小气候的类型 农业小气候、地形小气候、防护林小气候、城市小 气候、保护地小气候、 温室小气候等。
保湿的作用。 • 覆盖可以防止杂草萌生。
第四节 温室小气候及其调控
(Greenhouse microclimate and its adjustment)
温室：采用透明或不透明的物体覆 盖地面及其上空间的一种设施。
第一代节能型日光温室
• 半拱圆形竹木结构日光温室 • 一坡一立式日光温室（瓦房店琴式） • 鞍II型日光温室
的热时交换，增加土壤表层温度的日较差。
• 在夜间或低温季节，耕翻土层有降温效应，下层有增温效 应；在白天或高温季节，耕翻土层有升温效应，下层有降
温效应。
2、镇压的气象效应
• 镇压可以减小土壤的透气性和透水性，增加土壤的毛管 水量，加速土壤水分的蒸发。在土壤干燥时，镇压具有 提墒作用。 • 镇压增加了土壤的热容量和导热率，加强了上下层土壤
（二）活动层的热量平衡
(thermal balance) 1、活动层的辐射收支(radiation balance) 2、土壤热交换(soil heat exchange) 3、活动层的乱流交换(turbulence exchange) 4、潜热交换(latent heat exchange)
辐射是小气候形成的热力（能量） 基础，乱流交换是小气候的形成的 动力基础。
3 、在我区栽培园艺植物时如何确定播种行向？
为什么？
4 、在园艺植物生产中，是否种植密度越大产量
越高？为什么？
5、灌溉的小气候效应如何？
（三）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ田中湿度的分布
（1）农田中绝对湿度的分布主要取决于 蒸发和蒸腾； （2）相对湿度的分布与水汽含量和温度 有关。
（四）农田中CO2的分布
一般情况下，白天，从清晨至中午，由于作物光合作 用吸收了CO2，使得在作物密集的高度上CO2的浓度最
低，午后可降至最接近地面的地方，这种变化在静风
条件下尤为明显。 夜间，从傍晚到清晨，由于作物的呼吸作用，释放 CO2，因此农田中CO2的浓度由下向上不断递减。
整齐的石砌体
容 重 (kg/m3) 2680 2400 2000 1200 250 320 1.2
钢筋混凝土
草泥或粘土墙
空 心 砖 锯 末 稻 草 空气(20℃)
蓄热系数 导 热 率 (kcal/m.h.℃) (kcal/m.h.℃) 2.75 20.60 1.30 14.00 0.80 9.10 0.45 5.56 0.08 1.75 0.08 1.55 0.02 0.04
（五）农田中风的分布
农田中的风随高度增加而增大：
h
作物高度H
风速
第二节 几种类型小气候的气象效应
一、不同覆盖的气象效应
如地膜覆盖的气象效应为： 1、増温(enhance temperature) 2、节水(save water)
二、喷洒化学药剂的气象效应
三、 防护林带的小气候效应
(Microclimate effect of windbreak zone)
Forest web
四、地形小气候
阴坡
湿、凉 干、暖
阳坡
最湿、最凉
湿、热
五、水域岸边小气候
水域岸边的气温、 土温日较差小， 温暖、潮湿、多雾。
六、耕作措施的小气候效应
1、耕翻的气象效应
• 耕翻使土壤疏松，增加土壤透水性和透气性，提高土壤
的蓄水能力，对下层土壤有保墒效应。 • 耕翻使土壤的热容量和导热率减小，削弱了上下层土壤间
4 温室的二氧化碳状况
温室内的二氧化碳比室外小，若要增加作物产量，需 要增加室内的二氧化碳含量。
CO2浓度变化较大，早晨揭苫前可达1100~
1300ppm；
容易出现NH3、NO2、SO2、C2H4、Cl2等有
毒气体危害。
习
题
1、什么是农业小气候？有什么特征？
2、耕翻和镇压的气候效应有什么区别？
1、林带的防风效应
风 速 （ ％ ）
100 80 60 40
风向
20
0 4
8
12
16
20
24
28
树高（H）的倍数
Populus forest
2、防护林带的作用
（1）减轻强风（台风、寒潮大风）、 风沙、 平流霜冻等灾害； （2）防止水土流失、减少土壤蒸发； （3）改良土壤，净化空气，改善农田 生态环境、改善城市气候。
四、农业小气候的特征 (Features of farming microclimate )
（一）农田中光的分布(photo distribution)
光照强度由植株顶部向下递减
1、作物生长前期：光随高度分布差别不大；
2、作物生长旺期：随高度增加，光照增强；
3、作物生长后期：光随高度分布差别不大。
外培土1.0 ～1.2m
温室的特点：
（1）大量的短波辐射可以进入室内， 很少的长波辐射逸出室外； （2）室内与室外的乱流交换弱， 只有通过分子热传导来进行。
一、温室小气候的特点
1、温室的光
室内的光照强度比室外弱，不同的材 料，透光率不同。
寒冷季节光照强度弱，成为生产的限制因子； 由于保温覆盖，寒冷季节光照时数少； 光照分布南强北弱，上强下弱，东西山墙附近 上午或下午有三角形弱光区； 室内紫外线辐射强度比玻璃温室高。
2、温室内的温度
通常比室外高， 晴天时，T室内=7.1+1.37T室外 气温常年高于露地，冬端夏长，保温性能好的温室可 四季生产； 气温日变化规律与外接相同；晴天最低气温出现在揭 苫后半小时，最高出现在12～14时；阴天昼夜温差小 于晴天； 气温分布严重不均：白天气温上高下低，中部高四周 低；夜间北高南低；
4、种植行向的气象效应
•
• • •
种植行向主要影响植株的受光时间和所得到的太阳
辐射强度。 夏半年，沿东西行向的日照时数比沿南北行向的日
照时数多；
冬半年，沿南北行向的日照时数比东西行向的日照 时数多。 因此在高纬度地区，秋季播种时取南北行向，春季 播种时东西行向为宜。
5、种植密度的气象效应
• 种植密度的大小影响作物群体的通风透光和温度的变化。
间的热量交换，可减小土壤温度日较差。
• 镇压地夜间表现为增温效应，白天表现为降温效应。
3、垄作的气象效应
• 垄作使土壤疏松，其小气候效应与耕翻相同。 • 垄作增加了土壤表面与大气的接触面积，白天增加对太
阳辐射的吸收面，热量聚集在土壤表面，温度比平作高；
夜间垄上的有效辐射大，垄温比平作温度低。 • 垄作使土壤的蒸发面增大，上层土壤干燥疏松，下层土 壤湿润；有利于排水防涝。 • 有利于通风透光。
•
当种植密度过大时，田间的通风透光性较差，株间温度
白天低于外界的温度，夜间高于外界的温度单株产量降 低，会影响群体的产量。
•
当种植密度过小时，田间的通风透光性较好，株间温度
适宜，单株产量增高，但由于植株数量的减少，会影响 群体的产量。
•
在生产实践中，应根据不同的作物进行合理密植。
6、灌溉的气象效应
竹木骨架
钢筋混凝土预制件与竹木拱杆混合骨架
柱、柁采用钢筋混凝 土预制件，拱杆仍采 用竹片或圆竹。
纵向每个35～40cm拉 一道 8# 镀锌铁丝，铁 丝上每隔70cm安一竹 片或圆竹。
立柱和柁为钢筋混 凝土预制件或圆木
8#镀锌铁丝与竹木钢筋混凝土混合骨架
日光温室常用建筑材料的热工参考指标
材料名称
墙体类型
类 型 内 墙 中 墙 外 墙
砖体空心墙 12cm水泥砂 浆砖墙 6～12cm空心内衬 24cm水泥 砂浆砖墙
砖体夹心墙
砖墙或石墙 外培土 土 墙
12cm水泥砂 12cm珍珠岩、炉渣、 24cm水泥 浆砖墙 锯末、聚苯板 砂浆砖墙 24cm砖墙或 37cm石墙 外培土1.0 ～1.2m
50cm厚木板 打墙和泥垛墙
地温相对稳定，变化幅度小，中部高四周低，南底角 处地温最低。
3 温室的湿度
室内的湿度大于室外，常导致温室内植物易受病害。
空气的绝对湿度和相对湿度均高于露地； 空气相对湿度日变化大； 局部湿差大。温室越大，RH日变化越小， 局部湿差较大； 夜间作物沾湿现象严重，易诱发病害。
菜用仙人掌栽培 彩椒栽培 茄子栽培 甜瓜栽培 黄瓜栽培 番茄栽培 园艺作物育苗 花卉栽培 葡萄栽培 油桃栽培 草莓栽培 苦苣活体蔬菜 芦荟栽培
二、小气候的特点
1、范围小 (small range) 2、差别大 (large difference) 3、很稳定(very stable)
三、 小气候形成的物理基础
（一）作用面与活动层的概念(activity layer) 凡能籍辐射作用吸热或放热，从而调节 邻近气层和土层（或其它物质层）温度状 况的表面，称为活动面或活动层。
第二代节能型日光温室
• 辽沈 I 型日光温室 • 熊岳第二代节能日光温室
• 改进冀优 II 型节能日光温室
钢骨架
双 弦 桁 架 式 无 柱 结 构
4分厚壁钢管
Φ10～12圆钢
Φ8圆钢
用 直 径 4cm 的圆竹或 5cm 宽 的 竹 片做拱杆， 每隔60～80 cm 设 一 根 。
用直径8～10cm的 圆木做立柱、 拉杆、横梁，立柱纵向每隔3m一 根，横向共设3排。
（二）农田中温度的分布
h h 2/3 H
2/3 H
白天
夜间
最高、最低温度出现在植株高度H的2/3处
1、旱地中温度的分布 作物生长前期和后期温度分布同裸地相似。 2、水田中温度的分布 同旱地相比，水田中，由于紧贴水面的一 薄层，白天蒸发耗热多，夜间冷却慢，所以 温度分布情况相反：白天为辐射型分布，夜 间为日射型分布。
• 农田灌溉后，土壤颜色加深，地面反射率减小，使
得土壤吸收的太阳辐射能增加。
• 灌溉后，增大了土壤的热容量和导热率，土壤温度 日较差比未灌溉地小。 • 灌溉地因蒸发耗热显著增加，减弱了空气的增温作 用，因此，白天、暖季有降温效应，夜间、冷季有
增温效应。
7、覆盖的气象效应
• 覆盖减弱了空气的乱流活动，可起到保温、
本章要点
1、小气候的概念 2、小气候的特点 3、小气候的形成 4、几种小气候类型及气象效应 5、温室小气候的特点
第一节 小气候的概念、特点及 形成的物理基础
一、小气候的概念
1、定义：在小范围内，由于下垫面构造和特性不同， 使热量和水分收支不一样，形成近地层及土壤上层 与大气候所不同的特殊气候，称为小气候。 2、小气候的类型 农业小气候、地形小气候、防护林小气候、城市小 气候、保护地小气候、 温室小气候等。
保湿的作用。 • 覆盖可以防止杂草萌生。
第四节 温室小气候及其调控
(Greenhouse microclimate and its adjustment)
温室：采用透明或不透明的物体覆 盖地面及其上空间的一种设施。
第一代节能型日光温室
• 半拱圆形竹木结构日光温室 • 一坡一立式日光温室（瓦房店琴式） • 鞍II型日光温室
的热时交换，增加土壤表层温度的日较差。
• 在夜间或低温季节，耕翻土层有降温效应，下层有增温效 应；在白天或高温季节，耕翻土层有升温效应，下层有降
温效应。
2、镇压的气象效应
• 镇压可以减小土壤的透气性和透水性，增加土壤的毛管 水量，加速土壤水分的蒸发。在土壤干燥时，镇压具有 提墒作用。 • 镇压增加了土壤的热容量和导热率，加强了上下层土壤
（二）活动层的热量平衡
(thermal balance) 1、活动层的辐射收支(radiation balance) 2、土壤热交换(soil heat exchange) 3、活动层的乱流交换(turbulence exchange) 4、潜热交换(latent heat exchange)
辐射是小气候形成的热力（能量） 基础，乱流交换是小气候的形成的 动力基础。
3 、在我区栽培园艺植物时如何确定播种行向？
为什么？
4 、在园艺植物生产中，是否种植密度越大产量
越高？为什么？
5、灌溉的小气候效应如何？
（三）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ田中湿度的分布
（1）农田中绝对湿度的分布主要取决于 蒸发和蒸腾； （2）相对湿度的分布与水汽含量和温度 有关。
（四）农田中CO2的分布
一般情况下，白天，从清晨至中午，由于作物光合作 用吸收了CO2，使得在作物密集的高度上CO2的浓度最
低，午后可降至最接近地面的地方，这种变化在静风
条件下尤为明显。 夜间，从傍晚到清晨，由于作物的呼吸作用，释放 CO2，因此农田中CO2的浓度由下向上不断递减。
整齐的石砌体
容 重 (kg/m3) 2680 2400 2000 1200 250 320 1.2
钢筋混凝土
草泥或粘土墙
空 心 砖 锯 末 稻 草 空气(20℃)
蓄热系数 导 热 率 (kcal/m.h.℃) (kcal/m.h.℃) 2.75 20.60 1.30 14.00 0.80 9.10 0.45 5.56 0.08 1.75 0.08 1.55 0.02 0.04
（五）农田中风的分布
农田中的风随高度增加而增大：
h
作物高度H
风速
第二节 几种类型小气候的气象效应
一、不同覆盖的气象效应
如地膜覆盖的气象效应为： 1、増温(enhance temperature) 2、节水(save water)
二、喷洒化学药剂的气象效应
三、 防护林带的小气候效应
(Microclimate effect of windbreak zone)
Forest web
四、地形小气候
阴坡
湿、凉 干、暖
阳坡
最湿、最凉
湿、热
五、水域岸边小气候
水域岸边的气温、 土温日较差小， 温暖、潮湿、多雾。
六、耕作措施的小气候效应
1、耕翻的气象效应
• 耕翻使土壤疏松，增加土壤透水性和透气性，提高土壤
的蓄水能力，对下层土壤有保墒效应。 • 耕翻使土壤的热容量和导热率减小，削弱了上下层土壤间
4 温室的二氧化碳状况
温室内的二氧化碳比室外小，若要增加作物产量，需 要增加室内的二氧化碳含量。
CO2浓度变化较大，早晨揭苫前可达1100~
1300ppm；
容易出现NH3、NO2、SO2、C2H4、Cl2等有
毒气体危害。
习
题
1、什么是农业小气候？有什么特征？
2、耕翻和镇压的气候效应有什么区别？
1、林带的防风效应
风 速 （ ％ ）
100 80 60 40
风向
20
0 4
8
12
16
20
24
28
树高（H）的倍数
Populus forest
2、防护林带的作用
（1）减轻强风（台风、寒潮大风）、 风沙、 平流霜冻等灾害； （2）防止水土流失、减少土壤蒸发； （3）改良土壤，净化空气，改善农田 生态环境、改善城市气候。
四、农业小气候的特征 (Features of farming microclimate )
（一）农田中光的分布(photo distribution)
光照强度由植株顶部向下递减
1、作物生长前期：光随高度分布差别不大；
2、作物生长旺期：随高度增加，光照增强；
3、作物生长后期：光随高度分布差别不大。
外培土1.0 ～1.2m
温室的特点：
（1）大量的短波辐射可以进入室内， 很少的长波辐射逸出室外； （2）室内与室外的乱流交换弱， 只有通过分子热传导来进行。
一、温室小气候的特点
1、温室的光
室内的光照强度比室外弱，不同的材 料，透光率不同。
寒冷季节光照强度弱，成为生产的限制因子； 由于保温覆盖，寒冷季节光照时数少； 光照分布南强北弱，上强下弱，东西山墙附近 上午或下午有三角形弱光区； 室内紫外线辐射强度比玻璃温室高。
2、温室内的温度
通常比室外高， 晴天时，T室内=7.1+1.37T室外 气温常年高于露地，冬端夏长，保温性能好的温室可 四季生产； 气温日变化规律与外接相同；晴天最低气温出现在揭 苫后半小时，最高出现在12～14时；阴天昼夜温差小 于晴天； 气温分布严重不均：白天气温上高下低，中部高四周 低；夜间北高南低；
4、种植行向的气象效应
•
• • •
种植行向主要影响植株的受光时间和所得到的太阳
辐射强度。 夏半年，沿东西行向的日照时数比沿南北行向的日
照时数多；
冬半年，沿南北行向的日照时数比东西行向的日照 时数多。 因此在高纬度地区，秋季播种时取南北行向，春季 播种时东西行向为宜。
5、种植密度的气象效应
• 种植密度的大小影响作物群体的通风透光和温度的变化。
间的热量交换，可减小土壤温度日较差。
• 镇压地夜间表现为增温效应，白天表现为降温效应。
3、垄作的气象效应
• 垄作使土壤疏松，其小气候效应与耕翻相同。 • 垄作增加了土壤表面与大气的接触面积，白天增加对太
阳辐射的吸收面，热量聚集在土壤表面，温度比平作高；
夜间垄上的有效辐射大，垄温比平作温度低。 • 垄作使土壤的蒸发面增大，上层土壤干燥疏松，下层土 壤湿润；有利于排水防涝。 • 有利于通风透光。
•
当种植密度过大时，田间的通风透光性较差，株间温度
白天低于外界的温度，夜间高于外界的温度单株产量降 低，会影响群体的产量。
•
当种植密度过小时，田间的通风透光性较好，株间温度
适宜，单株产量增高，但由于植株数量的减少，会影响 群体的产量。
•
在生产实践中，应根据不同的作物进行合理密植。
6、灌溉的气象效应
竹木骨架
钢筋混凝土预制件与竹木拱杆混合骨架
柱、柁采用钢筋混凝 土预制件，拱杆仍采 用竹片或圆竹。
纵向每个35～40cm拉 一道 8# 镀锌铁丝，铁 丝上每隔70cm安一竹 片或圆竹。
立柱和柁为钢筋混 凝土预制件或圆木
8#镀锌铁丝与竹木钢筋混凝土混合骨架
日光温室常用建筑材料的热工参考指标
材料名称
墙体类型
类 型 内 墙 中 墙 外 墙
砖体空心墙 12cm水泥砂 浆砖墙 6～12cm空心内衬 24cm水泥 砂浆砖墙
砖体夹心墙
砖墙或石墙 外培土 土 墙
12cm水泥砂 12cm珍珠岩、炉渣、 24cm水泥 浆砖墙 锯末、聚苯板 砂浆砖墙 24cm砖墙或 37cm石墙 外培土1.0 ～1.2m
50cm厚木板 打墙和泥垛墙
地温相对稳定，变化幅度小，中部高四周低，南底角 处地温最低。
3 温室的湿度
室内的湿度大于室外，常导致温室内植物易受病害。
空气的绝对湿度和相对湿度均高于露地； 空气相对湿度日变化大； 局部湿差大。温室越大，RH日变化越小， 局部湿差较大； 夜间作物沾湿现象严重，易诱发病害。
菜用仙人掌栽培 彩椒栽培 茄子栽培 甜瓜栽培 黄瓜栽培 番茄栽培 园艺作物育苗 花卉栽培 葡萄栽培 油桃栽培 草莓栽培 苦苣活体蔬菜 芦荟栽培
二、小气候的特点
1、范围小 (small range) 2、差别大 (large difference) 3、很稳定(very stable)
三、 小气候形成的物理基础
（一）作用面与活动层的概念(activity layer) 凡能籍辐射作用吸热或放热，从而调节 邻近气层和土层（或其它物质层）温度状 况的表面，称为活动面或活动层。
第二代节能型日光温室
• 辽沈 I 型日光温室 • 熊岳第二代节能日光温室
• 改进冀优 II 型节能日光温室
钢骨架
双 弦 桁 架 式 无 柱 结 构
4分厚壁钢管
Φ10～12圆钢
Φ8圆钢
用 直 径 4cm 的圆竹或 5cm 宽 的 竹 片做拱杆， 每隔60～80 cm 设 一 根 。
用直径8～10cm的 圆木做立柱、 拉杆、横梁，立柱纵向每隔3m一 根，横向共设3排。
（二）农田中温度的分布
h h 2/3 H
2/3 H
白天
夜间
最高、最低温度出现在植株高度H的2/3处
1、旱地中温度的分布 作物生长前期和后期温度分布同裸地相似。 2、水田中温度的分布 同旱地相比，水田中，由于紧贴水面的一 薄层，白天蒸发耗热多，夜间冷却慢，所以 温度分布情况相反：白天为辐射型分布，夜 间为日射型分布。
• 农田灌溉后，土壤颜色加深，地面反射率减小，使
得土壤吸收的太阳辐射能增加。
• 灌溉后，增大了土壤的热容量和导热率，土壤温度 日较差比未灌溉地小。 • 灌溉地因蒸发耗热显著增加，减弱了空气的增温作 用，因此，白天、暖季有降温效应，夜间、冷季有
增温效应。
7、覆盖的气象效应
• 覆盖减弱了空气的乱流活动，可起到保温、