农业气象学课件-PPT.ppt
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1、农业气象学第一章第一章主要内容主要内容 1 1 农业生产与气象条件农业生产与气象条件 3 3、气象条件还会通过其它外界环境条件、气象条件还会通过其它外界环境条件如土壤、水文等的作用来影响农业生产。如土壤、水文等的作用来影响农业生产。4 4、在气象条件中,光、热、水、气诸因子、在气象条件中,光、热、水、气诸因子既不能互相代替,又互相制约,综合地影响着既不能互相代替,又互相制约,综合地影响着农业生产,其不同的组合对农业生产会有不同农业生产,其不同的组合对农业生产会有不同的影响。不利的组合将导致减产,有利的组合的影响。不利的组合将导致减产,有利的组合会使农业增产,而最优的组合才有可能使农业会使农业增
2、产,而最优的组合才有可能使农业生产高产、优质、高效。生产高产、优质、高效。木桶能装多少水,不取决于最长的木板,木桶能装多少水,不取决于最长的木板,而取决于最短的木板(木桶定律)。而取决于最短的木板(木桶定律)。3 3、精细农业或精耕细作等多项农业技术、精细农业或精耕细作等多项农业技术措施功能的发挥,几乎无一不与天气气候条件措施功能的发挥,几乎无一不与天气气候条件有关。有关。4 4、农业生产对象的生长发育规律与影响、农业生产对象的生长发育规律与影响农业生产气象条件的变化规律相结合所形成的农业生产气象条件的变化规律相结合所形成的农业气象规律,会对农业生产产生有利或不利农业气象规律,会对农业生产产生
3、有利或不利影响。因此,要发展农业生产,影响。因此,要发展农业生产,必须掌握农业必须掌握农业气象规律。气象规律。四、四、“土壤土壤植物植物大气大气”系统(系统(SPASSPAS)2 2 农业气象学的定义及其主要内容农业气象学的定义及其主要内容 农业气象学的定义农业气象学的定义 农业气象学的研究对象农业气象学的研究对象 农业气象学的目的农业气象学的目的 农业气象学的主要内容农业气象学的主要内容 三、农业气象学的目的三、农业气象学的目的 四、农业气象学的主要内容四、农业气象学的主要内容 4 4、农业气象灾害规律及防御措施研究与服务、农业气象灾害规律及防御措施研究与服务 5 5、农业微气象学研究与服务
4、、农业微气象学研究与服务 另外,从农业生产对象的角度出发,农业气象另外,从农业生产对象的角度出发,农业气象学主要包括:学主要包括:作物气象作物气象 林业气象林业气象 畜牧气象畜牧气象 渔业气象渔业气象 第二章第二章太阳辐射与农业生产太阳辐射与农业生产主要内容1 1 光的生物学意义与植物的光学特性光的生物学意义与植物的光学特性2 2 光照长度对植物的影响光照长度对植物的影响3 3 光照强度对植物的影响光照强度对植物的影响4 4 不同光谱成分对植物的影响不同光谱成分对植物的影响5 5 光能利用率及其提高途径光能利用率及其提高途径实习实习1 1:作物光能利用率的计算及分析:作物光能利用率的计算及分析
5、本章重点与难点本章重点与难点本章重点:本章重点:光合有效辐射、光周期现象、感光性、光饱光合有效辐射、光周期现象、感光性、光饱和点与光补偿点、光能利用率等基本概念。和点与光补偿点、光能利用率等基本概念。光周期学说在农业生产中的应用,光光周期学说在农业生产中的应用,光光合光合作用关系分析,光能利用状况及提高途径分析。作用关系分析,光能利用状况及提高途径分析。本章难点:本章难点:光周期学说及其应用,光周期学说及其应用,光光光合作用关系理论分析。光合作用关系理论分析。1 1 光的生物学意义与植物的光学特性光的生物学意义与植物的光学特性 一、光的生物学意义一、光的生物学意义 二、植物的光学特性二、植物的
6、光学特性 三、光在群体中的分布三、光在群体中的分布 一、光的生物学意义一、光的生物学意义 1 1、太阳辐射的重要性、太阳辐射的重要性 太阳辐射是地球上生物有机体的主要太阳辐射是地球上生物有机体的主要能量源泉;能量源泉;太阳辐射是大气运动和产生各种天气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。气候现象的主要能量源泉。2 2、光的生物学意义、光的生物学意义 太阳辐射对植物的作用:太阳辐射对植物的作用:光合效应光合效应 热效应热效应 光的形态效应光的形态效应 光还在相当程度上影响植物的地理分布。光还在相当程度上影响植物的地理分布。各种辐射波段对植物的重要性见表各种辐射波段对植物的重要性
7、见表2.12.1。表表2.1 2.1 辐射波段及其对植物生命活动的重要性辐射波段及其对植物生命活动的重要性辐辐 射射波波 段段光谱区光谱区占太阳占太阳辐射能辐射能(%)对植物生命的效应对植物生命的效应热效应热效应光合光合效应效应形态形态效应效应紫外线紫外线光合有效辐射光合有效辐射近红外辐射近红外辐射长波辐射长波辐射290290380380380380710710710710400040003000300010000100000 04 42121464650507979不重要不重要重重 要要重重 要要重重 要要不重要不重要重重 要要不重要不重要不重要不重要中中 等等重重 要要不重要不重要不重要不
8、重要 3 3、光对植物影响的主要方式、光对植物影响的主要方式 光主要从三个方面对植物产生影响:光主要从三个方面对植物产生影响:光长,即光照时间的长短。光长,即光照时间的长短。光强,即光照的强弱。光强,即光照的强弱。光质,即光谱组成的不同。光质,即光谱组成的不同。4 4、研究太阳辐射与农业生产的重要意义、研究太阳辐射与农业生产的重要意义 绿色植物通过光合作用所合成的物质约占绿色植物通过光合作用所合成的物质约占其干重的其干重的909095%95%;太阳辐射能投射到植物体上真正为植物所太阳辐射能投射到植物体上真正为植物所利用进行光合作用部分却很少。光能利用率低。利用进行光合作用部分却很少。光能利用率
9、低。因此,提高作物的光能利用率是农业生产中因此,提高作物的光能利用率是农业生产中的一个十分重要的课题,当然也是农业气象学的的一个十分重要的课题,当然也是农业气象学的主要任务之一。主要任务之一。二、植物的光学特性二、植物的光学特性 1 1、单叶叶片对光的反射、透射和吸收、单叶叶片对光的反射、透射和吸收 (1 1)基本概念)基本概念 反射:投射到叶面的太阳辐射被直接反射:投射到叶面的太阳辐射被直接反射到太空中去的部分称为外反射;进入叶片反射到太空中去的部分称为外反射;进入叶片内部不能被叶片吸收从投射一侧返回空气中的内部不能被叶片吸收从投射一侧返回空气中的部分称为内反射;外、内反射之和称为反射。部分
10、称为内反射;外、内反射之和称为反射。吸收:进入叶片内部的太阳辐射被叶片吸收:进入叶片内部的太阳辐射被叶片吸收的部分称为吸收。吸收的部分称为吸收。透射:进入叶片内部不能被叶片吸收从透射:进入叶片内部不能被叶片吸收从投射对面一侧向叶外逸出的部分称为透射。投射对面一侧向叶外逸出的部分称为透射。反射率反射率R R、透射率透射率T T和吸收率和吸收率A A之间关系:之间关系:R+T+A=1 R+T+A=1(2)绿色叶片的能量平衡)绿色叶片的能量平衡a.能量用于光合作用;b.能量用于叶子向周围环境散热;c.余下的能量转化为热能,可使623640克的水分燕腾,并在光合作用中形成约1克物质。(3 3)影响叶片
11、对光的反射、透射、吸收能力的因素)影响叶片对光的反射、透射、吸收能力的因素 太阳光谱成分太阳光谱成分 表表2.22.2绿叶对不同波段的平均反射、透射、吸收率绿叶对不同波段的平均反射、透射、吸收率波段波段光合有效辐射光合有效辐射(380-710nm)近红外辐射近红外辐射(710-4000nm)短波辐射短波辐射(350-3000nm)长波辐射长波辐射(3000-10000nm)反射率反射率0.090.510.300.05透射率透射率0.060.340.200.00吸收率吸收率0.850.150.500.95 植物种类植物种类 叶龄、叶片的表面形态、颜色叶龄、叶片的表面形态、颜色 叶片的水分含量叶片
12、的水分含量 光的投射角度、天气状况光的投射角度、天气状况 季节、生育期季节、生育期 因此,叶片对太阳辐射的反射率因此,叶片对太阳辐射的反射率、透射率透射率和吸收率存在着日变化、季节变化,不是一个和吸收率存在着日变化、季节变化,不是一个定值,有一定的变化范围。定值,有一定的变化范围。2 2、群体叶片对日光的反射、透射和吸收、群体叶片对日光的反射、透射和吸收 太阳辐射进入植被内部,经过植被中茎叶太阳辐射进入植被内部,经过植被中茎叶层层的反射、透射和吸收,当然还包括漏射,层层的反射、透射和吸收,当然还包括漏射,而被削弱,形成了一个较复杂的过程。而被削弱,形成了一个较复杂的过程。关于关于群体叶片对日光
13、的反射、透射和吸收群体叶片对日光的反射、透射和吸收能力,可归纳出以下四点看法。能力,可归纳出以下四点看法。(1 1)同一种农田的植被,对于不同波长的)同一种农田的植被,对于不同波长的辐射,其反射、透射和吸收能力不同。辐射,其反射、透射和吸收能力不同。(2 2)同一种波长的辐射,不同作物、同一)同一种波长的辐射,不同作物、同一作物不同的生长发育状况(包括品种、密度、作物不同的生长发育状况(包括品种、密度、叶龄、叶形、叶片的颜色和含水量等等),其叶龄、叶形、叶片的颜色和含水量等等),其反射、透射和吸收能力不同。反射、透射和吸收能力不同。(3 3)反射、透射和吸收率不是一个常数,)反射、透射和吸收率
14、不是一个常数,在任一光谱中有一定幅度。在任一光谱中有一定幅度。(4 4)群体对日光的反射率和透射率要比)群体对日光的反射率和透射率要比单叶明显地小,而吸收率却明显地高于单叶。单叶明显地小,而吸收率却明显地高于单叶。如稻、麦作物,叶片向上斜立,其反射和如稻、麦作物,叶片向上斜立,其反射和透射光几乎都比单叶少一半左右;一般在抽穗透射光几乎都比单叶少一半左右;一般在抽穗开花期,群体的反射率约开花期,群体的反射率约5 57%7%,透射率约,透射率约4 47%7%,而群体的吸收率则高达,而群体的吸收率则高达858590%90%。三、光在群体中的分布三、光在群体中的分布 1 1、光在群体中的分布规律、光在
15、群体中的分布规律 由于受作物品种、群体的几何结构以及密由于受作物品种、群体的几何结构以及密度等因素影响,植被中光强的垂直变化十分复度等因素影响,植被中光强的垂直变化十分复杂,但其垂直分布有一定的规律。杂,但其垂直分布有一定的规律。如油菜、小麦等(图如油菜、小麦等(图2.2.1 1)。)。图图2.1 2.1 相对总辐射在植被中的分布(翁笃鸣等,相对总辐射在植被中的分布(翁笃鸣等,19811981)相相 100对对 80 油菜油菜总总 60辐辐 40射射 20 小麦小麦%0 100 80 60 40 20 0 相对株相对株高高%(油菜株高(油菜株高158厘米,小麦株高厘米,小麦株高123厘米)厘米
16、)在实际工作中常用透光率来表征农田中在实际工作中常用透光率来表征农田中的透光情况。的透光情况。透光率:透光率:所测高度处的照度与农田上方所测高度处的照度与农田上方照度的比值,用小数或百分数表示,也称相照度的比值,用小数或百分数表示,也称相对照度。对照度。农田中透光率的分布曲线与光强农田中透光率的分布曲线与光强的分布曲线完全一致,亦随深度迅速递的分布曲线完全一致,亦随深度迅速递减,其递减率与叶片的铅直分布关系密减,其递减率与叶片的铅直分布关系密切。切。农田中各高度透光率存在着相同的日农田中各高度透光率存在着相同的日变化,由于太阳高度角的改变,中午时透光变化,由于太阳高度角的改变,中午时透光率最大
17、,早晚时透光率较小。率最大,早晚时透光率较小。例如在对棉花的观测中发现,在始花期,例如在对棉花的观测中发现,在始花期,早晚的透光率为早晚的透光率为10%10%,而正午时透光率可达到,而正午时透光率可达到41%41%。2 2、光在群体中垂直分布规律的数学描述光在群体中垂直分布规律的数学描述 门司正三和佐伯敏郎(日本),门司正三和佐伯敏郎(日本),19531953年从年从实际观测(大田切片法)和理论推算两个方面实际观测(大田切片法)和理论推算两个方面建立了光强对叶面积的依赖关系。他们假定:建立了光强对叶面积的依赖关系。他们假定:叶层是由叶片等植物器官所组成的均一介质,叶层是由叶片等植物器官所组成的
18、均一介质,并把比尔(并把比尔(BeerBeer)定律引入到群体中光强垂直定律引入到群体中光强垂直分布的研究,提出了著名的门司分布的研究,提出了著名的门司佐伯公式。佐伯公式。门司门司 佐伯公式佐伯公式:I=II=I0 0 expexp(-kF-kF)式中,式中,I I0 0为冠层(群体顶部)的光强;为冠层(群体顶部)的光强;I I为各层为各层的光强;的光强;k k为群体叶层光强衰减系数或群体消光为群体叶层光强衰减系数或群体消光系数;系数;F F为各层次以上部分的叶面积之和。为各层次以上部分的叶面积之和。群体消光系数群体消光系数k k值可用下式求算:值可用下式求算:k=k=(-ln(I/I-ln(
19、I/I0 0)/)/F F式中,式中,I/II/I0 0即透光率。即透光率。k k值是一个无量纲数,它描述了叶片的值是一个无量纲数,它描述了叶片的遮阴程度,当上层叶面积大时,遮阴程度,当上层叶面积大时,k k值就大,值就大,光强衰减就明显。光强衰减就明显。注意:注意:实际上,大田内部的情况十分复杂,影响实际上,大田内部的情况十分复杂,影响k k值的因素非常多,包括叶片大小、厚薄、表面值的因素非常多,包括叶片大小、厚薄、表面光滑度、叶绿素含量以及叶片含水量等影响叶片光滑度、叶绿素含量以及叶片含水量等影响叶片反射、透射和吸收的因素;入射光的方向和光谱反射、透射和吸收的因素;入射光的方向和光谱成分;
20、叶片角度及群体的结构;季节、天气以及成分;叶片角度及群体的结构;季节、天气以及时间等。时间等。因此,因此,K K值不是一个稳定的值值不是一个稳定的值。在实际应用中,禾谷类作物在实际应用中,禾谷类作物K K值较稳定,值较稳定,因而使用平均值代替。因而使用平均值代替。一般地,一般地,k k值小于值小于1 1。据门司和佐伯测算,。据门司和佐伯测算,草中的草中的k k值为值为0.30.30.50.5,水平叶子作物层中的,水平叶子作物层中的k k值为值为0.70.71.01.0。而中科院上海植生所测得的。而中科院上海植生所测得的水稻叶层的水稻叶层的k k值在值在0.60.67 70.740.74之间,平
21、均达到之间,平均达到0.710.71(表(表2.32.3)。)。表表2.3 2.3 叶层的光分布及光强衰减系数叶层的光分布及光强衰减系数(上海植生所,(上海植生所,19591959)层高(层高(cmcm)I/II/I0 0(%)F Fk k30305 54.064.060.740.7440408 83.743.740.680.68505013132.992.990.680.68606020202.372.370.670.67707032321.541.540.740.74808048481.001.000.740.7490901001000.300.30平均平均0.710.71 注意:注意:门
22、司门司 佐伯公式适用的条件象均一介质佐伯公式适用的条件象均一介质是不可能满足的。是不可能满足的。但在实际观测中,光在群体中的垂直变化但在实际观测中,光在群体中的垂直变化确实符合负指数规律,所以门司确实符合负指数规律,所以门司 佐伯公式佐伯公式目前还是得到了广泛的应用。目前还是得到了广泛的应用。一、植物的光周期现象一、植物的光周期现象 二、光照长度与植物发育关系的几种解释二、光照长度与植物发育关系的几种解释 三、光周期对植物生长发育的影响三、光周期对植物生长发育的影响 四、光周期学说在农业生产中的应用四、光周期学说在农业生产中的应用 一、植物的光周期现象一、植物的光周期现象 1 1、日照长度和光
23、照长度、日照长度和光照长度 日照长度。日照长度。是指一地每天从日出到日落是指一地每天从日出到日落之间的日照时数,是一种在一定地区各年之间之间的日照时数,是一种在一定地区各年之间比较稳定的气候要素。比较稳定的气候要素。光照长度。光照长度。也称为光长,它和日照长度也称为光长,它和日照长度不同,它包括日照长度和曙暮光时段。不同,它包括日照长度和曙暮光时段。2 2、光周期、光周期 地球上不同纬度地区的温度、雨量和昼夜长度等地球上不同纬度地区的温度、雨量和昼夜长度等会随季节有规律地变化。在各种气象因子中,昼夜长会随季节有规律地变化。在各种气象因子中,昼夜长度变化是最可靠的信号,不同纬度地区昼夜长度的季度
24、变化是最可靠的信号,不同纬度地区昼夜长度的季节性变化是很准确的。纬度愈高的地区,夏季昼愈长,节性变化是很准确的。纬度愈高的地区,夏季昼愈长,夜愈短;冬季昼愈短,夜愈长;春分和秋分时,各纬夜愈短;冬季昼愈短,夜愈长;春分和秋分时,各纬度地区昼夜长度相等,均为度地区昼夜长度相等,均为12h12h。自然界一昼夜间的。自然界一昼夜间的光暗交替称为光周期(光暗交替称为光周期(photoperiodphotoperiod)。)。北半球不同纬度地区昼夜长度的季节变化北半球不同纬度地区昼夜长度的季节变化 3 3、植物光周期现象、植物光周期现象 (1)植物光周期现象的概念)植物光周期现象的概念 昼夜光照与黑暗的
25、交替对植物发育(主要昼夜光照与黑暗的交替对植物发育(主要是开花)有显著影响的现象称为光周期现象是开花)有显著影响的现象称为光周期现象(photoperiodism)。植物的开花、休眠和)。植物的开花、休眠和落叶,以及鳞茎、块茎、球茎等地下贮藏器官落叶,以及鳞茎、块茎、球茎等地下贮藏器官的形成都受昼夜长度的调节,但是,在植物的的形成都受昼夜长度的调节,但是,在植物的光周期现象中最为重要且研究最多的是植物成光周期现象中最为重要且研究最多的是植物成花的光周期诱导。花的光周期诱导。(2)光周期现象的发现)光周期现象的发现 1919年,美国园艺学家加纳和阿拉德(年,美国园艺学家加纳和阿拉德(Garner
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