三牧草地小气候PPT课件.ppt

第三章牧草地小气候 气候泛指由天文学因子和物理 地理学因子共同作用而形成的地域性天气状况 主要取决于其地理位置 1 气候控制范围 大气候 区域性中气候 地区性小气候 地段植物气候 植被范围 牧草地 2 第一节自然效应第二节人工效应 3 第一节自然效应 一 太阳辐射二 热量平衡三 水分平衡四 风和二氧化碳状况 4 一 太阳辐射 一 生物圈中的光特性 二 光辐射对植物的作用 5 一 生物圈中的光特性 1 可见光光谱组成 390 770nm 6 2 辐射能量 I0 每分钟每平方厘米8 12J I I0 sin 7 二 光辐射对植物的作用 2 群体作用 1 个体作用 8 1 个体作用 植物个体 热效应 70 光合效应 28 9 2 群体作用 植物群丛 入射辐射的条件 直接辐射 散射辐射地面的光学性质 植被密度及雪被状况等植物群丛的光学性质 植物种类 叶片结构 叶龄 叶色 叶片厚度等植物群丛结构 群丛冠层结构 植株在地面上的分布 叶片大小和方位 叶片数量及叶片空间分布和相互遮荫情况等 10 通常情况下 植物群丛接受太阳辐射的最活跃部位是在群丛高度的2 3处 此称为辐射的 作用面 或 下垫面 11 下垫面 underlyingsurface 12 二 热量平衡 一 温度分布规律 二 辐射平衡和热量平衡 13 一 温度分布规律 1 群丛气温 禾本科牧草 最高温 群丛高度2 3处2 耕层土温 太阳辐射 土壤质地 湿度 土表状况 地形3 植株温度 日照 风速 白昼 白高昼低 14 15 二 辐射平衡和热量平衡 1 辐射平衡2 热量平衡 16 1 辐射平衡 作用面收入 吸收 的辐射能与支出 反射 的辐射能的差值 辐射平衡 Radiationbalance 牧草地辐射平衡白天呈递减型 即由植被上部向下递减 夜晚为递增型 即由植被上表面向下递增 植被对辐射交换有削弱作用 在白天可起到降低温度的作用 夜晚通过减少有效辐射而起到保持温度的作用 17 2 热量平衡 Heatbalance 地球表面 大气和地球 大气系统通过各种方式得到的热量和失去的热量之间的差值 18 三 水分平衡 一 降水与蒸发 二 牧草地水分状况 三 植物体内的水分平衡 19 1 水源分布2 水分循环与平衡3 降水指标体系 一 降水与蒸发 20 1 水源分布 海洋97 以上冰盖及冰川的冰雪2 地下水0 6 1 靠近地表 云 雾 水蒸气0 001 旱作雨养农业 21 2 水分循环与平衡 海洋 降雨 蒸发 陆地 蒸发 降雨 河流 22 3 降水指标体系 平均年降水量在250mm以下 干旱区 不能从事旱作 雨养 农业 只能发展牧业和灌溉农业 平均年降水量250 500mm 半干旱地区 可以从事旱作农业 尤其在350 500mm的地区 平均年降水量500 750mm 半湿润地区 优先发展农业的最佳地区 平均年降水量750 800mm以上 湿润地区 该地区解决涝害是农业生产的最大问题 23 二 牧草地水分状况 1 蒸发2 近地面空气湿度3 土壤湿度 24 1 蒸发 牧草地总蒸发分为土壤蒸发和植物蒸腾两项支出 二者比例与植被种类 密度和覆盖度有关 苗期 土壤蒸发为主 生长盛期 植物蒸腾占据主导地位 有植物的牧草地总蒸发量高于休闲地 牧草地总蒸发量与土壤湿度也有关 通常随着土壤湿度下降而降低 25 2 近地面空气湿度 牧草地近地面空气湿度主要取决于空气湿度和牧草地总蒸发 与休闲地相比 牧草地近地面空气湿度大 而且由地面向上递减 这种递减幅度随株高和覆盖度的增加而缩小 26 3 土壤湿度 牧草地的土壤湿度因总蒸发量大和被植被截留降水而降低 又因植被表面形成的露 霜及植被阻流降水径流而增加 总的来看失去的水分多于得到的水分 牧草地土壤湿度是要下降的 但若植被很密 以致地面蒸发很少 植物蒸腾耗水吸自较深土层 休闲地蒸发水分来自表层 则牧草地表层土壤湿度反而高于休闲地 27 三 植物体内的水分平衡 1 植物吸水2 植物失水3 植株体内的水分平衡 28 四 风和二氧化碳状况 一 风 二 二氧化碳 29 一 风 1 风速差异2 风的分布 30 二 二氧化碳 1 分布2 利用 31 第二节人工效应 一 耕作效应二 密植效应三 间套作效应四 灌溉效应五 防风效应六 覆膜效应七 化学效应八 防霜效应 32 一 耕作效应 一 垄作 二 浅锄深耕 三 镇压 四 免耕留茬 33 2020 1 3 34 一 垄作 垄作是在整地时将耕作层筑起垄台和垄沟 而后在垄台上种植作物 这是北方湿润寒冷地区常见的一种栽培方式 垄作的主要效应是增温 这是因为其地画呈波浪形起伏状 地表面积比平作增加了25 30 从而增大了太阳辐射的接纳量 导致白天垄上温度比平作高2 3 而夜晚因散热面积大比平作温度低 结果增大了土壤日温差 这样有利于植物生长发育 垄作还有降低土壤湿度和提高光照强度的效应 0 20cm的耕作层土壤湿度平均比平作降低0 8 3 0 植株上 中 下部光照强度比平作分别提高43 0 50 27 5 35 二 浅锄深耕 牧草苗期中耕浅锄除杂草 加大土壤日温差 一般浅锄 4 6cm 可提高土层5cm处温度0 5 0 8 深耕具有增温作用 增温效果持续时间长 可体现在全年各个时期 而且这种作用随耕深的下延而增大 36 三 镇压 镇压的结果是使土壤结构紧密 影响可达10cm 由于导热率和吸热率增大 使得土壤温度状况发生变化 高温时段镇压能降低温度 低温时段镇压能提高温度 对夏季防热 冬季御寒有着积极作用 由于土壤紧密使毛细管作用加强 引起下层水分上升 导致上层毛细管持水量增加 反映到上层土壤湿度增大 37 四 免耕留茬 免耕留茬是在保留上茬作物的情况下 不耕翻 在其行间种植下茬作物的方式 这是现代农艺技术兴起的一种栽培方法 保留残茬可减小风力 减弱能量交换减少地面热量损失 平缓田间气温变化 阻留积雪 这些作用对防御低温有着积极作用 其作用效果随茬的增高而增强 另外 免耕留茬显然比耕翻减少水分蒸发 从而有效保留了土壤水分 38 二 密植效应 一 密植与小气候因子 二 合理密植与种植方式 39 一 密植与小气候因子 合理密植为牧草造就了特殊的田间小气候 使小气候得到最充分利用 但过度密植会使牧草地小气候变劣 诸如削弱光照强度 变劣通风状况 降低日间温度 降低土壤湿度 增加近地面空气湿度 从而使牧草地小气候条件变得不利于植物生长发育 40 二 合理密植与种植方式 密植是否合理用田间株丛密度表示 即单位面积内植物株丛数 合理的田间密度首先取决于植物种类 此与植物株高 株型 叶形 冠幅和根幅有关 当密度一定时 密植效果取决于种植方式 适当加大行距 缩小株距 调节植物群体在田间的分布状况 可改善田间小气候条件 达到充分利用当地气候资源的效果 41 三 间套作效应 一 增产理论 二 效应分析 42 43 一 增产理论 间套作又称间作套种 指在前作物未收获前在其行间种植后作物的方式 属密植范畴 形式多种多样 采用高 矮秆作物间套作 由于叶子层次多 加大了叶面积 增强了光合效率 同时还可充分利用作物生长前期和后期的光照 从而提高了光能利用率 矮秆作物生长的地方 可成为高秆作物通风透光的 走廊 光线通过这一走廊直射到高秆作物的中下部 同时由于矮秆作物的叶面反射 田间漫射光也大大增加 从而发挥田间植物群体较多利用光能的效益 另外 实行间套作延长了生长季中光合的有效时间 从而也提高了光能利用率 除改善田间小气候外 间套作尽量扩大了边际效应 争取了更多光照和通风条件 使得作物形成更高产量 44 二 效应分析 通过合理布局田间作物 改善田间通风透光条件 形成有利于作物群体生长发育的外界环境 最终达到增产目的 其种植方式主要有两茬间套作和三茬间套种 每年生长季都有两种作物共生 因各自所处生育期及生态特点不同 造成对光 热 水 气条件的要求也不一致 从而在田间形成一种既互相促进又互相矛盾的特殊小气候 这种小气候除在光照和通风条件上得到改善外 尚有不利条件形成 如上茬小麦对中茬玉米苗期的遮荫降低了玉米带中的地温 气温和湿度 因而适当加大玉米带宽对保证玉米生长是非常必要的 45 四 灌溉效应 一 旱区灌溉 二 冬灌 三 喷灌 四 渗灌 46 一 旱区灌溉 在干旱和半干旱地区 牧草地小气候具有昼夜气温变化剧烈 降水稀少 空气干燥等特点 经过灌溉可使土壤变湿 热容量显著增大 蒸发到空气中的水汽增多 由于蒸发吸收了潜热 从而使土壤温度和近地面空气温度的昼夜变化趋于缓和 尤以地温下降明显 作用效果因植物种类 季节 灌溉前后降水情况而异 47 二 冬灌 冬灌是指地冻后的灌水方式 可明显增加地温和近地面气温 有保温防寒作用 这种作用距灌溉期越远 离地面越高 作用效果就越弱 此外 灌溉方法 灌溉量 灌溉时间等对灌溉效应的大小和持续时间长短也都有直接影响 48 三 喷灌 喷灌是一种节水增产的灌溉方式 改善农田小气侯有明显效应 夏季喷灌可增加近地面空气湿度 给作物造成凉爽湿润小气候环境 春季和晚秋霜冻前进行喷灌可阻止近地面气温的急剧下降 达到保温防霜效果 49 四 渗灌 渗灌是使水通过埋在地下的瓦管 由下而上慢慢浸润土壤 这是一种借助土壤毛细管作用把水供给植物利用的灌溉方式 比地面灌溉减少土壤板结和出现裂缝的机率 比喷灌降低土温效果更明显 渗灌后的土壤蒸发量小 保水能力强 持续时间长 且土表疏松结构的土壤不致被破坏 50 五 防风效应 一 林带 二 风障 三 绿篱 51 一 林带 林带是通过在农田周围植树造林 营造林网来实现防风的 也称防护林 林带结构以上稠下疏 孔隙度为30 的透风林效果最好 林带宽度以9 28m为宜 带距为林高30倍 常为200 300m 防风效果 林带迎风前林高3倍处 可降低风速20 30 气流穿过林带后 风速降低效果逐渐减小 可达林高15倍以上 风向越垂直于林带 风速降低效果越强 垂直风在林后5倍于林高处风速降低可达70 52 林带还能减弱湍流交换 减少林带后面的土壤蒸发 保持冬季积雪 防止表层土壤吹失 林带的水文效应表现在对地表径流的截留作用 对降水量和降水分配的重要影响 林带的其他小气候效应 对冷空气的阻碍作用 林网内空气湿度的增加 以及防止空气污染 净化环境 减音隔噪等方面 此外 林带网络的增产作用十分显著 平均达20 30 尤以林后5 10倍林高处增产可达40 这种增产效果与林带网络的形状 大小及林带高度有关 长方形优于正方形 长宽比以8 1或4 1为宜 即宽为200 300m 长为800 2400m 林带高度越高 因影响范围越大 故增产效应越显著 53 二 风障 风障是指用秸秆 柳枝 苇席 石块 土墙等材料围建而成的一种农田防护设施 风障效应主要体现在防风和增温上 距风障越近 减风效果越好 增温效果越明显 风障越高 减风越强 增温越显著 一般认为 减风有效范围在迎风面风障高2 3倍处至背风面15 20倍处 在背风面5 6倍处可降低风速50 离地面10cm处气温 风障内比风障外增温达1 3 阴天低些 晴天高些 表层土温增加更多 风障多用于育苗栽培上 北方因南北风多 应在育苗地南 北两面设置风障 每隔20 30m处设一障腰可明显提高防风效果 在东西两侧设上风障对加强防风也有好处 54 55 三 绿篱 绿篱是通过种植多年生灌木植物而营造成的 如锦鸡儿 沙棘 榆树等 是近年来在农田兴起的一种生物防护设施 多用于流动或半流动沙丘地段 对防止沙化 固土保水起到积极作用 其对小气候的改善效应与风障相近 但在防止沙化方面的作用远大于风障 56 六 覆膜效应 一 增温 二 保湿 三 其他 57 一 增温 地膜透光性好 再加上不透气性阻隔了土壤中热量的散发 从而有效地贮存了太阳辐射能 导致土壤温度普遍升高 早春比露地表土日平均温度提高2 4 结果增加了有效积温 加速了作物生长发育 促进了早熟 58 二 保湿 地膜不透水和不透气 抑制了土壤水分的蒸发 同时因土壤上下层温度的差异使土壤水分自下而上运行集结 这样起到了保墒提墒的作用 导致耕作层土壤水分充足而稳定 据陈万隆等 1965 在江苏省高邮县的测定 早春 4月初 地膜内相对湿度几乎全天处于饱和状态 日平均相对湿度达96 平均比露地高出22 59 三 其他 地膜覆盖除有增温保湿的效应外 还可改善土壤的物理性状 表现在土壤固相减少3 5 气相增加3 4 液相增加1 2 硬度减少3 6倍 孔隙度也有所增加 整个土壤质地疏松 土壤的水 肥 气 热诸因素均处于协调状态 这样的农田小气候条件非常有利于作物的生长发育 60 七 化学效应 一 保墒增温剂这是由几种化学原料在高温条件下 经机械充分搅拌而成一种膏状物 用水稀释溶解后喷洒在平整苗床上 待3 4h后在土壤表面形成一层均匀的薄膜 其功能主要是抑制土壤水分蒸发 减少蒸发率8 以上 达到保墒目的 同时 它的增温效果也非常明显 可使日平均土壤温度提高4 6 白天高达6 lO 夜晚最低增温1 2 此外 还有抑病压盐的作用 61 二 石油助长剂此为一种石油 原油 提炼后的产物 液态 无毒 具可湿性 不同植物要求浓度不同 按规定浓度要求配好石油助长剂溶液后 用喷雾器喷洒在植株上 在株体表面很快形成一层薄膜 使植株蒸腾减少 叶片含水量增加 从而减轻或避免干热风的危害 62 八 防霜效应 霜冻是指植物表面温度因周围气温下降而迅速降低到使其受害的现象 依天气条件分析霜冻原因 可将霜冻分为平流霜冻和辐射霜冻两种 平流霜冻是指由