农业基础气象 6

第九章农业小气候第九章农业小气候第一节小气候的概念及形成的物理基础第二节农田小气候的一般特征第三节地形与水域小气候第四节果园与茶园小气候第五节农业措施小气候第六节温室和覆盖地小气候第一节小气候的概念及形成的物理基础小气候学（microclimatology）是研究近地气层和土壤表层气候的一门科学，是气候学的一个重要分支。

天气气候学动力气候学气候学应用气候学小气候学……一、小气候的概念小气候定义：指在局部地域内，因下垫面影响而形成与大气候不同的贴地层和土壤表层的气候。农田小气候（microclimateinthefields）是以农田为下垫面的小气候。农业小气候（agro-microclimate）是广义的农业生产所形成的各种小气候，除农田小气候外，还包括果园、茶园、桑园、温室、蚕室、畜舍、牧场、森林等各种类型的小气候。二、小气候的特点（一）范围较小从空间尺度来说，小气候的垂直和水平尺度都很小。一般认为它的垂直方向的尺度大致包括整个贴地气层，在100m以内或更高一些；水平方向的尺度可以从几厘米至几十千米或更大一些。（二）差异较大由于小气候考虑的尺度小，局部地域差异不易被大规模空气运动所混合，所以无论垂直方向或水平方向的气象要素相差都大。（三）稳定性强稳定性是指小气候规律的相对稳定。由于尺度小，所产生的小气候差异不易被混合，于是各种小气候现象差异就比较稳定。小气候观测总是短时期的、季节性的，无需像气象台站那样成年累月地进行。三、小气候和农田小气候形成的物理基础（一）活动面和活动层的概念凡能借辐射作用吸热和放热，从而调节邻近气层（或其他物质层）温度和湿度状况的表面,称活动面（activesurface）或作用面。在作物层中，辐射的吸收和放射、蒸发和凝结的热交换过程，不只是涉及一个面，而是涉及一定厚度的作物层，这就是所谓的活动层（activelayer）或作用层。（二）活动面的热量平衡(heatbalanceintheactivesurface)裸地表面热量平衡是由四个分量组成：①下垫面的辐射差额R；②水分蒸发失热或凝结得热LE；③下垫面与大气间湍流（乱流）的热量交换P；④下垫面与下层土壤间的热量交换B。在农田中，作物光合作用消耗的部分太阳辐射，作物体的增温和传导所消耗的热量与四个分量相比很小，所以农田活动面的热平衡方程简化后与裸地相同。根据能量守恒定律，下垫面热量平衡方程式为：

R=LE+P+B(9.1)在上式中，如果把R看作到达下垫面的热量的流入部分，而其他都被当作热量支出部分，并且都是正值，则下垫面的热量平衡各分量在特定时刻的代数和应等于零。1.下垫面的辐射差额下垫面的辐射差额（净辐射）（radiationbalanceintheunderlyingsurface）是小气候形成的能量基础，其表达式为：

R=Q(1-a)-F(9.2)式中，Q为太阳总辐射；a为下垫面反射率；F为有效辐射。夜间没有短波辐射，辐射差额仅由长波辐射所组成，即R=-F。

第二节农田小气候的一般特征由于农田中作物种类不同，且作物随生育期的进展，株高及密度不断变化，活动面的性质有明显差异。而在不同自然地理条件（例如地形和水域）与农业措施的影响下，农田热量平衡同光、温、湿、二氧化碳和风的分布与变化,也有很大差别。一、农田活动层的热平衡状况农田活动层的热平衡方程可用下式表示：B=P+LE+IA+QT+QA+QS

(9.6)式中，B为农田活动层的辐射平衡；P为活动面与大气之间的乱流热交换；LE为农田的总蒸发耗热（包括农田蒸发和蒸腾）；IA为同化CO2消耗的热量；I为同化单位质量CO2消耗的热量；QT为叶片和株茎内部的热交换；QA为叶片积累的热量；QS为土壤与活动层之间的热交换。但是，IA、QT、QA均很小，所以一般为:B=P+LE+QS(9.7)式中变量与一般地表热平衡方程式一样。但在农田中由于作物需要大量水分及人工灌溉，结果其各分量的数值与裸地不同，因而形成农田小气候与裸地小气候不同。二、农田中光的分布农田中光照强度的分布，主要取决于作物植株高度、密度和叶层分布、叶片倾角与方位等。无论哪一层叶片，光线主要来自上方，而来自下方的反射光是比较微弱的。来自四方的侧光，在植株上层，受太阳方位角和高度角的影响是很明显的，愈到下层，则愈均匀。下层叶片对光的分布影响不大。

K值是农田作物群体结构（cropcolonystructure）的一个特征量。一般竖立的叶片群体的K值为0.3~0.5，水平叶片群体的K值为0.7~1.0。同一叶片，平铺和直立对光分布的影响完全不同，直立的叶片漏光多，比尔-朗伯特定律不适用。所以，K值一般用实验方法确定。光强在株间随高度的分布与作物光能利用有密切关系。当K值很小时，株间各层光强相差很小，光强较大，单株净光合强度较高。在高度密植的农田中，K值往往很大。图9-1水稻田中累计叶面积指数与相对光强的关系（阴天）三、农田中温度的分布农田中温度的分布，除取决于农田的辐射差额外，最主要的还取决于农田的乱流情况。作物生长初期，茎叶幼小、稀疏，对地面的遮蔽不大，这时农田辐射平衡、乱流热交换、农田蒸发（旱地）和土壤热交换等非常接近。不论昼夜，农田中温度的分布和变化，与裸地基本相同。即白昼为日射型温度分布，夜间为辐射型温度分布。白昼，原来在株顶以上强度较大的乱流交换，到外活动面高度常常出现显著降低的现象，再往下空气的交换是因植株密度而异。午间，由于作物叶片的气孔关闭，特别是上层叶片，由于向大气的乱流热交换增加使作物蒸腾减小。傍晚气孔恢复活动后，净辐射迅速减小时，植株上部茎叶，由于获得大气和较低层乱流热通量。图9-2作物生长盛期的温度分布和乱流交换A.午间;B.清晨、傍晚或夜间P、P'.乱流交换;1.稀植田;2.密植田作物生育后期，茎叶枯黄脱落，太阳投射株间的光增多，乱流交换增强，农田总蒸散的耗热减小，此时农田中的温度分布，和旱地情况相反，白天为辐射型的温度分布，夜间则为日射型分布。图9-3水稻田中的温度分布A.昼间;B.夜间a.分蘖期;b.成熟期四、农田中湿度的分布农田中湿度的分布和变化，除取决于温度和农田蒸散量（evapotranspiration）外，主要取决于乱流水汽交换强度的变化。农田中绝对湿度的分布，同蒸发面（evaporationsurface）或蒸腾面（transpirationsurface）直接有关。在作物生长初期，蒸腾面不大，水分的蒸腾量，不是农田蒸发量的重要组成部分；到了作物封行的生长盛期，茎叶密集的农田活动层就是主要的蒸发面。作物生长后期，农田绝对湿度的分布型和裸地又几乎一样，即白昼随高度降低，夜间则相反。农田中相对湿度的分布是比较复杂的，它不仅取决于空气中水汽含量的变化，而且也取决于气温的变化。在作物生长初期，农田相对湿度的分布与裸地相同，不论昼夜，相对湿度都随高度的升高而降低。在作物生长盛期，白昼，在茎叶密集的活动层附近相对湿度最高，地表附近次之；夜间外活动面和内活动面的气温都比较低，株间相对湿度在所有高度上都比较接近。在作物生育末期，白昼相对湿度和生育中期的相近；而夜间地面温度较低，最大相对湿度又重新出现在地表附近。五、农田中风的分布

在作物层之上的层Ⅱ中，风速随高度增加呈指数状态增大；但在植株间的层Ⅰ中，风速随高度增加，不出现指数状态。图9-4农田中风随高度分布（风廓线）

六、农田中二氧化碳的日变化和垂直变化农田中二氧化碳的日变化和垂直变化，除和大气中二氧化碳含量、土壤释放的二氧化碳数量有关外，主要取决于农田乱流强度的分布和变化。例如，大风时作物呼出的二氧化碳很快消散。而静风条件下，空气乱流交换不强，二氧化碳积聚于地表附近。根据莱蒙（1960年）提出的玉米地作物层理想化的二氧化碳浓度廓线图9-5可以看出，株间二氧化碳浓度，常是贴地层最大，它说明土壤一直是地面二氧化碳的源地。一般说来，在作物层以上二氧化碳浓度逐渐增加而在作物层内则迅速减少，在叶面积密度最大层附近为最低。图9-5晴天不同时刻光合作用旺盛的玉米地上二氧化碳浓度的理想廓线a.静风时;b.下午;c.傍晚;d.上午;e.凌晨第三节地形与水域小气候由于农田及其周围地区的海拔高度不同，形成了山地、丘陵、盆地、谷地和水域（湖泊、水库、河流等），从而形成各式各样的小气候，开发和利用地形、水域小气候，对发展农林业生产有重要意义。一、地形小气候影响地形小气候（topo-microclimate）的因素主要有：坡向方位、地貌形态、外围地形等。（一）坡地小气候1.坡地上的日照和辐射坡地方位（包括坡向和坡度）不同，坡地上每天的日照时间和一天中所接受的太阳辐射总量也不同，从而引起各坡地上气候要素的差异。研究表明，晴天坡地上的可照时间具有下列特点：（1）南坡上的可照时间，在冬半年与水平面相同，在夏半年则随坡度增大而迅速减小，坡度每增加1°，相当于纬度降低1°，且愈接近夏至减小愈多。（2）在夏半年，北坡上每天的可照时间，当坡度小于90°-φ+δ时（式中，φ为地理纬度；δ为赤纬）,与水平面上相同，不受坡度影响。反之，则随着坡度增大而迅速减小。（3）在冬半年，北坡上的可照时间随坡度增大而迅速减小，坡度每增加1°，相当于纬度升高1°，且越接近冬至减少越快。（4）东坡与西坡每天的可照时间，全年均随坡度增大而减少，但其年变化趋势与水平面上相同。（5）坡地上的太阳辐射总量与可照时间的分布类似。2.坡地对温度的影响由于到达各坡地上的太阳辐射强度不同，引起坡地地表温度的差异。其规律性在某种程度上重现了辐射的分布（图9-6）。图9-6不同方位坡地上地面温度日变化E.东坡;S.南坡;W.西坡;N.北坡;T.山顶不同深度日平均土温高低，主要与坡地上全日吸收的辐射能多少有关，与增温快慢关系不大。日平均温度总是南坡最高，东南、西南坡次之，北坡最低。随着土中深度的增加，坡向差别逐渐减小（图9-7）。图9-7土壤温度(A)和低于0℃的低温时间(B)与坡向的关系A图中,a.0cm土温,b.10cm土温;B图中,a.0cm土温,b.150cm气温3.坡地对湿度、风速和降水的影响坡地方位对空气湿度的影响，主要是偏北坡地比偏南坡地空气湿度要大一些。坡地对土壤湿度的影响，一般认为南坡因辐射条件好，蒸发多，比较干燥，而北坡是比较湿润的坡。斜坡的顶部，由于径流影响，土壤湿度最小，而谷底则最大。孤立山岗上风速和降水的分布与大的地形影响恰恰相反。孤立山冈的顶部及其两侧，风速最大；在背风坡风速最小。风速越大，降水被风吹散的越多，所以迎风坡降水量最少，背风坡降水量最多，尤以冬季积雪更为明显。因此，早春时期阳坡和阴坡的小气候就有差别了：阳坡干暖，阴坡冷湿；坡地上部的土壤和空气，一般比坡地下部干燥；而阴坡的下部经常是潮湿、寒冷，阳坡下部则是湿而暖；就暖季整个坡地进行比较，阳坡上部干而暖，下部湿而热；阴坡上部潮而凉，下部则最湿又最凉。图9-8坡地小气候（二）地貌形态小气候由于地貌形态（山谷、盆地、坡地和山顶等）不同，日照、辐射、通风和冷空气径流排泄情况也均不相同，因此影响小气候状况。1.地貌形态对日照和辐射的影响地貌形态对日照时间和太阳辐射的影响，与周围地形对研究地点的遮蔽度密切有关。2.地貌形态对气温日变化的影响不同的地形形态（山谷、盆地、坡地和山顶），由于辐射、日照、通风和夜间冷空气径流排泄难易不同，因此冬季温度的状况，有显著差异。图9-9冬季晴天(左)和阴天(右)不同地形形态的气温日变化a.坡地;b.坡顶;c.谷地3.地貌形态对最低气温分布的影响地貌形态对低温的影响程度与天气型有关。在辐射型天气下，由周围山坡围绕的谷地或盆地，由于乱流交换弱，风速小，白天增温快，夜间冷却也快，而且周围山坡上的冷空气在夜间流向谷底（或盆底），可以形成“冷湖”。相反，在坡地的顶部或坡中，因为风速较大，乱流交换强，因此白天增温和夜间冷却都比较缓和。图9-10山谷中夜间冷空气沉积示意图（三）外围地形小气候外围地形是指农田邻近地段的山体屏障情况，它对农田内的风速、温度和湿度等小气候因子有明显影响，从而影响喜温作物安全越冬。江爱良根据几百米高的外围地形阻挡冷平流、排泄冷径流情况及避免或加重喜温作物冻害的作用，将外围地形分下列四类。1.难进易出型寒潮平流期避风，寒潮辐射期冷径流易于排出，因而两种类型冻害都较轻或无冻害。这是最好的外围地形。2.易进易出型在寒潮平流期风速较大，寒潮辐射期冷径流易于排出，因而受平流冻害威胁较重，而受辐射型冻害程度较轻。3.易进难出型在寒潮平流期风速甚大，寒潮辐射期冷径流难以排出，因而受两种类型冻害的频率都很大。4.难进难出型在寒潮平流期避风，寒潮辐射期冷径流排出困难，因而平流冻害威胁轻，辐射型冻害威胁重。图9-11各种外围地形小气候图实线箭头表示冷平流；虚线箭头表示冷径流；箭头的长短表示强弱A.难进易出型(坐北朝南的马蹄型地形)；B.易进易出型(平原地形);C.易进难出型(坐南朝北的马蹄型地形)；D.难进难出型(盆地地形)外围地形类型对冷空气平流的阻滞作用晴夜冷径流排出的难易寒潮平流期的日平均气温寒潮辐射期的最低气温冻害类型平流型冻害辐射型冻害总的情况难进易出型明显易较高较高无或较轻无或较轻轻易进易出型不明显易较低较高较重较轻中等难进难出型明显难较高较低较轻较重中等易进难出型不明显难较低较低较重较重重表9-1小区外围地形四种类型与柑橘冻害的关系调查地点柑橘园位置地形类型柑橘品种树龄/a调查株数冻害指数/%长川坝乡丰山村平原,北面无山体易进易出型温州蜜柑331865.1长川坝乡同丰村平原,北面无山体易进易出型温州蜜柑313474.3长川坝乡秦山村北和东北面有山体难进易出型温州蜜柑411329.3澉浦乡南湖村北、东、西面有山体难进易出型温州蜜柑410018.2表9-2浙江省海盐不同位置柑橘园冻害情况二、水域小气候（microclimateofwaterarea）水域是指海洋、湖泊、水库和江河等。有限水域则主要指湖泊、水库和较大的江河。本节讨论有限水域及岸边小气候。（一）水域小气候形成的原因水体和土壤是两种截然不同的物质，它们的增热和冷却特性不同。第一，水面对太阳辐射的平均反射率较小，平均为10%左右，而陆面则大于30%。第二，水体对太阳辐射的透明度相当大。第三，水面上热量平衡的主要支出项是蒸发耗热。第四，水的热容量比土壤大，水的容积热容量比土壤的固体部分大1倍，因此同样的热量，水温比土温不易升高或降低。（二）水域及岸边小气候特点降低温度日较差、年较差水域对周围地区气温的影响，表现在夏季水域岸边的气温比远离水域地区低，而冬季气温则比较高，因此水域岸边的温度年较差比远离水域的地区小，具有冬暖夏凉的特点。水域还能改变邻近地区气温日较差大小，白天温度要比远离水域的地方低,而夜间则较高，温度日较差小。水域周围陆地在冬季或夜间有增温作用，并且影响程度以紧邻岸边最为明显，随着向陆地的深入，影响程度逐渐减弱,直到最后消失。图9-12杭州湾水体对其岸边最低气温和最高气温的影响2.提高冬季的最低温度据黄寿波调查，浙江新安江水库建成后，使其岸边的淳安站极端最低温度提高4.4℃，建德站提高1.6℃。冬季最低气温以岸边最高,随着远离水域逐渐降低。观测地点离库岸的距离/km极端最低气温温度/℃出现时间淳安外金家果蔬实验场0.2-6.01977.1.6淳安排岭气象站0.5-6.81977.1.7建德白沙气象站4.0-8.51977.1.6淳安临岐水文站5.0-11.21977.1.7表9-3

1977年冬季离新安江水库不同距离处的极端最低气温3.对其他小气候因素的影响由于水体的影响，使水域周围地区的结冰日数减少，降雪与积雪时间缩短。又由于冬季水体降温缓慢，使其岸边初霜出现推迟，终霜提早，无霜期延长。水体对周围地区的降水有减少，但主要是减少夏季对流型降水，对全年和全流域降水量影响不明显，在气候干燥区域可使降水量略有增加。此外，水域及其附近地区与远离水域附近地区比较，一般空气湿度较大，风速也较大，在晴稳天气有类似海陆风的湖（库、河）陆风存在。（三）影响水域小气候的因素有限水域对其岸边小气候的影响大小，取决于很多因素。首先是水域的大小、深度及形状，一般水域面积越大，深度愈深，形状愈接近圆形，对其岸边的小气候影响越大。水域中的小岛因四周都是水体，对气候的影响比沿岸大。其次与离水域的距离、风向也密切相关。最后，水域周围的地形及水体是否封冻，对岸边小气候也有很大影响。水域对岸边小气候的影响程度，还与当时的天气类型有关，一般是晴朗无风的天气比有风的阴雨天明显。第四节果园与茶园小气候由果树、茶树的生物学特征、群体结构、土壤物理性质及农业技术措施所决定的一种特有的小气候，称果园、茶园小气候。由于果树的高度大多在2m以上、茶树的树冠常被修剪，以及果园、茶园大多种植在低海拔的缓坡丘陵地，且又是多年生作物，因此其小气候特点与裸露地或大田作物有一定差异。一、果园小气候(orchardmicroclimate)

(一)果园中的光照光照是果树生长的重要环境条件之一。果园中作用于果树的光有两种，即直射光和散射光。根据果树的受光情况，可分为两种类型，一种是上光和前光,即树上方和侧方照到树冠上的直射光和部分散射光,这是果树正常生育的主要光源。其次是下光和后光,即照射到地面上(如路面、土壤、水面等)和树后物体(包括临近的果树、墙和建筑物)所反射出的散射光，它的强度虽不如上光和前光，但果树对它的利用率较高。果园中太阳光射入植株层的程度取决于果树种类、植株大小、密度、生长状况和叶表面状况(叶片的形状和位置)等。果树形成产量的主要过程是光合作用。果树的种类不同，对光的要求程度也不同，光照过多或不足，都会影响果树的正常生长和结果，进而造成病态。果树生产者要通过改进栽培技术，满足果树对光的要求，提高果树对光能的利用率，夺取更多的产量。果树的需光量：光照强度直接影响着光合强度。在一定范围内，光照越强，光合作用的速度越快。果树的受光量：阳光照射到树冠上，被叶片吸收利用，进行光合作用的只是一小部分。其余则被植物反射到空中或透过枝、叶空隙，射到地面，一部分投射到果树的非光合器官上。自然生长的果树，叶和果实集中于树冠外围，只有少数叶和果实分布在树冠内膛。树冠内光照度的分布（以苹果树树冠为例），大致可以分为四层（如图9-13）：第一层的光照度在70%以上，第二层为50%～70%，第三层为30%～50%，第四层小于30%。图9-13苹果树冠内光照度（%）的分布此外，树冠内不同高度上太阳辐射的透过率也不一样（表9-4），从树冠活动面以上部位到活动面以下部位，太阳辐射透过率渐减小，其比值从高于80%降至40%以下。表9-4桔园树冠内不同高度太阳辐射透过率（湖南省园艺所1978年）测定部位透过率/%活动面下（50cm）34.7活动面68活动面上（50cm）80果园内外气温的日变化如图9-14。夜间（23-6时）园内温度高于园外，白天（8-17时）园内温度低于园外。图9-14桔园内外150cm高处气温的日变化（黄寿波等，1989年）时果园内的温度决定于辐射的强弱，枝条、叶片的疏密和部位等状况。如桃树主枝条与主干角度大，树体温度低，反之树体温度高（表9-5）。表9-5桃树主枝角度与树体温度测定日期天气气温/℃主枝角度与气温/℃5°25°45°7月26日晴天少云29.032.531.027.07月29日晴天少云28.040.038.532.57月31日少云33.039.536.034.08月1日晴天少云32.537.535.532.58月3日晴天少云33.044.037.034.08月9日晴天少云32.540.538.034.5不同方位树皮温度有所不同（表9-6）。如最高温度出现时间就有自东向南、西、北逐渐滞后的现象。在果园生产中要注意对水体和山体小气候的利用。表9-6苹果树树干不同方位树皮温度（℃）的日变化（河北昌黎果树所1973年）方位时间/h07091113151719东（90°）14.816.317.516.513.512.09.5南（180°）11.515.821.523.515.012.59.0西（270°）9.314.513.017.522.516.59.0北（360°）9.810.812.513.014.012.09.5(三)果园中的湿度一天中,昼间果园内植株间温度较低，饱和水汽压较小，而实际水汽压较大，故株间相对湿度较大；夜晚植株间及外面均为散热过程，所以相对湿度相差不大。在果树排列成行的情况下，由于相互接触的树冠之间缺乏侧面扩散，水汽只有通过上部和每行的两边向周围扩散，于是从树冠内到行间产生了一个湿度梯度，形成独特的行间小气候。这种情况也适用于温度，不过其范围较小。无论是树冠层还是离地20cm处空气相对湿度均夜间高，白天低，且晚上树冠层相对湿度高于离地20cm处。白天相反。早晨和傍晚内外活动层水汽几乎接近饱和状态，两者差异很小。图9-15桔园相对湿度日变化（黄寿波等，1989年）时桔园中空气相对湿度的日变化，不仅决定于空气中水汽含量的多少和气温的高低，而且受土壤水分、果树大小、树体蒸腾强弱和天气类型等的影响。湖泊、河、海等大水体，对附近果园小气候有调节作用，因此使某些树种和果树的栽培界限更向北推移。果园覆盖草被可以提高土壤湿度5%左右。特别是在旱季果园内，有利于果树生长（表9-7）。表9-7桔园覆草对土壤湿度影响（黄寿波等，1989年）土壤深度/cm盖草不盖草差值℃℃℃102030405014.215.116.419.516.313.113.213.814.913.81.11.92.64.62.5(四)果园中的风和乱流1.四边形或梅花形果园这种果园每棵树都连续减弱风速,因此,可以把果园看作一个整体在对风发生影响。在这些果树中间。特别是在第一行,风从两棵树间吹过时,也有狭管效应使风速增强。而在树的顶部则减弱(图9-16)。图9-16均一果园中的风2.果树排列成行的果园风对成行排列果园的影响,在很大程度上取决于风向与树行所成的夹角:如果盛行风与果园的行向一致,不管是风力和风向,受树行的影响都不很大,而树冠内几乎没有风;相反,如果风向与果园的树行相垂直,那么刮来的风首先受到第一行的阻挡,接着受第二行的阻挡,结果是风的作用明显减弱,其风速可下降到空旷地上风速的20%左右。图9-17成行排列果园中的风果园内风速大小影响株间热量和水分交换。大风会导致落花落果。在多风地区，应选择适宜的地形和方位建立果园。一般选择背风向阳的地段和种植防风树篱，即可减轻或避免大风造成的损失。果园内正常的风速对调节果园温、湿度有利，大风则有害。风灾危害使大树受害较重，小树轻；短果枝较重，长果枝较轻；分枝角小者较重，分枝角度大者较轻。防护林是调节果园风速，减轻风害的有效措施。(五)果树树冠小气候果树树冠的外围或内膛和不同方位,其光、温、湿、风分布不同，与果实着果多少、果实大小与品质有密切关系。柑橘是我国南方主要果树，温州蜜柑是我国主要栽培良种，现以温州蜜柑树冠小气候为例。温州蜜柑树冠内相对光强(树冠内的光强与裸地上的光强的比值)R的分布，由树冠外围到内膛，由顶部到下部逐渐降低，树冠顶部达90%，下部内膛小于30%。叶温主要受辐射、风速和蒸腾的影响。因此，在风速微弱条件下，树冠内叶温的分布与相对光强的分布相似。图9-18树冠内距主干中心距离的等温线分布柑橘叶温与气温有一定的关系。叶片在直射光照射下，叶温高于气温，一般高2~5℃，有时可达10℃。树冠中风速的分布主要取决于树冠内叶片的分布、自然风速大小和风向。据测定，自然风速在大于3m/s状况下，树冠内的风速由树冠外围到中心迅速降低，风速的高中心偏向迎风面的树冠外围。树冠的不同部位，由于光温等条件差异，明显影响果实的正常生育和果实品质,据黄寿波试验,大果主要集中在树冠外围,纵横径和单果重,以树冠南侧和上部较大,内膛和北侧较小，东西侧在上述两者之间。二、茶园小气候(microclimateinteaplantation)在大气候背景下，由于茶园下垫面的辐射特性和空气交换过程的差异，而形成的局地小气候称茶园小气候。世界上除少数热带茶区栽有高大的乔木型茶树外，绝大部分地区为灌木型或小乔木型茶树品种，下面讨论的是灌木型采摘茶园的小气候状况。

(二)茶园中光的分布茶园中光的分布，主要取决于茶树品种(大叶或小叶，灌木、半乔木或乔木型)、树冠覆盖度等。幼龄茶园中光的分布与裸地几乎相同。成年的生产茶园，其光的分布则与裸地完全不同。茶园中不同高度的光照强度，上午随时间推移而增加，下午则随时间推移而减弱(表9-8)。表9-8茶园中光照强度(lx)的分布观测高度/cm6时8时10时12时14时16时18时208002000400060005000300070090400020000210003500022000120002000150430021000240003600023000150002200(三)茶园中温度的分布茶树喜温暖，忌严寒，当日平均气温稳定在10℃以上，多数品种的新梢开始萌发，最适宜新梢生长的温度是20~30℃，高于30℃新梢生长缓慢或停止，茶树耐低温的能力因品种而不同，多数在-12~-8℃。一天中，茶园不同高度气温日变化趋势是一致的，为单波型。凌晨4时气温最低，14时气温最高（图9-19）图9-19茶园内离地20cm（1）、90cm（2）、150cm（3）高处气温的日变化（黄寿波，1983年）夜间或清晨(6时、22时)，树冠表面失热多于得热，树冠表层出现温度廓线的最低点，树冠以上为辐射型分布。离地20cm到活动面，为日射型，20cm以下气层又为辐射型。图9-20茶园中温度的垂直分布(四)茶园中湿度分布茶树喜湿润，怕干旱。空气相对湿度80%~90%，土壤田间持水量70%，对茶树生育最为有利。空气和土壤湿度太低，易成旱害，空气湿度太高，易使病虫害蔓延，土壤湿度太大，易成湿害。茶园中空气湿度的分布及变化，除取决于温度、土壤蒸发、茶树蒸腾外，主要取决于乱流水汽交换和强度。空气相对湿度的日变化与气温日变化相反。据观测，茶园茶树树冠的相对湿度变化如表9-9。早上气温低，相对湿度大；上午随着气温的升高，相对湿度下降，14时降至60%；下午气温渐降，相对湿度渐升，直到23时气温最低，相对湿度又升到94%。表9-9茶园茶树树冠水汽压和相对湿度日变化（黄寿波，1994年）观测时间(h)232581114172023水汽压e(hpa)相对湿度r(%)29.89428.29527.39430.08934.37136.06034.07031.27629.894(五)茶园中风的分布微风可以使茶树群体内部的空气不断更新，改善茶株周围空气的二氧化碳浓度，使光合作用保持在较高的水平上。大风会吹走茶园表土，使枝叶擦伤，对茶树生育不利。茶园中风的分布，除随茶树年龄、密度而变化外，还与种植方式、条栽方向也有密切关系。在幼龄茶园，植株稀疏，风速为零的高度离地表很近，在成龄茶园，树冠覆盖度大，风速的分布状况基本上可分两层。在树冠以上，与其他农作物一样，风速的分布随高度增加而增加，呈指数律；在树冠下方，风速也随高度的增加而增加，但不出现指数状态。

图9-21茶园树冠内相对光强(%)的垂直分布上图:南北行向;下图:东西行向左小图:9时;中小图:12时;右小图:15时茶树树冠内叶温的分布，与相对光强的分布相似，即由树冠顶部到下部，树冠外围到中心逐渐降低。茶树树冠空气湿度的状况，主要取决于总的蒸散量和空气温度。茶树树冠中风速的分布，主要取决于自然风速、风向和叶片的分布密度。茶树树冠各部位小气候的不同，对于茶树新梢生育和鲜叶化学成分也有影响。第五节农业措施小气候农业小气候具有很大的可塑性，它除了受地形、水域和作物的群体结构影响外，农业技术措施对农田小气候有很显著的影响。一、耕作措施的小气候效应(microclimaticeffectsofploughing)耕翻、垄作和镇压等耕作措施，不仅改变了表土状况，使其对太阳辐射的收支有所改变，而且主要是改变土壤热特性和水文特征，影响土壤热交换和水分交换状况，从而对土壤温度和水分有调节作用。(一)耕翻耕翻使表土疏松孔隙度增大，空气含量增多，土壤热容量和与导热率减小。在增温的白天或温暖季节耕松土层的温度比未耕地髙；在降温的夜间或冷季，温度比未耕地低。但在耕翻影响层以下的温度效应则相反。耕翻影响土层的深度，常因土壤种类、土壤含水量、耕翻深度和土壤疏松程度等而有很大不同，一般暖季白昼的增温层厚度比冷季白昼的大，而冷季夜间的降温层厚度比暖季夜间的大。同时，由于耕翻切断或减弱土层的毛细管联系，使下层土壤水分向上输送减少，对土表蒸发的水分供应减弱，表土变干后，蒸发耗热减少，因而表层温度增高，土壤水分降低，而下层温度降低，湿度增大，有保墒效应(表9-10)。处理温度/℃土壤湿度/%0cm5cm0~5cm5~10cm10~20cm中耕32.826.112.717.819.3未中耕29.825.614.718.619.0差值+3.0+0.5-2.0-0.8+0.3表9-10棉田中耕翻的气象效应(二)镇压土壤镇压是一种和耕翻相反的压紧措施。镇压可改变土壤的物理性质，镇压后土壤中空气含量减少，导热率、热容量增加。白天表层土温要比未镇压的低；夜间比未镇压的髙。寒冷季节镇压有防冻作用。由于镇压地反射率增大，太阳辐射收入的日总量比未镇压地少，同时，因镇压地的地表温度有显著提高，故镇压地面有效辐射增大。镇压措施增温效应的热量来源，不是由于镇压后辐射热收入的增加，而是由于土壤热交换的差异所致。镇压使土壤紧密，孔隙度减小，土壤容量和毛细管持水量增加，特别是上层这些效应更为明显。因此，镇压后土壤容积热容量、导热率和导温率都随之增大(表9-11)，但到一定深度，这种效应消失。随着土壤水分和热特性的改变，镇压对土壤热交换的影响是十分明显的。表9-11镇压对0~5cm土层热特性的影响处理容积热容量/(J·cm-3·℃-1)导热率/(10-4J·cm-3·s-1·℃-1)导温率/(10-4·s-1)镇压1.381612.727810.18未镇压1.17234.43803.77效应/%+17.9+186.8+170.0(三)垄作实行垄作，可改变地表几何形状，增厚疏松土层，改善通气条件，增强排水能力，垄作增加了土壤接受太阳辐射的面积从而可提高表层土温，表层土壤疏松不利于毛管水上升运动而对保持下层土壤水分有良好作用。作物生长初期，垄作减小了反射率，而增大了短波辐射收入；同时，由于垄作的辐射面大，地面有效辐射比平作高。因此，垄作和平作的辐射平衡是相差不大的。但是，垄作在辐射增热和冷却方面都比平作急剧。在湿润地区和季节，由于垄作有较大的暴露面，土壤蒸发比较强，但是，当垄面形成疏松的干土层后，下层土壤水分向表层的输送减弱，这时垄作蒸发则比平作小的多，于是为垄作的增湿提供良好条件。垄作的土壤导温率比平作大，土壤热容量比平作小；而导热率随深度增加而增加的程度，垄作比平作小。一般暖期表层土温垄作比平作高，二者的温度差值(图9-22)最大出现在正午附近。图9-22垄作和平作温度差的变化a.5cm深;b.10cm深;c.20cm深垄作的温度效应，除因土壤热特性的改变外，在一定程度上，同昼夜长短以及辐射平衡值有密切关系。由于垄作属半耕翻的耕作方法，表层土壤疏松，在雨水多的时候，对排泄田间径流、降低土壤温度，有很大作用。因此，在疏松表层中，垄作的土壤湿度比平作低，而下层则相反。此外，垄向不同，垄背各部分的土温差别也不一样：一般南北垄的东侧和西侧的温度差别不大；而东西垄的南侧土温则远高于北侧，同时，全垄平均温度南北垄高于东西垄。垄向、垄高和垄角等不同，对太阳辐射的照射时间和辐射总量的变化，随纬度和季节而有相应的变化。因此，在不同季节和地方要注意寻求最有利的垄向。(四)培土培土可改变根系的溫度条件，具有保溫作用,当地表温度愈低时保温效应愈显著。在春季有冻害的夜间为了防止幼苗受冻害,可进行培土使幼苗得到保护。一般认为大田作物(如小麦)培土以3~5cm厚度为宜,木本果树可以覆土20~30cm。保温效应一般随培土厚度增加而增大，覆土厚度因作物而异。培土的增温效应与土壤种类、覆土厚度和天气类型有关。一般干燥的疏松土比潮湿的紧实土显著，晴天比阴雨天明显。二、栽培措施的小气候效应(microclimaticeffectsofplanting)农作物的栽培措施包括种植密度、种植方式、栽培行向、间作套种和农林间作等，对农田的辐射条件和乱流状况有很大影响，进而影响温湿状况。本节只介绍大田作物的间作套种、栽培行向和农林间作问题。(一)间作套种间作、套种可改变作物行间通风透光条件，扩大农田的边际效应。由于不同作物的株高、株型、叶型等的不同，在间作、套种的农田中形成了高低搭配、疏密相间的群体结构。与单作比较，间作套种在辐射能的分布上具有以下的特点：当太阳斜射时，侧边叶片受光面积增大；不同作物相互搭配，可以减少株行间的漏光与茎叶的反射光；中午前后，当辐照度过高时，单作作物的光合作用一般都要减弱，而间套作的农田上因高秆作物的茎叶对入射光强的消光作用，使强光减弱，有利于下层矮秆作物对光能的利用。因此，间套作能增加作物对光能的利用率。在间作或套种农田中，高秆作物对矮秆作物有一定的遮蔽作用，当高秆作物受光充足时，矮秆作物受光就会较差。间作、套种对农田温、湿度状况也会引起改变，此种影响以套种农田尤为明显。当高秆作物对矮秆作物产生显著的遮荫作用时，套种的矮秆作物带行中的地温和气温要比单作地偏低，湿度要比单作地偏高，而且这种影响还有随带宽缩小而加剧的趋势。带宽/cm深（高）度/cm要素地温/℃气温/℃空气相对湿度/%51015202070207053-22.321.820.920.220.883776623.022.321.320.520.620.8807711324.723.422.221.220.920.88277单作25.024.923.222.622.121.75961表9-12小麦、玉米套作带和单作玉米田旬平均温度、湿度对比（山西交城1978年5月下旬）一般间作比单作增大了全日的密度和叶面积，变平面用光为立体用光，增加了光合面积，当太阳高度角超过45°时，侧边受光面积增大，将强光变为中等光，提高单位面积的光能利用率。但是，也应该看到间作和套种不同，不能增加光合时间，而且在增加受光面积上，也是受限制的。套种既有延长光合作用时间的效果，又有增加光合面积、改善通风透光的作用。延续、交替、合理利用光能，是套种的主要特点。它是解决季节不足，提高光能利用率的一个重要途径。间作套种对农田小气候的改善是很明显的，除上述变平面用光为立体用光，变强光为中等光外，作物层透过总辐射较多，不论是日总量，或者是不同时间的幅照度的日变化，都是高矮秆套种的好。合理的间作套种，增加了边行，加强了株间和田间的乱流，从而改善了通风条件，保证了二氧化碳供应，有利于提高光合效率。此外，虽然间作套种均有边行效应，但由于套种作物的共生期比较短，因而它的边行效应比间作更为明显。同时，上茬作物对下茬作物能起到一定的保护作用。(二)栽培行向作物的种植行向不同，会引起株间日照时间和辐照度的差异。夏半年沿东西向行间的照射时间比沿南北向行间要长，并且东西向行间的透光率除中午前后一段时间由于行与行之间可因遮蔽作用比南北向行间的透光率低以外，其他时间行间各层的透光率均比南北行向要高。图9-23是麦田60cm高处两种行向行间直射光照度、漫射光照度和总光照度的日变化。种植行向的太阳辐射及其热效应，高纬度地区要比低纬度地区显著得多。在高纬度地区，对热量需求突出的作物，应考虑种植行向，如秋播作物采取南北行向、春播作物采取东西行向，均能获得较好的光热条件。图9-23实测各行向小麦60cm高处光照度日变化比较（山西交城1978年6月8～12日）(三)农林间作在同一块土地上，既从事林业生产，又从事农业(耕作业)或牧业(种草)生产，称农林系统(agroforestrysystems)，又称混农林业或农林间作，是农林协调发展、互相促进、充分利用地力、在单位土地上取得最大经济效益和良好生态效益的一种土地经营方式。桃树与茶树间作后,在桃茶间作园内，太阳光进入后，受到桃树冠层茎叶的层层削弱，一部分被反射，另一部分被吸收，再有一部分透过第一层叶片，进入第二层和第三层被吸收，还有一部分通过茎叶之间的空隙直接到达茶树树冠表面或地面。图9-24桃茶间作园和纯茶园内气象因子日变化a、c.桃茶间作园;b、d.纯茶园A图中,a、b.气温;c、d.空气相对湿度;B图中,a、b.光强;c、d.风速三、灌溉措施的小气候效应(microclimaticeffectsofirrigation)地表灌水后，反射率降低，故太阳辐射收入增加，同时，白昼地表温度降低，湿度较大，有效辐射减小，因而灌溉地净辐射收入比未灌溉地多。灌溉地比未灌溉地热量平衡各分量的最大差异，出现在中午太阳辐射最强的时候，此时灌溉地由于形成逆温，乱流热交换是由空气指向地面的。各分量差别最小时出现在夜间。灌溉改变了土壤热特性，使其明显增大(表9-13)。灌溉地因热容量和导热率都比较大，白昼增温和夜间降温都比未灌溉地慢得多，灌溉地的地表温度日较差比未灌溉地的小9.7℃。5cm土温日较差，灌溉地比未灌溉地的小1.6℃。在0~5cm土层中，土温日较差，灌溉地减小6.0℃，未灌溉地减小14.1℃，其减小值灌溉地比未灌溉地少8.1℃。表9-13灌溉地和未灌溉地0~20cm土层的热特性比较处理容积热容量/(J/cm-3·℃-1)导热率/(10-4J·cm-3·s-1·℃-1)导温率(10-4·s-1)灌溉2.72140.01770.0043未灌溉1.96780.00460.0021差+0.7536+0.0071+0.0022随着灌溉对土壤温度的影响，灌溉地贴地气层的空气温度，也发生相应的变化。由于灌溉使地面蒸发耗热显著增加，乱流热交换减小，削弱了空气的增温作用,因而高温阶段，灌溉地气温比未灌溉地低。反之，在低温阶段，则灌溉地比未灌溉地高。灌溉的小气候效应，在农业生产上有着重要的作用。早春时期，气温较低，白天在稻秧田里灌浅水，晚上灌深水，这样可提高水温、地温和气温，以防止秧苗遭受冷害。炎夏季节辐射强烈，气温很高，白天灌深水，可降低水温、地温和气温，以促进晚稻秋苗返青。与灌溉相反的措施是排水烤田。在水稻的丰产栽培中，为了控制肥水，使稻株生长协调、清秀老健、叶挺茎壮，经常在水稻生长早期排水烤田。稻田烤田后，改善了土壤通气状况，减少土壤水分，增加温度日较差，减少相对湿度，有利于稻株根系发育，抑制稻株地上部生长，使稻株茎秆内贮藏物质增多，抑制病虫害的发生与发展，从而提高水稻产量。四、护田林的小气候效应(microclimaticeffectsoffarmshelterbelt)在农田周围营造防护林，是改善农田水分循环、防止干旱和风沙的一个极有效的综合防御措施。在林带的作用下，农田小气候有显著变化。风速降低，空气乱流交换减弱，蒸发减小，土壤和空气的湿润状况改善，冷季增加农田积雪的厚度和均匀度，阻拦春季融雪和夏季降雨所发生的径流，防止土壤侵蚀，使土壤保持较多水分，对改善干旱地区农田水分状况等有很大作用。(一)护田林的防风效应护田林能使农田上的风力减弱，气流结构发生变化。当风吹向林带时，气流受到林带的阻挡，一部分透过林带间隙，一部分则从林带上空越过。穿过林带的气流，因受树木的阻拦，分散成无数的小漩涡，改变了气流原来的结构和强度。图9-25不同结构林带对风速影响a.稀疏结构;b.透风结构

(二)护田林对温、湿度的影响由表9-14、9-15可以看出，护田林带比空旷地温度要低，具有明显的降温作用。表9-14旷野农田气温与林带背阴面气温对比表9-15旷野农田气温与林带向阳面气温对比时间旷野农田气温/℃林带背阴面气温/℃变化量变化幅度/%8:0017.312.44.916.510:0021.314.27.120.012:0024.515.88.721.614:0026.516.89.722.416:0023.915.68.321.018:0021.614.57.119.7平均值22.213.58.720.2时间旷野农田气温/℃林带背阴面气温/℃变化量变化幅度/%8:0017.313.24.213.410:0021.315.16.217.012:0024.516.87.718.614:0026.517.98.619.416:0023.916.57.418.318:0021.615.85.815.5平均值22.215.96.316.6在冷平流天气条件下，林带网格间的温度，一天中任何时候都比空旷地高。在暖平流天气条件下，林带网格中的温度不论最高温度、最低温度和日平均温度，都比空旷地低0.5~1.0℃。总之，在平流型天气条件下，护田林带的温度效应比辐射型天气条件下的温度效应更显著。也就是说，护田林带对寒流和干热风都具有明显的防御作用。林带间的土壤蒸发虽然比空旷地小，但农作物的蒸腾量，却比空旷地大，所以林带间的总蒸散量比空旷地大。由于风速和乱流交换作用减弱，被蒸发出的水汽比较容易保持，因而林带间的空气湿度平均比空旷地增大1%~5%，最大不超过10%，实际水汽压的增加一般不超过1.5hPa。土壤湿度日平均增加3%~4%(表9-16)。表9-16林带内外空气湿度比较项目空旷地林带内林带后不同林高倍数的空气湿度1h15h25h平均水汽压/hPa13时18.221.622.221.223.122.1日平均19.420.321.620.720.220.8相对湿度/%13时394442434945日平均565958595959第六节温室和覆盖地小气候随着科学技术的发展和新型材料的发明，在农业生产上采用人工控制小气候环境已经非常普遍了。以玻璃或塑料薄膜为顶面的温室包括塑料连栋大棚、大棚、温床、阳畦等，尤其是塑料大棚和地膜覆盖，广泛应用于早稻育秧、蔬菜栽培、盆栽花卉等，还不断扩大到果树生产、家禽畜和水产品养殖等。一、温室小气候(microclimateingreenhouse)(一)温室内的辐射状况温室内的辐射强度一般只有室外的50%~80%。温室对直接太阳辐射和散射太阳辐射的透过率是不同的。透过率主要取决于温室的结构和覆盖材料的种类。聚氯乙烯和玻璃对短波辐射的透过率都在80%以上，玻璃和聚氯乙烯对长波辐射几乎不能透过，而聚氯乙烯则使大部分短波辐射透过，因而保温性能比较差。具有特殊透射光谱的有色薄膜和玻璃，能改变室内辐射成分而影响作物生长和品质。塑料薄膜吸附尘埃、水滴和老化后，透光率显著下降。覆盖材料对直达太阳辐射的透过率随太阳辐射对覆盖材料的入射角增大有明显减小。入射角为0°~40°时，反射率为7%~8%；40°以上时反射率急增，至60°以上时，玻璃和薄膜变得几乎不透明。入射角为30°~60°时，半透明散射性覆盖材料比透明材料的透过率低，但使温室内散射辐射比率增大，地面上的辐照度比较均匀。在短波辐射量一定的条件下，散射辐射比例增加，有利于温室内作物群体光合作用的增加。（二）温室内的温度状况温室内的温度随外界气温的变化有着明显的日变化。在不加温的密闭的温室内，白天室内气温比室外高2.0℃以上，夜间一般比室外高1.0~4.0℃，有时反而比室外低，因此昼夜温差相差很大。室内温度状况随温室的保温比、通风换气状况、潜热消耗和覆盖材料的辐射特征等而变化。室内的最低温度与天气条件有密切关系(表9-17)。日期(月/日)天气条件日照时数/h日最低气温/℃增温效应℃室内室外3/13阴有小雨0.07.56.51.03/19晴天9.56.02.53.5表9-17大型塑料温室内外日最低气温比较(三)温室内的湿度和蒸发状况温室内的湿度取决于室内土表蒸发、植物蒸腾和换气率以及外界空气的湿度状况。室内的蒸散量为2~3mm/d。但随作物生育状况和土壤水分状况有很大差异，蒸发量与辐射强度成正相关。温室内的相对湿度有明显日变化。地面湿润时日较差较大，干燥时较小。当室内地面净辐射量增加、换气减少时，