农田小气候的改善与利用技术简析

2022-09-12

农田近地层中气温、辐射、湿度和风等是农田小气候要素, 这些量值影响着农作物生长发育进程和产量的形成。因此, 加强农田小气候理论及其改善利用研究分析, 对于调查、分析和合理开发农业气候资源, 评估农田技术措施效应、预测防治作物病虫害发生发展、抵御农业气象灾害、监测和改良农田环境等均具有重要意义。

1 农田小气候特征分析

1.1 气温

农田作物层中的气温主要取决于作物群体结构内不同茎叶层透入的太阳辐射和湍流交换强弱的对比关系。当作物群体密度较大时, 农田作物层内气温与裸地气温相比, 白天气温相对较低、夜间气温相对偏高;当农田作物群体密度不大时, 作物层中夜间气温可能较裸地夜间气温相对偏高一些[1]。以上对农田气温的分析仅限于同种作物某一生育期, 对于不同作物及其不同生育期的农田气温铅直分布存在着一定差异, 农作物生长发育初期茎株矮小, 枝叶覆盖面积较少且分布稀疏, 农田白天和夜间气温的铅直分布为:白天气温呈地面向上递减趋势的日射型分布, 到了夜间气温呈现出气温随着高度的增加而逐渐上升的辐射型分布, 农田白天、夜间气温基本上与裸地白天夜间气温的铅直分布一样;农作物生长发育盛期植株健壮、枝叶繁茂, 这一时期内形成农田小气候的因子变化频繁, 农田气温铅直分布情况也变得复杂, 白天气温分布正好与夜间气温分布相反;农作物生长发育后期, 也就是成熟期, 禾谷类粮食作物茎叶逐渐枯黄, 茎叶覆盖面积减小, 植株蒸腾作用减弱, 太阳光可以透过空隙直射田地, 此时农田白天、夜间气温铅直分布几乎与生育初期一致, 但棉花等水平阔叶作物与禾谷类作物存在一些差异, 在气温的铅直分布情况上, 白天气温呈地面向上递减趋势的日射型分布, 但温度廓线最高点出现在植株顶部叶面附近而不是地面上, 夜间气温随着高度的增加而逐渐上升的辐射型分布, 温度廓线最低点在地面[2]。

1.2 光和辐射

太阳光进入农田作物层中, 受到层层茎叶的阻挡, 太阳光被吸收、反射等, 一部分太阳光透过第1层叶片厚进入第2层叶片后被反射或吸收, 一部分太阳光则直接经过茎叶空隙到达地面。太阳光总辐射、直接辐射和漫辐射的铅直分布均呈由上向下递减趋势, 开始时递减相对缓慢, 当射到枝叶繁茂的农作物群体上层时出现迅速递减, 到了第2层叶片厚递减速度又开始减慢。在晴朗的天气条件下, 农田不同高度层上太阳辐射日变化情况基本相同, 都呈早晚弱、中午强的特点, 但不同高度层上太阳辐射量值变化情况有很大差异, 光照强度随着高度的增大而变强。

1.3 湿度

农田空气相对湿度的大小是由农田蒸散和大气湿度这2个因素决定的。农田蒸散指的是土壤蒸发和植物蒸腾之和, 受植株之间湍流交换的减弱影响, 农田作物层内土壤蒸发和植物蒸腾的水汽不易散逸。因此, 农田中空气相对湿度通常相对偏大于裸地。农田白天和夜间空气相对湿度的铅直分布均随着高度的增加而减小。

1.4 风

农田风速与农作物群体结构植株密度关系密切, 植株阻挡及摩擦作用等都会削弱农田中的风速。风速水平分布上由农田周边向农田中间位置风速不断减弱, 开始减弱较快, 减速逐渐变慢, 风达到一定距离后风速维持不变;从风速的铅直分布上看, 风速到达作物层中茎叶繁密部位时减弱较大, 当顶部和下部茎叶稀少时的风速较大, 且距离农田边行较远地方的农作物层下部风速偏小。

2 农田小气候的改善与利用

农田小气候的特点主要决定于其表面状况, 因此可利用一些农业技术措施通过改变农田表面状况来改善农田小气候特点, 为农作物生长发育创造适宜的环境条件, 以达到充分利用农田小气候合理发展农业生产的目的。浚县地处太行山与华北平原过渡地带, 属暖温带半湿润性季风气候, 境内地形以平原为主, 兼有丘陵山地, 其中平原面积约占总面积的82%, 土地肥沃, 适宜多种作物生长, 盛产小麦、玉米、大豆、花生和蔬菜等, 自古就有“黎阳收, 顾九州”之称, 小麦、玉米年总产量达到103万t, 被评为全国产量大县。但小麦灌浆中后期常出现干热风危害, 春季大风带来扬尘、沙尘天气对蔬菜生产造成不利影响, 且春、夏季干旱也给小麦、玉米等粮食作物和经济作物生长影响较大。为此, 可采取措施来阻断土壤与大气或作物与大气之间的水、热直接交换以改善农田下垫面性质, 从而调节地气层、作物冠层和土壤层温、湿度, 达到作物适宜生长的环境条件。

2.1 地膜覆盖和秸秆覆盖

地膜覆盖可阻断土壤与空气之间的直接水热交换。采用地膜覆盖技术, 在作物生长前期可提高土壤温度、保持土壤湿度, 促进幼苗生长, 作物旺长期和生育后期能降低土壤温度, 抑制作物徒长, 有利于作物成熟期营养物质积累。麦田地膜覆盖技术改善了农田小气候, 具有增温、保湿和节水成效。秸秆覆盖作物后, 植株间湍流交换热通量增大, 而潜热交换热通量和土壤热通量减小, 并具有低温效应和蓄水保墒能力, 可缓解旱地作物遭受干旱灾害的影响。

2.2 改良灌溉方式

传统农业灌溉采用大水漫灌, 不仅费水, 还不能有效改善农田小气候, 甚至导致小气候恶化现象。采用喷灌技术, 地表温度日变化幅度较小, 农作物冠层上方逆温层存留时间较长, 减缓了作物冠层与大气之间大幅度的水热交换, 且喷灌水分利用率较漫灌高52%。在小麦灌浆期间实施喷灌, 能明显降低干热风危害。当前蔬菜生产还推广应用了滴灌、膜下沟灌等技术, 在获得稳产高产的同时还节约了水资源。

2.3 改良施肥方式

合理施肥能有效控制植株以调节作物与大气、土壤之间的水热交换。当前, 推广应用的科学施肥方式有配方施肥、微肥和菌肥混用等, 既改善了土壤活性, 也增加了土壤微生物和土壤活力。

2.4 实施间作技术

实施不同科、属间作可改善作物群体结构, 进而改善农田小气候, 提升地力、减少作物病虫害。如高秆和矮秆作物间作, 矮秆作物冠层上部至高秆作物顶部形成一个“通风走廊”, 如林菜间作, 农田白天温度偏高于单作系统, 气温日较差低于裸地, 而且气温变化稳定, 大气湿度偏高, 土壤蒸发量减少, 土壤保水性较好。