(农业气象学原理)第五章二氧化碳、风与农业生产.ppt

第五章 二氧化碳、风与农业生产 §1 二氧化碳对植物的影响 §2 农田二氧化碳状况及其调控 §3 风对农业生产的影响及调控 本章重点与难点 本章重点： 二氧化碳饱和点与补偿点等基本概念， 碳循环、二氧化碳与光合作用、二氧化碳 增加对农业生产的影响、群体二氧化碳通 量及浓度变化规律等分析，二氧化碳调控 技术。 本章难点： 农田二氧化碳变化规律分析。 §1 二氧化碳对植物的影响 一、大气中CO2浓度及碳素循环 1、大气中的CO2浓度及其长期演变趋势 工业革命前（1750～1800年）：280μL/L。其后 不断增加，增长速度不断加快。年增长速度： 1840～1900年，0.12μL/L； 1900～1960年，0.34μL/L； 1960～1990年，1.26μL/L。 至1991年全球大气中的CO2浓度已达355μL/L。 多数学者认为到2025年 ，大气中CO2浓度可达380 ～470μL/L，全球将因温室效应增温1.5～4.5℃。 二、 CO2对植物的影响 1、植物对CO2的吸收和利用 （1）植物吸收CO2的过程 a、从大气通过湍流和对流交换输送到叶片附 近。这段路程最长 ，CO2与叶片的距离以m或cm来 计算，该段路程阻力最小。 b、从叶片周围通过气孔到达叶肉细胞表面。 距离不到1cm，其阻力大小首先决定于气孔阻力的 大小，此外CO2分子还要克服叶片内表皮阻力，才 能到达叶肉细胞表面。 §2 农田二氧化碳状况及其调控 一、植被层中CO2平衡 植被层中CO2平衡方程式为： qa= Rx+ Rk+ Rm- Pc 式中，qa为植被层上方的CO2通量；Rx为作物地上 部分呼吸放出的CO2量；Rk为根部呼吸放出的CO2 量；Rm为土壤中微生物释放出的CO2量；Pc为光合 作用同化的CO2量（真光合作用）。 二、CO2通量的变化 1、农田上方CO2通量变化 近地层中CO2的垂直通量，决定于湍流扩散 机制。 式中，qc为铅直方向的CO2通量；fc为单位换算系 数；kc为CO2湍流交换系数； 为CO2浓度的铅 直梯度。 三、土壤和近地层CO2调控技术 1、土壤CO2释放的调节 （1）原理 土壤空气中CO2的浓度远高于大气，因此土气 间的浓度差导致了土壤CO2释放 。土壤中CO2的释 放量因土壤温度、含水量及有机质含量不同而有 很大差异。 （2）主要措施 a、松土。增加土壤孔隙度，提高地温。 b、增湿。增强土壤微生物的活动。 c、施肥。增加土壤腐殖质含量，腐殖释放CO2。 §3、风对农业生产的影响及调控 一、风的影响 1、有利影响 ● 使群体内外热量相平衡，加快叶片蒸腾， 降低叶温； ● 是植物被动吸水、矿物质运输的原动力； ● 使叶片边界层变薄，减小二氧化碳进入到 植物体内的阻力； ● 使群体内外、上下层二氧化碳相平衡； ● 传播花粉、孢子、种子、果实等。 二、防风措施 1、营造防风林，设置防风篱 2、选择背风点 3、选择抗风作物与品种 4、改善栽培措施 5、支撑等 如在上式中令：z1=z0+d ，z2=z ，由于z0为 粗糙度，因此u1= uz0+d = 0，则上式变为： 可见，农田上方铅直方向CO2通量变化的主要 影响因子为： CO2浓度差、风速、大气层结稳定程度。 2、群体中CO2通量的变化 可用下式来表示群体中z高度的CO2扩散情况： 式中，fl(z)为叶面积密度；p(z)为单位叶面积的 CO2吸收（光合）强度；rp 为单位叶面积的CO2排 出（呼吸）强度。 将CO2浓度和通量仅仅看成是高度的函数， 且将公式右边的两项合并，则上式可变为： 式中，P(z)=p(z)-rp为净吸收的CO2量，则： 积分可得： 即： 上式即作物群体内CO2通量的表达式，qc（H） 为作物群体表面的CO2通量，H为群体高度。 由作物群体内CO2通量的表达式可知： ● 白天时 P(z)＞0 ，qc(z)＜qc(H), CO2通量向下。 ● 夜晚时 P(z)＜0 ，qc(z)＞qc(H), CO2通量向上。 CO2通量随高度的变化速率，可由农田上方 CO2通量公式取偏导给出：