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1、第五章第五章CO2、风与农业生产风与农业生产培训专用主要内容 1 1 二氧化碳对植物的影响二氧化碳对植物的影响 2 2 农田二氧化碳状况及其调控农田二氧化碳状况及其调控 3 3 风对农业生产的影响及调控风对农业生产的影响及调控培训专用本章重点：本章重点：碳循碳循环、CO2饱和点与和点与补偿点等基本概念点等基本概念CO2增加增加对农业生生产的影响及的影响及CO2调控技控技术农田作物群体田作物群体CO2通量及通量及浓度度变化化规律分析律分析本章难点：本章难点：农田田CO2浓度度变化化规律分析。律分析。本章重点与难点本章重点与难点培训专用1 1 二氧化碳对植物的影响二氧化碳对植物的影响 主要内容：主
2、要内容：碳循碳循环简介介CO2对植物的影响植物的影响培训专用一、碳循环简介一、碳循环简介 （一）碳循环的概念（一）碳循环的概念 碳循碳循环是指碳素在地球的各个圈是指碳素在地球的各个圈层(大气圈、水圈、生物圈、土壤大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈圈、岩石圈)之之间迁移迁移转化和循化和循环周周转的的过程。程。在漫在漫长的地球的地球历史史进程中，碳循程中，碳循环最初只是在大气圈、水圈和最初只是在大气圈、水圈和岩石圈中岩石圈中进行，随着生物的出行，随着生物的出现，有了生物圈和土壤圈，碳循，有了生物圈和土壤圈，碳循环便便在五个圈在五个圈层中中进行。碳循行。碳循环的主要途径是：大气中的的主要途径是：大
3、气中的CO2被被陆地和海地和海洋中的植物吸收，然后通洋中的植物吸收，然后通过生物或地生物或地质过程以及人程以及人类活活动干干预，又以，又以CO2的形式返回到大气中。的形式返回到大气中。培训专用大气圈大气圈 CO2生物圈生物圈CO2固定固定 土壤呼吸土壤呼吸 溶解吸收溶解吸收 有机质分解有机质分解 交换释放交换释放 风化溶蚀风化溶蚀 固定沉积固定沉积 生物残体归还生物残体归还 生物有机体归还生物有机体归还 沉积固定沉积固定 呼吸分解呼吸分解光合固定光合固定植物燃烧植物燃烧径流携带径流携带化石燃料燃烧、火山爆发、化石燃料燃烧、火山爆发、岩石风化岩石风化土壤圈土壤圈水圈水圈岩石圈岩石圈碳循碳循环简图
4、培训专用碳循碳循环的主要形式：的主要形式：碳在自然界中的存在形式：碳在自然界中的存在形式：碳在生物体内的存在形式：碳在生物体内的存在形式：碳碳进入生物体的途径：入生物体的途径：碳在生物体之碳在生物体之间传递途径：途径：碳碳进入大气的途径：入大气的途径：CO2；CO2和碳酸盐；和碳酸盐；含碳有机物；含碳有机物；绿色植物的光合作用；绿色植物的光合作用；食物链；食物链；生物的呼吸作用生物的呼吸作用分解者的分解作用分解者的分解作用化石燃料的燃烧化石燃料的燃烧培训专用 因此，若因此，若CO2发生量生量变，必然会，必然会对碳循碳循环产生重大影响。生重大影响。维护碳循碳循环正常运行的关正常运行的关键是控是控
5、制制CO2的排放量。的排放量。培训专用 （二）大气中的（二）大气中的COCO2 2浓度浓度在地在地质历史史时期，碳的流通期，碳的流通缓慢，而且一直在慢，而且一直在进行沉行沉积，在岩，在岩石中石中积存的碳存的碳约达达1*1016t，在化石燃料中的碳，在化石燃料中的碳约积存有存有1*1013t，这些碳被些碳被长期封存地下，从未在短期内大量逸出。因此，大气中的期封存地下，从未在短期内大量逸出。因此，大气中的CO2含量是个恒量，或者含量是个恒量，或者说接近恒量，从而接近恒量，从而维持了碳循持了碳循环的相的相对稳定和平衡。定和平衡。但自从人但自从人类出出现以来，特以来，特别是工是工业革命以来，一系列与碳
6、元革命以来，一系列与碳元素有关的素有关的经济活活动不断加入到碳循不断加入到碳循环过程中来，其中最主要的活程中来，其中最主要的活动是燃是燃烧矿物燃料和砍伐森林，物燃料和砍伐森林，结果打破了碳循果打破了碳循环原有的平衡，原有的平衡，使大气中的二氧化碳使大气中的二氧化碳浓度增加。度增加。培训专用工工业革命前，大气中的革命前，大气中的CO2 为280ppm左右。其后不断增加，左右。其后不断增加，增增长速度不断加快。速度不断加快。年增年增长速度：速度：18401900年，年，0.12ppm；19001960年，年，0.34ppm；19602000年，年，1.32ppm。至至2000年，全球大气中的年，全
7、球大气中的CO2浓度已度已经达到达到369ppm。培训专用 1 1、大气中、大气中COCO2 2的来源和去向的来源和去向（1）大气中）大气中CO2的来源的来源海洋。它是人海洋。它是人类活活动影响前大气中影响前大气中CO2 最重要的一最重要的一个源。据估算，全球由海洋到大气的个源。据估算，全球由海洋到大气的CO2平均平均净通量通量约为 4.151*108 t(C)/a。土壤。它是大气中土壤。它是大气中CO2的另一个重要的源，每年的另一个重要的源，每年约0.273*108 t(C)的的CO2由土壤直接由土壤直接进入大气。入大气。培训专用 人人类活活动。包括大量使用煤、石油、天然气等。包括大量使用煤
8、、石油、天然气等矿物物质燃燃料向大气排放料向大气排放CO2以及破坏植被影响以及破坏植被影响CO2 的吸收与同化。的吸收与同化。有些研究的估算有些研究的估算认为，在，在18501950年的年的100年年间，由于人由于人类活活动而而进入大气中的碳达入大气中的碳达1.8*1011t，其中，其中1/3来自化来自化石燃料燃石燃料燃烧，其余，其余2/3则来源于植被破坏特来源于植被破坏特别是森林破坏，是森林破坏，从而影响了大气碳平衡。从而影响了大气碳平衡。培训专用 （2）大气中）大气中CO2的去向的去向生物圈。植物通生物圈。植物通过光合作用吸收同化大气中的光合作用吸收同化大气中的CO2而而形成有机物形成有机
9、物质，从而使，从而使CO2进入生物圈。据估算，入生物圈。据估算，陆地生地生态系系统与大气中与大气中CO2交交换的的净通量通量为4.342*108 t(C)/a。水圈。大气中水圈。大气中CO2溶解溶解进入水圈。入水圈。CO2+H2O H2CO3 岩石圈。大气中岩石圈。大气中CO2经过淋溶及化学反淋溶及化学反应进入岩石圈。入岩石圈。H2CO3+Ca+CaCO3+2H+back培训专用 （一）植物对（一）植物对COCO2 2的吸收和利用的吸收和利用 1 1、植物吸收、植物吸收COCO2 2的过程的过程 （1）从大气通）从大气通过湍流和湍流和对流交流交换输送到叶片附近。送到叶片附近。这段路程最段路程最
10、长，CO2与叶片的距离以与叶片的距离以m或或cm来来计算，算，该段路程阻力最小。段路程阻力最小。二、二、COCO2 2对植物的影响对植物的影响培训专用 （2）从叶片周）从叶片周围通通过气孔到达叶肉气孔到达叶肉细胞的表面。胞的表面。距离不到距离不到1cm，此段路程是气相，此段路程是气相扩散，其阻力的大小散，其阻力的大小首先决定于气孔阻力的大小，此外首先决定于气孔阻力的大小，此外CO2分子分子还要克服叶要克服叶片内表皮阻力，才能到达叶肉片内表皮阻力，才能到达叶肉细胞表面。胞表面。培训专用 （3）从叶肉）从叶肉细胞的表面胞的表面进入到叶入到叶绿体内。距离体内。距离最短，在最短，在1mm以下，在以下，
11、在这段路程中，段路程中，CO2首先要克首先要克服叶肉阻力，其后服叶肉阻力，其后CO2分子要穿分子要穿过液相原生液相原生质，才，才能到达叶能到达叶绿体，再体，再进入到叶入到叶绿体内体内层的光化学反的光化学反应中心。中心。培训专用 所以，所以，CO2在由空气到叶在由空气到叶绿体内的物理体内的物理传递过程中受到一系列阻力的影响，包括：程中受到一系列阻力的影响，包括：叶片叶片边界界层阻力阻力ra 气孔阻力气孔阻力rs 叶肉阻力叶肉阻力rm培训专用 （4）CO2向叶内向叶内扩散的数学表达式散的数学表达式 在在这三种阻力的作用下，表达在光合作用中三种阻力的作用下，表达在光合作用中CO2向叶内向叶内扩散量散
12、量(Pc)的关系式的关系式为：式中，式中，fc为CO2单位位换算系数，即将算系数，即将mg/kg换算算为g/cm3 CO2 的系数。的系数。培训专用 2 2、植物对、植物对COCO2 2的利用的利用二氧化碳是光合作用的原料，二氧化碳是光合作用的原料，对光合速率影响光合速率影响很大。从上式可知，植物吸收利用很大。从上式可知，植物吸收利用CO2的状况，与的状况，与周周围空气的空气的CO2浓度有关，即度有关，即浓度越大，度越大，CO2向叶内向叶内扩散量就越大。但植物的光合速率与散量就越大。但植物的光合速率与CO2浓度并非度并非简单的直的直线关系，下面介关系，下面介绍两个重要的概念。两个重要的概念。培
13、训专用 （1）CO2饱和点和点 在在辐射能充分射能充分满足的条件下，植物光合速率不再足的条件下，植物光合速率不再随随CO2浓度增加而增大度增加而增大时的的CO2浓度称度称为CO2饱和点。和点。（2）CO2补偿点点植物光合作用所同化的植物光合作用所同化的CO2与呼吸作用与呼吸作用释放的放的CO2达达到平衡到平衡时，环境中的境中的CO2浓度称度称为CO2补偿点。点。培训专用培训专用 各种植物的各种植物的CO2补偿点不同，玉米、高粱、谷子等补偿点不同，玉米、高粱、谷子等C4植物的补偿点一般小于植物的补偿点一般小于10ppm称低称低CO2补偿点植物；小麦、补偿点植物；小麦、水稻、棉花、大豆等水稻、棉花
14、、大豆等C3植物的补偿点为植物的补偿点为40150ppm，称称为高为高CO2补偿点植物。多数植物的补偿点植物。多数植物的CO2饱和点为饱和点为8001800ppm，现在大气中现在大气中CO2的浓度约为的浓度约为370ppm。大大大超过补偿点而远离饱和点，大超过补偿点而远离饱和点，CO2浓度的增加，必定加快浓度的增加，必定加快光合作用的强度，增加农作物的光合产量，从而加快光合作用的强度，增加农作物的光合产量，从而加快植物生长。植物生长。培训专用 （3）影响植物同化）影响植物同化CO2速率的因子速率的因子 a、种、种间差异差异C4植物同化植物同化CO2的速率比的速率比C3植物大得多。据植物大得多。
15、据测定，在适宜的定，在适宜的环境条件和同境条件和同样的光的光强、CO2浓度下，度下，C4植物的植物的产量要比量要比C3植物高出近一倍。植物高出近一倍。培训专用 b、光、光强的影响的影响光光强与与CO2浓度互度互为限制因子，若光限制因子，若光强很小，很小，即使二氧化碳即使二氧化碳浓度度较大，光合作用大，光合作用强度仍不可能度仍不可能大；反之，若二氧化碳大；反之，若二氧化碳浓度很小，即使光度很小，即使光强较强，也不能使光合作用达到最大水平。也不能使光合作用达到最大水平。培训专用 c、温度的影响、温度的影响在光在光强和和CO2浓度条件得到度条件得到满足足时，植物同化，植物同化CO2的速率随温度的的速
16、率随温度的变化呈抛物化呈抛物线型。型。培训专用 d、水分的影响、水分的影响当水分不足当水分不足时，气孔，气孔变狭，减少狭，减少CO2吸收；同吸收；同时原生原生质的水合作用减弱，光合能力降低。而水分的水合作用减弱，光合能力降低。而水分过多多时植物生植物生长发育受到影响，育受到影响，CO2吸收亦会逐吸收亦会逐渐减弱甚至停止。减弱甚至停止。培训专用 e、风的影响的影响风的影响主要包括三个方面。的影响主要包括三个方面。一是空气流一是空气流动可不断地从群体外部向群体内部可不断地从群体外部向群体内部输送和送和补充充CO2；二是加二是加强群体内部的湍流交群体内部的湍流交换，把下，把下层叶片以及叶片以及土壤呼
17、吸放出的土壤呼吸放出的CO2带到光合能力到光合能力较强的群体上的群体上层；三是三是风速逐速逐渐增大会使增大会使CO2扩散阻力明散阻力明显减小。减小。培训专用 f、群体、群体结构的影响构的影响直立叶片直立叶片较多的群体，通多的群体，通风、透光情况良、透光情况良好，有利于群体中好，有利于群体中CO2的的扩散，散，对提高群体光合能提高群体光合能力及干物力及干物质积累有利。累有利。培训专用 （二）（二）COCO2 2浓度增加对作物直接影响的试验浓度增加对作物直接影响的试验研究研究 1 1、试验装置与设备、试验装置与设备 人工增加人工增加CO2浓度也称度也称为CO2施肥，研究施肥，研究CO2浓度增加度增
18、加对作物影响的作物影响的试验装置主要有温室、人工气候箱、气室和开放式装置主要有温室、人工气候箱、气室和开放式试验田（田（free-air CO2 enrichment）等。）等。培训专用培训专用人工气候箱人工气候箱 北京利康达圣科技北京利康达圣科技发展有限公司生展有限公司生产 培训专用OTC_1型型开顶式气开顶式气室室1992年由年由气科院和解气科院和解放放军防化院防化院联合合设计培训专用开放式开放式试验田田指在自由空气中增加指在自由空气中增加CO2，它，它摆脱了上述脱了上述设备小空小空间、微、微环境的影响，直接在自然境的影响，直接在自然环境下境下进行行CO2增加的模增加的模拟试验，因其，因其
19、试验尺度大，通尺度大，通风良好，良好，光照、温度、湿度和光照、温度、湿度和风等等环境条件十分接近自然境条件十分接近自然农田，所以在开放式田，所以在开放式试验田中田中获得的数据更接近于真得的数据更接近于真实情况。情况。培训专用培训专用CO2气源气源a.干冰。价格昂干冰。价格昂贵，且降低气温。，且降低气温。b.CO2发生生剂。碳酸。碳酸氢铵、碳酸、碳酸盐加稀硫酸、石灰石加加稀硫酸、石灰石加盐酸酸在在CO2发生器中化学反生器中化学反应释放放CO2。成本。成本较高，安全性差，易高，安全性差，易造成有毒气体造成有毒气体污染。染。c.工工业尾气。如化肥厂、酒精厂生尾气。如化肥厂、酒精厂生产过程中程中产生的
20、生的CO2气体，气体，压缩于于钢瓶中。使用效果比瓶中。使用效果比较理想。理想。d.燃料。燃燃料。燃烧天然气、石油、煤油等天然气、石油、煤油等释放放CO2。有。有污染。染。培训专用 2 2、部分试验研究数据、部分试验研究数据 （1）CO2 浓度增加度增加对作物光合作用的影响作物光合作用的影响冬小麦：冬小麦：冬小麦：冬小麦：COCO2 2浓浓度在度在度在度在600ppm600ppm之内，光合速率之内，光合速率之内，光合速率之内，光合速率P P与与与与COCO2 2浓浓度度度度几乎是直几乎是直几乎是直几乎是直线线关系；关系；关系；关系；春小麦：春小麦：春小麦：春小麦：COCO2 2浓浓度倍增度倍增度
21、倍增度倍增时时，P P增大增大增大增大2.5692.569倍；倍；倍；倍；大豆：大豆：大豆：大豆：COCO2 2浓浓度度度度为为500500，600600，700ppm700ppm时时，P P分分分分别别升高升高升高升高8080、143143、205205。培训专用（2）CO2 浓度倍增度倍增对作物作物发育期和株高的影响育期和株高的影响 从上表可知从上表可知,CO2浓度倍增使棉花度倍增使棉花发育提前育提前8d,冬小麦和大豆分冬小麦和大豆分别提前提前4d 和和2d,对玉米没有影响。玉米没有影响。CO2浓度倍增度倍增对冬小麦株高的影冬小麦株高的影响最响最为明明显,增高量达增高量达14cm,其次是棉
22、花和大豆其次是棉花和大豆,对玉米影响不大。玉米影响不大。培训专用（3）CO2 浓度倍增度倍增对作物生物量作物生物量(干重干重)的的(g/株株)的影响的影响 从上表可知从上表可知,CO2浓度增加度增加,作物生物量随之增加，但作物生物量随之增加，但4 种作物种作物地下和地上两部分生物量的增地下和地上两部分生物量的增长率并不平衡率并不平衡,玉米和冬小麦根的增玉米和冬小麦根的增长最最为明明显,其次其次为大豆大豆,而棉花根的增而棉花根的增长率略低于地上的增率略低于地上的增长率。率。培训专用（4）CO2 浓度倍增度倍增对作物作物产量（量（g/株）的影响株）的影响 CO2浓度增加度增加,4 种作物种作物产量
23、呈增加量呈增加趋势,其中大豆增其中大豆增长最最为明明显,增增长率达率达67.1%,冬小麦和棉花次之冬小麦和棉花次之,且增且增长幅度十分相近幅度十分相近,玉米仍最小。玉米仍最小。培训专用（5）CO2 浓度增加度增加对黄瓜生黄瓜生长发育的影响育的影响培训专用（6）温室蔬菜施用）温室蔬菜施用CO2 气肥后的增气肥后的增产作用作用培训专用 3 3、部分研究结论、部分研究结论 提高植物的光提高植物的光饱和点；和点；能促能促进植物的光合作用，增加植物生物量的累植物的光合作用，增加植物生物量的累积；能能显著提高著提高C3作物作物产量，但量，但对C4作物作物产量的影响量的影响较小；小；对根系生根系生长的促的促
24、进作用要大于地上部分；作用要大于地上部分；对大多数作物的物候略有加速。大多数作物的物候略有加速。会减小气孔开度，从而降低蒸会减小气孔开度，从而降低蒸腾量，提高水分利用率。量，提高水分利用率。培训专用 温室蔬菜的二氧化碳适宜施放期随蔬菜种温室蔬菜的二氧化碳适宜施放期随蔬菜种类及其生育期而异及其生育期而异黄瓜、西葫芦等瓜黄瓜、西葫芦等瓜类蔬菜宜在开花初期开始施放二蔬菜宜在开花初期开始施放二氧化碳。氧化碳。芹菜等叶菜芹菜等叶菜类蔬菜蔬菜则应在封在封垄后开始施放二氧化碳。后开始施放二氧化碳。培训专用 温室一天内温室一天内CO2的适宜施放的适宜施放时间在不同季在不同季节有所不有所不同。同。在深秋和初冬季
25、在深秋和初冬季节,宜在下午收宜在下午收风后施放。后施放。在隆冬季在隆冬季节,温室不放温室不放风或放或放风时间很短很短,宜在上午宜在上午11 时左右施放。左右施放。在晚冬和初春季在晚冬和初春季节,放放风时间较长,宜将一次施放改宜将一次施放改为两次施放两次施放,放放风前前1h 施放一次施放一次,收收风后再施放一次。后再施放一次。培训专用 温室人工增施温室人工增施CO2 的适宜的适宜浓度度国内外国内外许多学者曾做多学者曾做过大量大量试验,但因但因试验条件、供条件、供试蔬菜和栽培方式等各不相同蔬菜和栽培方式等各不相同,试验结果有很大差异。果有很大差异。多数学者多数学者认为:一般温室蔬菜生一般温室蔬菜生
26、长和和产量形成的量形成的CO2 适宜适宜浓度度为6001500ppm。培训专用 （三）（三）COCO2 2浓度增加对农业生产的间接影浓度增加对农业生产的间接影响响 “温室效温室效应”将将导致气温上升，使各地作物生致气温上升，使各地作物生长季延季延长，从而使，从而使农作物种植界限和耕作制度作物种植界限和耕作制度发生生变化。化。在中在中纬度地区，可减弱低温度地区，可减弱低温对作物的作物的胁迫作用，使迫作用，使产量和量和质量提高。量提高。可能使害虫数量大幅度增加，危害期延可能使害虫数量大幅度增加，危害期延长。可能加速可能加速农药和肥料的分解，降低和肥料的分解，降低杀虫虫剂和除草和除草剂的效率。的效率
27、。培训专用 可能使一些地区更加湿可能使一些地区更加湿润，而使另一些地区更，而使另一些地区更加干旱。加干旱。CO2浓度增加度增加虽对植物蒸植物蒸腾有抑制作用，会有抑制作用，会使植物的水分利用率随之提高，但它使植物的水分利用率随之提高，但它导致的气候致的气候变暖又可使蒸暖又可使蒸发量增加，减小水分的有效性，量增加，减小水分的有效性，这两种效两种效应的方向是相反的。的方向是相反的。培训专用-60%-60%-40%-40%-20%-20%0%0%20%20%40%40%60%60%冬冬小小麦麦灌灌溉溉冬冬小小麦麦春春小小麦麦灌灌 溉溉 春春小小麦麦单单季季稻稻早早稻稻晚晚稻稻春春玉玉米米灌灌溉溉春春玉
28、玉米米夏夏玉玉米米灌灌溉溉 夏夏玉玉米米到到20302030年，我国种植业产量可能会减少年，我国种植业产量可能会减少5 51010，三，三大主要作物产量均以减产为主（温度升高，旱涝加剧，大主要作物产量均以减产为主（温度升高，旱涝加剧，水短缺等）水短缺等）我国三大作物产量的变化范围我国三大作物产量的变化范围增产减产培训专用2 2 农田二氧化碳状况及其调控农田二氧化碳状况及其调控 主要内容：主要内容：时间变化和空化和空间变化化 农田田CO2通量密度及其通量密度及其时间变化化土壤和近地土壤和近地层CO2调控技控技术培训专用 一、时间变化和空间变化一、时间变化和空间变化一、时间变化和空间变化一、时间变
29、化和空间变化 （一）（一）时间变化化 1、日日变化化 作作物物的的不不同同发育育阶段段，不不同同时间和和地地点点，农田田CO2浓度度的的日日变化化趋势是是基基本本一一致致的的。白白天天CO2浓度度随随光光合合作作用用的的增增强而而不不断断降降低低，日日落落后后CO2浓度度则升高，日出前达最大升高，日出前达最大值。培训专用培训专用培训专用晴天与昙天温室内二氧化碳浓度的日变化曲线晴天与昙天温室内二氧化碳浓度的日变化曲线培训专用阴天和晴间多云天气温室内二氧化碳浓度的日变化曲线培训专用 2 2、年、年变化化 在在北北纬3030度度以以北北地地区区的的大大气气中中，从从4 4月月至至9 9月月，CO2浓
30、度度减减少少3 3。且且土土壤壤中中有有机机质也也在在不不断断分分解解。大大气气中中CO2浓度度一一般般在在夏夏末末秋秋初初达达到到最最低低值，1010月月到到次次年年3 3月月是是一一个个积累累时期期，浓度度逐逐渐上上升升，到到冬冬末春初达到最大末春初达到最大值。培训专用 （二）空（二）空间变化化 CO2浓度度的的垂垂直直变化化由由近近地地气气层CO2被被固固定定和和释放放的的情情况况所所决决定定。当当地地面面覆覆有有植植被被，光光合合作作用用旺旺盛盛时，二二氧氧化化碳碳被被大大量量固固定定，二二氧氧化化碳碳浓度度随随高高度度下下降降而而明明显降降低低，呈呈光光合合型型。这期期间，从从地地面
31、面到到1616千千米米高高度度，二二氧氧化化碳碳浓度度均均低低于于320320ppm。在在光光合合作作用用微微弱弱甚甚至至停停止止时，只只有有土土壤壤及及动物物呼呼吸吸和和燃燃烧等等释放放二二氧氧化化碳碳的的过程程，则越越近近地地面面，浓度度越越高高，呈呈呼呼吸吸型型。这期期间，从从地地面面到到1616千千米米高高度度，二二氧氧化化碳碳浓度度均均高高于于320320ppm。培训专用培训专用培训专用培训专用培训专用 二、农田二、农田COCOCOCO2 2 2 2通量密度及其时间变化通量密度及其时间变化通量密度及其时间变化通量密度及其时间变化 1 1、计算方法算方法近地近地层中中CO2的垂直通量，
32、决定于湍流的垂直通量，决定于湍流扩散散机制。因此机制。因此，可以从湍流，可以从湍流扩散角度来得到散角度来得到农田田上方上方CO2的的铅直直输送公式，即：送公式，即：式中，式中，qc为铅直方向的直方向的CO2通量；通量；fc为单位位换算算系数；系数；kc为CO2湍流交湍流交换系数；系数；为CO2浓度的度的铅直梯度。直梯度。培训专用 应用桑斯威特用桑斯威特-霍霍尔兹曼公式将上式改写曼公式将上式改写为：式中，式中，u1、u2和和c1、c2分分别为z1、z2高度上的平均高度上的平均风速和速和CO2浓度；度；是卡曼常数，一般取是卡曼常数，一般取0.40.4；d为零平面位移；零平面位移；为常数；常数；Ri
33、为理理查逊数，是表征数，是表征大气大气层结稳定程度的量。定程度的量。培训专用 2、时间变化化 白天，白天，CO2 通量密度通量密度为正，由大气指向作物正，由大气指向作物层，从从9 9时至至1616时维持持较大的通量密度，最高大的通量密度，最高值出出现在在1111时左右。夜晚左右。夜晚则相反，相反，CO2 通量密度通量密度为负，由作物，由作物层指向大气。指向大气。培训专用培训专用培训专用 三、土壤和近地层三、土壤和近地层三、土壤和近地层三、土壤和近地层COCOCOCO2 2 2 2调控技术调控技术调控技术调控技术 1 1、土壤、土壤CO2释放的放的调节（1 1）原理）原理土壤空气中土壤空气中CO
34、2浓度度远高于大气，因此土气高于大气，因此土气间的的浓度差度差导致了土壤致了土壤CO2释放放。土壤中。土壤中CO2的的释放量因土壤温度、含水量及有机放量因土壤温度、含水量及有机质含量不同含量不同而有很大差异。而有很大差异。因此，可以采取措施改因此，可以采取措施改变土壤物理性土壤物理性质和和环境条件等以达到境条件等以达到调节CO2释放量的目的。放量的目的。培训专用 （2 2）主要措施）主要措施 a、松土。增加土壤孔隙度，提高地温。松土。增加土壤孔隙度，提高地温。b、增湿。增增湿。增强土壤微生物的活土壤微生物的活动。c、施肥。增施施肥。增施农家肥，增加土壤腐殖家肥，增加土壤腐殖质量，量，释放放CO
35、2。培训专用 2 2、田、田间CO2浓度度调节 a.合理密植，改善田合理密植，改善田间的通的通风条件；整枝条件；整枝打叶，使土壤中打叶，使土壤中释放的放的CO2尽量被光合机能尽量被光合机能强的的绿色叶片吸收利用。色叶片吸收利用。b.种植行向要与当地盛行种植行向要与当地盛行风向一致，改善向一致，改善田田间通通风条件，以有利于条件，以有利于CO2随随风进入入农田。田。c.栽培栽培时要要宽行窄株距，改善群体内通行窄株距，改善群体内通风条件，亦可起到提高条件，亦可起到提高农田中田中CO2浓度的作用。度的作用。培训专用3 3 风对农业生产的影响及调控风对农业生产的影响及调控 主要内容：主要内容：风的影响
36、风的影响 防风措施防风措施培训专用 一、风的影响一、风的影响一、风的影响一、风的影响 （一）有利影响（一）有利影响1 1、风对农田小气候的田小气候的调节风能影响能影响农田湍流交田湍流交换强度，增度，增强地面与空气的地面与空气的热量和量和水分等的交水分等的交换，增加土壤蒸，增加土壤蒸发和作物蒸和作物蒸腾，也增加空气中，也增加空气中CO2等成分的交等成分的交换，使作物群体内部的空气不断更新，使作物群体内部的空气不断更新，对株株间的温度、水汽、的温度、水汽、CO2等等调节有重要作用。有重要作用。培训专用2 2、风与光合作用与光合作用在低在低风速条件下，叶片的速条件下，叶片的边界界层变薄，薄，CO2的
37、的扩散阻散阻力减少，有利于力减少，有利于CO2的的输送，又能使光合有效送，又能使光合有效辐射以射以闪光的形式合理分布到叶光的形式合理分布到叶层中，从而提高光合作用中，从而提高光合作用强度，度，提高光能利用率。据提高光能利用率。据测定，在太阳定，在太阳辐射与气温基本相同射与气温基本相同的前后两天，有的前后两天，有风的一天玉米干物的一天玉米干物质的增的增长量比无量比无风的的一天大一天大4040。培训专用3 3、风对花粉、种子花粉、种子传播的影响播的影响自然界中的自然界中的许多植物是借助多植物是借助风的力量的力量进行异花行异花授粉和授粉和传播的，播的，风速的大小会影响授粉效率和种子速的大小会影响授粉
38、效率和种子传播距离，从而播距离，从而对植物的繁衍和分布起着植物的繁衍和分布起着较大的影大的影响作用响作用。在作物在作物(如油菜如油菜)和果和果树开花开花时，风能散播花的芳香，能散播花的芳香，招引昆虫招引昆虫传授花粉。授花粉。风能能传播种子播种子，如杉如杉树种子靠种子靠风力力传播到播到远处，扩大繁殖生大繁殖生长区域。区域。培训专用（二）不利影响（二）不利影响11、大、大风对作物的危害作物的危害风力在力在6 6级以上就可以上就可对作物作物产生危害。生危害。风速速1717mS(8级以上以上)的的风称称为大大风，它，它对农业危害很危害很大。大大。大风加速植物蒸加速植物蒸腾，使耗水，使耗水过多，造成叶片
39、气多，造成叶片气孔关孔关闭，光合，光合强度降低。在北方，春夏季大度降低。在北方，春夏季大风可加可加剧农作物的旱害，冬季大作物的旱害，冬季大风可加重越冬作物可加重越冬作物冻害。害。强风时造成林木和作物倒伏、断枝、落叶、落花落造成林木和作物倒伏、断枝、落叶、落花落果和矮化等，从而影响其生果和矮化等，从而影响其生长发育和育和产量形成。水量形成。水稻开花期前后受暴稻开花期前后受暴风侵侵袭而倒伏所造成的减而倒伏所造成的减产是很是很严重的。重的。培训专用 培训专用 2 2、风能加重干旱，造成土壤能加重干旱，造成土壤风蚀干旱地区和干旱季干旱地区和干旱季节如出如出现多多风天气，不但土壤水分天气，不但土壤水分消
40、耗增加，旱情加重，大消耗增加，旱情加重，大风还会吹走大量表土，造成会吹走大量表土，造成风蚀。土地沙漠化土地沙漠化过程一般是先从地表程一般是先从地表风蚀开始，开始，经过风化、片化、片状流沙状流沙发育和形成密集沙丘。中国北部和西北内育和形成密集沙丘。中国北部和西北内陆地区，地区，风蚀十分十分强烈，如内蒙古烈，如内蒙古乌兰察布盟后山地区开察布盟后山地区开垦的的农田，田，经过30-5030-50年，已有年，已有4343被被风蚀沙漠化，沙漠化，风蚀深度一般在深度一般在4040cm左右。左右。培训专用培训专用3 3、风能能传播病虫害播病虫害风能能传播病原体，引起作物病害蔓延。据研究，小麦播病原体，引起作物
41、病害蔓延。据研究，小麦锈病病孢子在春季偏南子在春季偏南风吹送下向北方吹送下向北方传播，到冷凉地区越播，到冷凉地区越夏；秋季随着偏北气流吹向南方冬暖区，造成危害。夏；秋季随着偏北气流吹向南方冬暖区，造成危害。风还能帮助一些害虫迁能帮助一些害虫迁飞，扩大危害范大危害范围。例如粘虫、稻。例如粘虫、稻飞虱虱等害虫，每年春夏季等害虫，每年春夏季节随偏南气流北上，在那里繁殖，随偏南气流北上，在那里繁殖，扩大危害区域；入秋后就随偏北大危害区域；入秋后就随偏北风南迁，回到南方暖湿地区南迁，回到南方暖湿地区越冬。越冬。作物或果作物或果树枝叶受枝叶受风危害，病原体从机械危害，病原体从机械损伤的的伤口口侵入或有利于
42、害虫寄生，造成危害。侵入或有利于害虫寄生，造成危害。风还传播播杂草种子，草种子，扩大繁殖区，也是不利的方面。大繁殖区，也是不利的方面。培训专用 二、防风措施二、防风措施二、防风措施二、防风措施 1 1、增加地面植被覆盖、增加地面植被覆盖营造防造防风林、架林、架风障是减障是减轻风害、保害、保护土壤和作土壤和作物的有效措施。物的有效措施。风蚀沙化区可沙化区可进行封沙育草、育林，行封沙育草、育林，保保护草草场。培训专用培训专用2、改改进农业技技术措施措施利用生物技利用生物技术选育矮育矮秆、茎、茎秆坚韧能抗能抗风的的优良品良品种；种；调节播种期，尽可能避开播种期，尽可能避开风沙害沙害时期；高期；高秆作
43、物的作物的培土防培土防风；果；果树的立杆支撑；作物种植行向与地区盛行的立杆支撑；作物种植行向与地区盛行风向一致等。向一致等。培训专用谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH培训专用内容总结第五章。CO2增加对农业生产的影响及CO2调控技术。维护碳循环正常运行的关键是控制CO2的排放量。其后不断增加，增长速度不断加快。据估算
44、，全球由海洋到大气的CO2平均净通量约为 4.151*108 t(C)/a。植物通过光合作用吸收同化大气中的CO2而形成有机物质，从而使CO2进入生物圈。C4植物同化CO2的速率比C3植物大得多。一是空气流动可不断地从群体外部向群体内部输送和补充CO2。如化肥厂、酒精厂生产过程中产生的CO2气体，压缩于钢瓶中。（4）CO2 浓度倍增对作物产量（g/株）的影响。能显著提高C3作物产量，但对C4作物产量的影响较小。温室蔬菜的二氧化碳适宜施放期随蔬菜种类及其生育期而异。在隆冬季节,温室不放风或放风时间很短,宜在上午11 时左右施放。在晚冬和初春季节,放风时间较长,宜将一次施放改为两次施放,放风前1h 施放一次,收风后再施放一次。多数学者认为:一般温室蔬菜生长和产量形成的CO2 适宜浓度为6001500ppm。可能使一些地区更加湿润，而使另一些地区更加干旱。时间变化和空间变化。一、时间变化和空间变化。打叶，使土壤中释放的CO2尽量被光合机能强的。谢谢观看/欢迎下载培训专用