书城自然科学学生气象知识丛书-气象与农业
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第9章 农业气象灾害(2)

②天气晴朗,有明显降温的“晴冷型”天气型。出现在长江中下游及以南地区。

③持续低温天气型。常出现在东北地区的夏季。

根据危害特点及受害症状,又可分为:①延迟型冷害:低温导致作物发育延迟,或开花后持续低温使谷粒不能充分灌浆、成熟,导致减产和品质明显下降。②障碍型冷害:作物生殖生长期遇短时间低温,使生殖器官生理机制破坏,造成不育或部分不育,形成空壳和秕粒。主要发生在孕穗期和抽穗开花期。③混合型冷害:二者同年发生,比单一类型危害更严重。

按照发生季节可分为:

①春季低温冷害。如长江中下游3月下旬4月上旬早稻育秧期持续低温阴雨造成烂秧。北方棉花、花生等播后持续低温发生烂种。春季持续低温蔬菜生长缓慢产量下降。

②夏季低温冷害。以延迟型为主,但高海拔高纬度地区水稻也可发生障碍型冷害。1951~1990年间东北发生严重的夏季冷害5次,平均减产3成以上。

③秋季低温冷害。南方晚稻生产主要灾害之一,又称寒露风,实际发生由高纬向低纬、高海拔向低海拔、内陆向沿海推迟。长江中下游在9月份,华南在寒露前后。北方大白菜持续低温使包心不足。小麦冬前积温偏少使分蘖减少,也都可看作冷害。

④热带作物冬季寒害。华南热带作物遇10℃以下0℃以上低温使植株枯萎、腐烂或感病,直至死亡,实际上是一种冷害,云南和海南岛橡胶园经常发生。热带作物一般含有较多饱和脂肪酸,在零上低温可以凝固,发生水分溢泌,导致细胞失水枯萎,症状与冻害相似。

⑤冷雨。春末夏初牧区突然降临冷雨,由于牲畜脱毛,打湿后可发病甚至死亡,是牧区常见灾害。南方冬季缺乏优质草料,耕牛体质虚弱,持续阴冷天气易感病甚至死亡。

(四)冷害防御对策

①掌握低温气候规律,合理安排品种搭配和播栽期。

②加强低温冷害预报及应用。长期趋势预报有利于调整作物布局和品种搭配,中、短期预报为及时采用应急的抗御措施提供可靠依据。

③改善和利用小气候生态环境,增强抗御低温的能力。选择通过局部地形削弱冷空气入侵次数和降温强度的相对较暖的环境,这样可有效防御低温对作物的危害。有些地区采用地膜覆盖,以水增温和喷洒化学保温剂,这些措施都能达到减轻低温危害的目的。

④选择耐寒的高产品种,促苗早发,合理施肥促进早熟。

三、冻害

(一)冻害的概念

指植物或动物在零下强烈低温下受到的伤害,主要发生在越冬期间。

我国冻害比世界同纬度地区更重,导致越冬作物和多年生喜温作物分布北界明显偏低。如柑橘,欧洲可在北纬40°种植,我国江南在28°以南种植才较安全。冻害可造成植株死亡,冻伤株长势衰弱也能导致减产。牧区牲畜冬季常发生受冻死亡,农区猪仔对低温也十分敏感。

(二)冻害的成因

除低温强度外,还与降温速率、冻后复温速率、变温幅度、冻后脱水程度及植物抗寒锻炼等有关。植物细胞通常在降温时原生质浓缩保持过冷却状态,一旦原生质结冰,细胞立即死亡。但有时原生质并未结冰,细胞也可能因胞间冰晶机械损伤或过度浓缩受毒害而死亡。

(三)冻害的地区分布

冬小麦冻害严重地区有华北、黄土高原和新疆北部,其次黄淮平原和新疆南部。油菜以华北南部和黄淮平原为严重。大白菜砍菜期冻害东北、华北都较重。蔬菜越冬冻害长江流域最严重。柑橘冻害以江南丘陵冷空气易进难出地段最严重。苹果等北方果树以长城沿线较重。

(四)冻害的发生条件

突发性冻害与寒潮活动相联系,如大白菜砍菜期冻害。越冬冻害与长时期不利条件相联系,具有累积型灾害特征。有的暖冬年冬前急剧降温抗寒锻炼很差,冬季冷暖剧变或旱冻交加,也有可能发生冻害。新疆北部冬季积雪晚或不稳定,过早融化,可发生严重冻害。

(五)冻害指标及发生时间

从发生时间分为初冬冻害、严冬冻害和早春冻害。剧烈降温提前入冬,作物缺乏抗寒锻炼养分积累不足,即使冬季不冷,也仍可以受冻害,一般以入冬降温幅度或抗寒锻炼减少天数作为参考指标。严冬冻害与严寒持续时间及程度相关,主要以冬季负积温、有害积温和极端最低温度为冻害指标。早春冻害常在回暖后因作物部分丧失抗寒性而发生,以稳定通过某界限温度后的极端低温为冻害指标。不论何种作物都可用50%植株死亡的临界致死温度作为其冻害指标。主要由遗传特性决定,也与抗寒锻炼程度、苗情壮弱、养分状况等有关。

(六)冻害防御对策

①选用抗寒的丰产品种。

②加强冬前管理,增强抗冻能力。冬小麦适时播种能得到较好的冬前锻炼,分蘖节积累更多糖分,可提高抗寒力。适时冬灌可增加土壤水分和稳定土温。亚热带经济林果深耕改土,合理施肥及灌水抗旱,防治病害,控制枝梢生长,可以提高树体抗冻能力。

③利用山体或水体的小气候资源。如三面环山,南面开口又有水体调节的马蹄型地形,冬季最低气温可偏高1℃~2℃以上。

④调节田间小气候。如冬小麦适时浇冻水和返青水、沟播、盖土和耙耱保墒技术等。

⑤应急防冻措施。露天增温法,如布设烟堆或加热近地气层;覆盖法,减少辐射降温和防御冷空气侵袭,包括束草、培土、搭棚、风障、地膜覆盖及防护林等;喷施化学药剂,包括生长激素控制生长和抑蒸保温剂等。上述方法都主要用于果树、蔬菜和热带作物等。

四、霜冻

(一)霜冻的概念

霜冻是指在温暖季节里,土壤表面或植物表面的温度下降到植物组织冰点以下的低温而使体内组织冻结产生的短时间低温冻害。空气湿润,冷空气入侵,常在地面物体上产生白色冰晶,称为“白霜”。当空气中水汽含量很少,霜冻出现时,水汽不饱和,就没有霜出现,这种没有霜的霜冻也称为“黑霜”。白霜形成时,水汽凝结而放出热量,所以“黑霜”的实际危害通常要比“白霜”更大。

有时气温或地面温度并未降到零度以下,但只要植物表面降到了零下,仍然可能造成伤害。一般在最低气温4℃~5℃植物表面就可能发生霜冻,空气和地表特别干燥,夜空特别晴朗又完全静风时,最低气温与地面最低温度可相差7℃~10℃。

(二)霜冻的成因与分类

根据霜冻发生的时期,可分为早霜冻和晚霜冻。

①早霜冻。秋天温暖季节向寒冷季节过渡期间发生的霜冻。第一次早霜冻叫做初霜冻。

②晚霜冻。春天寒冷季节向温暖季节过渡期间发生的霜冻。最后一次晚霜冻叫做终霜冻。

终霜冻至初霜冻之间的日期称为无霜冻期。由于大多数作物当温度低于0℃时即遭受霜冻,所以农业气象学通常用地面最低温度>0℃的初、终日期间的天数来表示,称为无霜期。无霜期是描述地区热量资源丰歉的一个指标。

根据霜冻发生的天气条件可以分为下面三种:①平流型霜冻。强冷平流引起剧烈降温而发生的霜冻。常表现为西伯利亚冷空气暴发南下,冷锋过后偏北风很大,傍晚或阴云密布的夜间使叶温降到0℃以下,又称“风霜”。危害范围较大。又因风的强烈扰动,不同地块差异不显著。

②辐射型霜冻。晴朗无风夜间植物表面强烈辐射散热引起的霜冻。一般在冷性高气压控制下,空气比较干燥,夜间天晴风静,日出前叶温降到0℃以下,又称“静霜”或“晴霜”。不同地块甚至同一植株不同部位的霜冻强度有明显差异。

③平流辐射霜冻。冷平流和辐射冷却共同作用下发生。通常先有冷空气侵入明显降温,夜间转晴风速减小,辐射散热强,植株体温进一步降低而发生霜冻,影响范围大、危害重。

(三)霜冻时间和地区分布

纬度和海拔越高春霜冻结束越迟,秋霜冻开始越早。长城以北春霜冻4月中到5月中下结束,秋霜冻9月上至10月上开始,无霜期不到180天。黄淮流域无霜期180~250天。长江流域无霜期250~300天。华南无明显霜期。

(四)霜冻的防御对策

①农业技术措施。培育抗寒品种。编制农业气候区划,选择适宜种植区,可避开霜冻。选择适宜播栽期,如“霜前播种、霜后出苗”。加强田间管理以培育壮苗,增强抗逆性。霜冻发生前喷洒除冰核制剂,使胞间水保持过冷却状态。

②物理措施。灌水法,可提高土壤热容量和导热率,直接给土壤带来热量,增加地面空气湿度,降温时水汽凝结放出潜热,常在霜冻出现前1~2天实施。熏烟法,杂草、秸秆堆外盖薄土,堆内燃烧,近年也有利用沥青、硝铵、煤末、锯末等制成防霜弹,施放烟幕的,促进水汽凝结,减少地面有效辐射。覆盖法,搭棚、包扎、干草等轻材料遮盖,减少地面和作物体散热。加热法,用特制加热器、燃烧液体或固体燃料对局部空气直接加热。鼓风法,使上层热量输送给作物层。喷雾法,把水滴均匀洒到作物或果树叶面上,可释放潜热,要不断喷洒。风障法,包括防护林,能减轻冷空气侵袭。

五、热害

(一)热浪

使人畜中暑,畜禽产生应激反应,生产力下降。我国夏季最炎热地区是新疆吐鲁番盆地,7月平均气温32.4℃,极端最高达47.6℃。但空气干燥,夜晚有山谷风调剂,并不感到太难熬。对人畜危害最大的还是长江流域的夏季,副热带高压持续控制下常出现湿热天气,7月平均气温在28℃以上,两湖盆地历史上多次发生人畜中暑死亡。炎热天气畜禽食欲下降,呼吸急促,养分消耗大,生产力也会明显下降,特别是奶牛产量和品质。

(二)干热风

小麦扬花灌浆期出现的高温低湿并伴有一定风力的灾害性天气,强烈破坏植株水分平衡和光合作用,影响灌浆成熟,粒重明显下降,导致严重减产。危害地区主要在黄、淮、海流域和新疆。1982年统计该区播种面积2041×104亩,受干热风危害面积占70.9%。轻者减产10%以下,重的减产10%~20%以上。

1.干热风天气的环流特征

5月中、下至6月上、中,东亚大槽强度明显减弱主体东移。但120°E附近尚有小槽,中亚高脊继续维持。由于青藏高原对西风气流的摩擦作用,陕、晋、豫交界一带低空形成反气旋环流,其南北两侧各有一锋区,黄淮海地区处在高空槽后脊前西北气流控制,低空和地面处在两条锋带之间的反气旋区内,天气晴朗,高温干燥。西北地区干热风形成主要是从中亚地区东移过来的高压脊,在青藏高原和西北发展加强,其次是青藏高原有暖高压脊发展北挺。中、低层维持下沉气流,天气晴朗,不断有暖平流输送,导致干热风天气形成。多数情况下西北地区干热风由上述两类过程叠加形成。

2.干热风的类型

根据气象要素组合的影响和危害差异,可分为三种类型。①高温低湿型。一般发生在开花后20天左右至蜡熟期。温度猛升,湿度剧降,最高气温可达32℃以上,甚至37℃~38℃,相对湿度25%~35%以下风力3~4米/秒以上。小麦干尖炸芒,呈灰白或青灰色。发生区域很广,扬花灌浆过程中都可发生,产量显著下降。②雨后热枯型。又称雨后青枯型或雨后枯熟型,一般发生在乳熟后期,即成熟前10天左右。其特征是雨后猛晴,温度骤升,湿度剧降。有时是连阴雨后出现高温低湿天气造成。一般雨后日最高气温升至27℃~29℃以上,14时相对湿度40%左右,即能引起。雨后气温回升越快,温度越高,青枯发生越早,危害越重。一般可使千粒重下降4~5克以上,减产10%~20%以上。也有人认为是有别于干热风的另一种灾害,且危害程度更甚。③旱风型。又称热风型,其特点是大风与一定的高温低湿组合。麦叶蜷缩成绳状,叶片撕裂破碎。主要发生在新疆和黄土高原多风地区,干旱年份出现较多。

3.干热风的危害指标和地区分布

按其强度可分为轻、重两级。气流越过山脉下沉时绝热增温降湿形成的“焚风”,实际上也是一种干热风。我国小麦干热风危害最严重的地区是西北靠近沙漠而海拔又不高的垦区,如甘肃河西走廊西部、南疆东部、北疆准噶尔盆地南缘等。其次是黄淮平原,特别是太行山东侧。南方很少发生。高海拔地区小麦灌浆已进入雨季,也较少发生。

(三)热害的危害