人工小气候

更新时间:2022-08-25 12:42

人工小气候是指采取各种人为措施控制或改变的局地气候环境。主要是通过改变下垫面的辐射特性、温湿状况和动力条件等使其有利于人类活动和动植物生长。如绿化城市,绿化荒山,建造住房、水库、玻璃温室塑料大棚、地膜覆盖,设置风障,营造护田林带等。

简介

人工小气候采取人为措施控制或改变小空间环境所形成的气候。通过人为措施,调节小空间内的温度、湿度、气流、光照条件,甚至充入某些气体成分,使该小空间具有人类所企盼的气候特点,为某些科学试验提供良好环境。在小空间内启用空调设备,减免外界极端气候条件影响,以适应人类居住或动植物在其中正常生长,也属人工小气候措施。它与气候导变的区别在于后者是通过对生态环境因子的改变,诱导各因子启动相互作用的调节能力,使气候向人类需求的方向转变,而人工小气候则是对气候要素直接调控。

历史应用

人们无法改变自然界的大气候,但却可以利用自然界特殊的地形小气候,并进而按照人类的需要造成某种人工小气候。中国人民很早就在园艺和花卉的促成栽培上利用地形小气候和创造人工小气候,从而部分地突破自然界季节的限制和地域的限制,生产出各种“非时之物”来。

早在秦始皇时代,人们已在骊山山谷温暖处取得冬种甜瓜的成功。唐朝以前,苏州太湖洞庭东西山人民利用当地湖泊小气候种植柑橘,成为中国东部沿海最北的柑橘产区。唐代官府利用附近的温泉水培育早熟瓜果。王建《官词》说:“酒幔高楼一百家,宫前杨柳寺前花。御园分得温汤水,二月中旬已进瓜”。

汉代成帝时,中国已有温室雏型。《汉书·召信臣传》载:“太官园种冬生葱、韭,菜茹,覆以屋庑,昼夜燃蕴火,待温气乃生’。’这说明早在汉代中国农民就已经掌握了蔬菜生长的温度。为了使冬季能够生长蔬菜,采用室内栽培,并燃火加温,满足蔬菜生长所需要的温度。

人工小气候不但可人工加温,还可人工降温,以满足作物生长所需要的小气候条件。《齐民要术·种姜第二十七》载: “六月作苇屋覆之。不耐寒热故也”。《王祯农书·百谷谱集之三》讲种姜:“六月用枝叶作棚,以防日曝。姜性不耐寒热故尔”。姜既不耐寒,也不耐热,为了防止夏季暴晒,用苇子或枝叶,搭棚遮阳,以降温度,使姜得以顺利生长。另外,在果树、蔬菜种植中出现的风障、阳畦等,都是人工小气候在农业中的应用。

类型划分

在农业上,由于不同的作物种植、动物养殖和农业生产过程中进行的人工干预而形成的一种独特的小气候,称为农业小气候。农业小气候构成了农业生物活动最重要的环境,它直接影响作物的生长发育及产量、品质等,也影响病虫害的发生与蔓延危害。

农业小气候与农业生产密切相关,一般可分为农田小气候、温室小气候、保护地小气候、果树及园林小气候、农业设施小气候、畜舍小气候和水域小气候等。这些都是农、林、牧、渔业生产的实际环境,在农业生产中有着极其广泛的应用。各种暴露的自然表面,如平坦的地面、水面、植被表面等,称为活动面,因这些面处于大气层的下面,常称为下垫面。由于下垫面的差异,就形成了不同类型的小气候。

农田小气候

农田小气候是以农作物为下垫面的小气候,它是农田贴地气层和土壤上层与农作物群体之间生物学和物理学两种过程相互作用的结果,因而不同的农作物有不同的小气候特点。同一种农作物又因作物品种、种植方式、生育期、生长状况和管理措施不同,形成相应的小气候特征。光照、温度、湿度、二氧化碳等气象要素随着作物的生长而受到不同程度的影响,有时可能成为作物生长发育的障碍因素。如农田中二氧化碳的浓度直接影响农作物的光合强度和干物质产量的积累,晴天的中午可使农田二氧化碳浓度降至最低,甚至可使植株处于二氧化碳饥饿状态而影响产量。

温室小气候

温室是一种人工控制小气候条件的设施。用于温室采光的透明玻璃或塑料薄膜,能透过80%~90%的太阳光,同时又能阻挡大部分温室内向外发射的长波热辐射。温室内气候稳定,对避免一些农业气象灾害非常有利。在温室内可以调节作物生长的温度、湿度、光照、水分及二氧化碳等条件,有利于提高作物产量,改善品质。特别是在温室内可以很好地解决大田生产中无法解决的二氧化碳短缺问题,大幅度提高作物产量。

营造方式

农业小气候不同于大气候的特殊性,决定了农业小气候可以通过适当的农业措施加以调控和改善。了解农业小气候的基本特征和掌握农业小气候观测的基本方法之后,运用先进的研究手段和仪器设备,与其他相关学科紧密结合,通过必要的农业生产手段,对不同小气候类型的主要气象要素进行人工调控,使其向有利于农业生产的方向发展。如营造农田防护林、地面覆盖,以及作物的垄作、灌溉,种植行向、种植密度的调整等,就是针对提高地温、预防冻害、充分利用光能等小气候要素的具体农业技术措施。

水产养殖业人工小气候营造

1.进行池塘、养殖池的结构改造,改善水体生态环境条件。如:东西向的池塘接受日照时间较长,可促进水温的提高和浮游生物的繁殖;面积适中的池塘溶氧量比面积小的池塘高;池水深度要适宜,深度过浅,水产生物生存空间小,水温、水质不易稳定,也不利于对夏季高温的调控,过深则引起下层缺氧,也不利于提高春季水温。

2.发展立体化生态养殖。立体化生态养殖,是一种渔、禽、林(农)相互依存、互相促进,充分利用空间的光、热、水、土资源的高效人工生态系统。湖北省新洲县实行林一鱼一鸭立体化生态生产,在池杉林中灌水养鱼、鸭,创造良好的水域小气候环境,同时形成鸭粪养鱼、鱼粪肥树、树叶肥水的食物链关系,组成一个较为完善的人工生态系统,提高了鱼产量,也提高了林木蓄积量和养鸭收益。在珠江三角洲一带广泛采用的鱼一家畜、家禽一作物联合经营,更是多层次开发水陆立体种养体系的范例。

3.利用地热水资源和工厂余热水资源,以及采用塑料大棚和温室进行热量补偿,发展水产养殖,尤其是温流水养殖。

4.保护和营造沿海滩涂红树林,为鱼、虾、蟹、贝提供良好的产卵生活场所和适生环境。在内陆湖泊的沿湖地带也应因地制宜地栽种芦苇、茭瓜、水草、柳树等多种植物,既可为鱼类提供饵料和产卵、栖息、避敌的小气候适生环境,也可提供副业原料。

影响

农业小气候系统内人工调控的主要对象即为生物周围的环境。生物周围的环境是影响生物进化、生态反应和生长发育的所有外界条件的总和。自然界中的野生植物、野生真菌等被动性生物,不能自主选择环境,只能适应环境,随遇而安,自生自灭。而野生动物则可以四处活动,能比较主动地选择相对较舒适的生活环境,如候鸟迁飞、北美驯鹿和红大马哈鱼的迁徙等,这种习性与动物繁衍后代密切相关。人工饲养与栽培的动植物,则多被局限在某个环境之中,它们的生活、它们对环境的选择,均受到一定程度的限制。

在农业小气候系统中,生物与环境之间不断地进行物质和能量的交换传输,从而生物本身得以生长发育,为人类生产产品。人类为了得到丰厚的生物产品,必须了解环境因素对于生物的重要性;了解环境因素的构成与分类;了解各个环境因素对生物生长发育的具体影响;了解多个环境因素对生物生长发育的综合作用;了解生物生长发育所需的最佳环境因素指标等,这样人类才有可能为生物创造最佳环境条件,促进生物生长发育良好,获得优质高产产品。

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