农业生产密切相关气象要素分析

2023-01-04张剑

农业开发与装备 2022年6期

张剑

（河曲县气象局，山西河曲 034000）

1 农业与气象

农业生产与天气息息相关，天气条件对农业生产的影响不可低估。有利的天气条件可以大大提升农业生产量。近年来，我国越来越重视气象服务于农业生产。农业生产对于气象信息的依赖较高，及时准确的气象信息可为农业生产提供多重服务，特别是在防灾、减灾方面。

新型自动气象站、农田小气候观测站、卫星遥感、土壤水分观测站等提供的气象监测信息，为农民提供诸如，温度、相对湿度、水分、风力、光照条件等影响农业生产相关的气象信息，农民以及政府可以通过这些信息对天气灾害提前预知，能够做出相应的防灾减灾措施。互联网和计算机技术也为气象信息的传播提供了重要支撑。

1.1 作物气象

作物气象是研究作物和天气之间的关系和规律。具体地说，就是探索气象条件对作物的分布、生长发育、产量、品质和栽培管理等的影响。比如，火龙果，在什么样的温度、湿度、降雨量、光照等条件下适合生长，分析某个地方的气象数据，就可以判断这个地方是否适合种植火龙果。简言之，通过区域气象数据分析，就可以清晰地判断出某个地方可以种什么，某个作物可以在什么地方种。

1.2 病虫害气象

病虫害对农业的影响不言而喻，气象因子影响的不仅是作物本身，还直接关系到病虫害的发生情况。于是农业气象中又有了病虫害气象的分支。和作物气象类似，病虫害气象主要研究气象因子与病虫害发生之间的关系，关键的是通过气象信息判断病虫害的发生情况。主要应用于病虫害预警。比如，当3～4月份平均气温达到15℃，再根据降雨量和病原基数，就可判断出小麦锈病的发生等级。

1.3 农业气象灾害

农民十分畏惧气象灾害，例如台风尼伯特曾登陆福建，对福建地区的农业生产造成了严重损失。洪涝只是农业气象灾害的一种，还有冷害、霜冻、干旱、干热风、冰雹等。对于这些偶发性的气象灾害，在做好前期准备的同时，也要精准快速预测，给农民争取尽可能多的防灾准备时间，将损失降到最低。随着现代科学技术的发展，人工智能、大数据在农业生产过程中的应用越来越广泛。通过农业气象站中的风速、气压、降雨量等监测数据，可以大致分析出农业生产地区的气候走向，进而在极端天气到来之前，能够及时预警，做好农业防灾准备，尽可能减少自然灾害带来的损失。

2 农业生产密切相关气象要素

目前，已有学者通过研究建立了农作物气候适宜度和农业气候资源利用率评价模型。研究提出了不同作物、不同生育阶段的气候指标，分别建立了不同气候资源要素的适宜度和气候适宜度模型，并在此基础上建立了农业气候资源利用率评价模型。模型告知生产者白天和夜晚的气温分别以何种形式影响作物生长，一种作物在不同的生长阶段对水、热的需求和敏感程度有什么样的区别，如何通过调节灌溉的频次和水量，以平衡作物的蒸腾蒸发损失。

2.1 气温对农作物生长的影响

农作物的生长发育要求一定的温度范围，在适宜的温度下，农作物不仅生命活动旺盛，而且生长发育迅速。温度过高或过低都会影响农作物的正常生长，严重的还将会导致农作物枯死。也就是说，温度范围存在着最低温度界限、最高温度界限和最适宜温度，即所谓的三基点温度。

一般而言，冷害会造成农作物生长周期延迟，同时会造成农作物在抽穗开花时期生殖器官的损害，造成空粒减产，造成如稻瘟病等病害发生[1]。因此，需要气象部门及时提供温度信息。

2.2 光照对农业生产的影响

光照是绿色作物进行光合作用的唯一能量来源，也是热量的主要来源，对作物的生长发育起着重要作用。光照强度、光照时间、光照质量，不仅对作物的生长发育关系重大，而且对作物品质、产量也有较大影响。例如，对于冬小麦、大麦、油菜等长日照作物，要求每日光照时数大于12～14 h，才能顺利开花，若在昼短夜长的条件下，则会延迟开花甚至不开花。对于水稻、棉花、玉米、大豆、甘薯等短日照作物，要求光照时数小于12～14 h，才能正常开花，若日照过长，则会延迟或停止开花[2]。中性作物对光照条件没有严格要求，只要其他条件适宜，在不同光照长度下，都能正常开花，如番茄、黄瓜、四季豆等。

2.3 作物需水量的影响

美国气象公司（The Climate Corp），是一家在2006年成立于旧金山的数字农业科技公司。该公司天气科学部门主管Brad Colman曾谈到，通过雷达虽然可以清晰地看到哪里在下雨，但雷达显示的云雨数据其实只能体现高空的雨量及湿度状况，而地表实际接收到的降水量及湿度变化情况可能是非常不同的。在2017年，这家公司基于机器学习开发了一个新的估计模型。这个模型可以结合有限的地表传感器和雷达数据，即时估计出地图每个点上地表的实际降水和湿度，且准确率较传统技术提高了45%。这些即时的地表降水信息无疑对指导农业生产具有重要意义。要保证全生育期适宜的耗水量，需根据土壤水分观测结果，控制作物各生育阶段的土壤湿度，以满足生长发育的需要，便可获得高产。

根据仪器监测的降雨量、土壤含水量，结合用气象资料估算的农田蒸散量，可计算适宜的灌溉水量。农作物需水量可以通过以下方法来确定：一是水面蒸发量法（多用于淹灌的水稻田）。E=αE0，式中E为某时段的作物需水量（m3/667m2），E0为同时段内的水面蒸发量（m3/667m2），α为通过试验确定的需水系数。二是产量法（多用于旱作物）。E=KYn+C，式中E为作物全生育期需水量（m3/667m2），Y为作物单位面积产量（kg/667m2），K为需水系数（m3/kg），由试验资料确定，n、C为由试验确定的经验系数。

3 相关思考及分析

3.1 知天

知天，是知气候也是知天气，气候是一个地区长期的气象资源，而天气则是具体的某一时间的气象状态。气候是自然资源中影响农业生产的重要组成部分之一，气候要素包括光、热、水、空气等能量和物质，影响着农业生产的类型、农作物的生长分布、农产品的质量甚至于农业的发展远景。一个区域能不能种植某些作物，适合种植什么品类的作物要根据这一地区长期的气候情况来决定。这种长期的气候条件还包括灾害发生频率、发生强度等信息。比如，种植果树，就一定要对多年的冰雹等灾害天气记录有所了解，否则，在某一年集中发生冰雹灾害，可能导致血本无归。

天气变化也是农业生产中极不可控的一个因素。未来天气的变化让农业生产充满了不确定性，农业气象预报所要实现的，就是帮助农业生产者准确地预知天气并将它切实应用于农业生产活动中。

3.2 知地

知地，一方面是指知晓作物生长的地理环境，另一方面则是指明确地块的分布与面积。作物生长除受到气候条件的影响，也离不开土壤环境。土壤的肥沃程度、酸碱度都影响着作物的生长。在传统的农事活动中，农民施肥种地靠经验，但由于不了解土壤的情况，无法判断作物生长不佳的原因，往往导致施肥效果不尽人意。物联网设备与大数据的加入为农业生产者解决了这一问题。将用于收集土壤信息的仪器插入土壤中进行信息的收集，比较土壤中各项指数与作物生长所需的指数，生产者便可得知作物当前是缺肥还是缺水，应该施多少肥，应该浇多少水。

3.3 知作物

知作物，包括知作物种类、作物长势、作物病害信息、作物物候进度、预估作物产量等。目前我国在深入推进种植结构调整，而这些都可建立在“知作物”的基础上，靠传统的手段很难弄清这些问题，但应用卫星遥感技术就会容易很多。

高分辨率遥感卫星能够实现农作物田块级精细识别，可见光、红外、雷达、激光等可以做到全天候、多波段、无死角地监测作物。在识别作物种类的同时，还能实现监测作物出苗率、种植密度、叶面发育状况等。在实时监测作物的基础上，结合作物生长标准值和气象数据，电脑系统即可做到预估地块产量。这对农业生产者应对市场变化、防控市场风险来说有着极为重要的意义。