作物气象

气象条件影响作物的分布、生长发育、产量和品质的形成。研究和掌握作物对气象条件的要求及其反应规律，可为农作物生产管理提供科学依据和实践指导。

一、作物的分布和生育与气象

1.作物对温度和光照的要求

世界气温的分布与作物生产有一致关系。不同作物在不同生育期对温度要求不同。春播小麦要求最冷月平均气温＜0℃，秋播小麦则要求最冷月平均气温＞-10℃，玉米要求最热月平均气温＞18℃，水稻则要求最热月平均气温＞20℃等等。种植制度主要受温度条件的影响，积温的多少决定复种指数和作物类型。

表示作物对温度需求情况的方法和指标有多种，其中较为常用的是活动积温∑T10(日平均气温≥10℃期间的日均温总和)。主要作物生育所要求的∑T10(图8.1)。∑T10＜800℃·d的地区，只勉强种一茬蔬菜；∑T10为800～1600℃·d的地区，可种早、中熟麦类；∑T10为1600～3200℃·d的地区，可种玉米、大豆、水稻等作物；∑T10为3200～5000℃·d的地区，可种棉花、高粱和柑桔；∑T10为5000～6500℃·d的地区，可栽种双季稻；若∑T10≥6500℃·d，则大多数种类的亚热带、热带作物均可正常生长。

各作物从发芽到收获的天数如下：

1.芜菁、莴苣25～100d

2.养麦70～80d

3.大麦60～100d

4.野燕麦95～120d

5.菜豆、豌豆75～100d

6.土豆60～120d

7.冬小麦、冬黑麦270～350d (包括越冬期)

8.春小麦75～115d

9.玉米90～150d

10.向日葵80～160d

11.大豆100～160d

12.甜菜150～170d

13.葡萄

14.水稻85～145d

15.棉花110～170d

16.高粱100～150d

17.柑橘类

水稻、大豆的多数品种对光周期反应敏感，是感光性强的作物。在籼、粳稻类型中还存在品种间感温性(感光性)强弱的差异，可用温度(光照)对出穗的促进率表示感温性(感光性)的强弱。高温出穗促进率大，表示高温对出穗的促进程度大，即感温性强。反之，则感温性弱。短日高温生育期是综合反映水稻光温特性的一个重要指标，它是指水稻在适宜的短日高温条件下所需要的出穗日数。

2.作物对水热条件的要求

农业布局与降水量的分布有着密切的关系。从世界范围的农业来看，种植业与畜牧、放牧业的区域分布主要决定于降水量，在年降水量500mm以下的地区以放牧业为主，500mm以上的地区以种植业为主。旱作农业和灌溉农业、雨养农业与湿作农业也受降水量的制约，一般地，年降水量＜250～400mm为灌溉农业，400～600mm为旱作农业，600～1000mm为雨养农业，＞1000mm为湿作农业。

小麦既有喜凉特性，能在最低气温-30℃的地区和温带、亚热带的低温季节种植；又喜干燥气候，在大气干旱地区也能适应。从65°N～45°S都有分布，主要集中在30°N～55°N和25°S～40°S，年降水量300～1100mm地区。

与春小麦相比，冬小麦具有更高产、稳产的特性，故冬小麦占小麦总量的75％～80％。春小麦较耐高温，在温暖季节也能完成生命周期，在冬季太冷又无雪盖保护的地区宜种春麦。

春小麦的北界一般与5月份平均气温10℃等温线相当。年雨量≥750mm比较适宜，良好的休闲地上年降水量250mm亦能种植。秋雨对冬麦比较重要，秋雨少是草原气候的弱点，如果秋雨太少难以播种保苗则只好种植春麦。高温高湿的气候，易引起病害蔓延，一般以收获前两个月平均气温高于20℃，年雨量≥1250mm为不利于小麦的界线。如美国小麦的东南界限，阿根廷小麦的北界，印度小麦的东界，中国小麦的南界。

水分是世界小麦高产的主要问题。年降水量＜200mm的地区，小麦产量低。这些地区发展小麦生产的关键是改善灌溉条件，实行节水栽培。但中国长江流域、日本、南美洲北部多雨区湿害严重，产量低，这类地区的重点是排湿，如挖窄沟和暗道、埋暗管等排除渍水，降低地下水位等。

降水量季节分配不均，农业和农作物生产有明显的季节性特点。雨热同季与雨热不同季地区的农业生产特点也不同。

温带、亚热带地区的雨热同季地区，一般≥10℃期间降水量在500～1000mm，适宜麦类、玉米、大豆、高粱、薯类和粟类等喜凉、喜温作物生长，在低温少雨季节种麦类，在高温多雨季节种玉米、大豆、水稻等。

地中海式气候属冬温冬雨型，这类地区的主要问题是作物需水期缺乏水分，限制喜温高产作物种植。海洋性气候形成的雨热均匀的农业气候类型适宜一年一季的喜凉作物和牧草的生长，作物以麦类、饲料玉米、甜菜和马铃薯等为主。终年干旱少雨的沙漠地带，光热充足，但水资源缺乏。这些地区只能完全依靠地下水资源和地表径流条件发展农业与畜牧业生产。

单一气象要素并不能决定作物的丰歉，需要用诸因素进行综合评定。常用水热系数和湿润系数表示水热条件对作物的综合作用。

3.作物对光热水组合条件的要求

一般地，日照时数多的地区，作物产量较高。但日照时数与水温条件配合不同，作物生产不同。年日照时数多，而水分少的地区作物产量低。年日照时数较多，水分多的地区产量高。年日照时数较多而温度高的地区产量并不太高。日照时数多而温度低，喜凉作物产量高。日照时数少，温度低，则产量低。

太阳辐射量决定一个地区作物生产的潜力和产量的高低。从总的趋势来看，太阳辐射量多的地区，作物总产量高，但太阳辐射利用受水热条件的限制。年降水量＜200mm的地区，在没有灌溉条件下没有作物栽培，在200～400mm的地区旱地作物的产量很低。高纬度和高海拔地区，温度低，限制了光照条件的利用。如东西伯利亚作物产量很低，青藏高原北部在自然条件下不能进行作物生产。

世界各地的温度与水分、温度与光资源的匹配情况对农业生产影响很大。中国的东部季风区，水热同季，有利于玉米、水稻等高产喜温作物生产。加拿大南部农业区，温度较低与水分配合也较适宜，适宜春小麦等作物生产。欧洲地中海地区，夏季温暖但降水稀少，温度与水分不匹配，需要有灌溉条件，而冬季温度不低，降水较多，适宜冬作物生产。非洲北部高温，而且干旱少雨，严重限制农业生产的发展。

表8.1 非灌溉条件下棉花的气候适宜性指标

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气候因子 适宜 次适宜 不适宜

350～450， ＜350，

生育期降水量(mm) 450～700 700～1000 ＞1000

20～23， ＜20，

生育期平均气温(℃) 23～30 30～35 ＞35

生育期积温(℃·d) ＞3500 3200～3500 ＜3200

生育期≥20℃日数(d) ＞110 80～110 ＜80

生育期日照时数(h) ＞1000 800～1000 ＜800

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自然气候条件下降水对棉花生产的影响很大。降水量过多的地区蕾铃常大量脱落，产量降低。东南亚地区雨季降水量超过1500mm，病害严重，棉花生长不良，产量不稳。因此，世界棉花有向干旱少雨地区发展的趋势。从表8.1可知：在灌溉条件下，光、温适宜的干旱地区是棉花种植的适宜区，在无灌溉条件下则是不适宜地区。北美洲棉花集中分布于美国南部26°～37°N之间，东部亚热带湿润老棉区的皮棉单产比西部灌溉棉区低许多，主要棉区也已西移，目前西部降水量＜500mm的灌溉棉田已成为棉花生产效益很高的地区。

二、决定作物产量、品质的农业气象条件

1.影响作物产量的农业气象条件

对小麦、水稻、玉米等籽粒作物来说，产量构成要素为：

单位面积产量＝单位面积穗数×粒数/穗×粒重

棉花(皮棉)

单位面积产量＝单位面积总铃数×铃重×衣分

大豆 单位面积产量＝单位面积荚数×粒数/荚×粒重

上述三项产量构成要素虽然决定于品种特性与栽培措施(如种植密度影响穗数、铃数等)，但以相同品种、相似栽培条件相比，可以看出，气象条件起着重要的作用。

(1)穗(铃，荚)数 指单位面积穗(铃，荚)数。对小麦和水稻而言，光照、温度和水分条件与有效穗数关系密切。从播种到抽穗的条件对小麦穗数(有效穗数)，如出苗率、分蘖数，主茎与分蘖成穗率等起决定作用。自生育初期至最高分蘖期后7～10d期间的气象条件是决定水稻有效穗数形成的关键。

棉花的蕾、铃与大豆的荚常常形成的多，脱落的也多，所以其铃数和荚数在很大程度上决定于蕾铃脱落率和花荚脱落率。

中国主要棉区蕾铃脱落十分普遍，脱落率一般在60％～80％左右。落蕾时期集中在现蕾后第10～20d内。早现的蕾脱落少，后期蕾由于和幼铃同时生长，养分供求矛盾加大，脱落较多。棉铃脱落集中在开花后3～10d内，从全国看，黄河流域棉区集中在7月下旬至8月上旬(雨季高峰)，长江流域集中在8月份(伏旱高温)脱落。

光是影响脱落的最主要的环境因子。尤其在水肥充足的密植棉田中，中下部郁闭严重，光成为突出的限制因子。光不足，影响光合作用制造养分，植株体内含糖量下降，增加蕾铃脱落，弱光降低养分自叶片流入生殖器官的速度，不利于花蕾幼铃发育；徒长棉田下部缺光而光合作用少，因上部叶片制造的养分主要输向上部营养器官，使下部蕾铃得不到必要的营养而大量脱落；由于株间光不足，植株为了获得阳光，迫使营养体更加速生长，相互遮荫更重，使下部光合作用更弱，脱落加重。总之，光照的影响是多方面的。

水分是影响蕾铃脱落的另一个重要气象因子。当土壤水分在20％以下时，脱落与土壤水分成负相关；但当土壤水分在20％以上时，脱落与土壤水分成正相关。开花期间，砂壤土适宜的土壤湿度为15％～18％，壤土为20％，粘土在25％左右。

据观察，降雨后第二天为脱落高峰。开花当天遇雨，幼铃脱落主要因为破坏了正常受精过程，雨水冲散正在开放的花中的花粉，并使花粉吸水破裂，丧失生活力，并淋洗了花粉发芽所需的柱头上的分泌物，不利于花粉发芽。因此在开花期间雨水越大、越猛，雨期持续时间越长，幼铃脱落越严重。

棉花开花有一定规律，一般上午8～10点开放，遇阴雨低温开花会延迟时间，花开后就可进行受粉，随后花粉发芽长出花粉管，10～12h后进入子房，20～24h受精。因此降雨时间不同，幼铃脱落率也不同，夜晚降雨影响较小，白天阴雨或上午降雨影响较大。

开花期遇异常高温亦会造成蕾铃大量脱落。山东菏泽地区1973年7月中下旬出现13天35℃以上的高温日，严重影响盛花期受粉过程，使这段时期的脱落率占总脱落率的76％。

此外，生理脱落与病虫害的影响也都与气象有关。

(2)粒数 指每穗粒数，以小麦为例，它决定于从穗分化到籽粒形成期的农业气象条件。从春季返青开始，为生长锥伸长期，随后进入穗轴分化期，此时的条件已开始影响穗的大小。从穗轴期到小花期为决定小穗数目的时期，从小花期到四分体期决定小花数目，从四分体到开花为花粉粒形成期。其中从雌雄蕊形成过程的药隔期到开花是决定每穗粒数的主要时期，前段要争取增加小花数；后段，特别是四分体前后，要防止小花退化。

小穗分化期要求的适宜温度(日平均气温)为6～8℃。通常认为，低温可延长小穗分化过程，气温低于10℃利于长大穗，西农6028品种在15～20℃下，小穗数为16个，在5～10℃下可增至18.9个(均为8h日照)。此期间日照时间也影响小穗数，在短日照下小穗分化延长，可增加小穗数。

短日照的影响主要在单棱到二棱期，从二棱末期影响减弱，再往后，到小花原基形成时，日长影响已基本消失。光照强度也有影响，光照强可多形成小穗。在一般情况下水分影响不大，除非严重干旱，小穗数才明显减少。

小麦拔节期适宜温度为12～14℃，孕穗期为15～17℃，在适温范围内，偏低的气温有利于延长小花分化时间，增加小花数。小麦花期怕高温干旱，如果气温高至35～36℃，土壤水分又不足，会引起花器官生理干旱，花粉失去受精能力而降低结实率。开花期适宜的空气湿度为70％～80％，湿度过小或花期遇雨，则花粉粒因吸水过多而膨胀破裂，引起不结实。相反，如空气湿度低于20％～25％，也易引起干旱不结实。

决定水稻每穗粒数的时期主要包括幼穗分化与抽穗开花期。在花粉形成和发育期间，如遇低温，花粉粒停止生育或发育不良，失去发芽力，形成空粒。温度过高也造成危害。如日平均温度＞30℃，可形成畸形花粉或空粒花粉，失去发芽和受精能力。高温危害是南方稻区减产的一个重要因素。

水稻是自花授粉作物，自然杂交率在1％以下。一般情况下，花药开裂与开花是同时进行的，这样花粉大量落到柱头上，受粉良好。开花期遇低温阴雨天气，散粉时间明显推迟，不能及时受粉，花粉落不到柱头上或受粉量过少，容易形成空粒。花粒萌发率高低与开花当天最高温度关系很大，温度愈低，萌发率愈低，但温度过高也造成危害。据研究，开花后7天遇35℃高温，空壳率比正常温度下高10倍，若遇40℃以上高温，花药容易干枯，花丝凋萎。如果此时日照强，又出现“火风”，甚至连花粉、柱头都会干枯，即使受粉，花粉粒也难以萌发。高温的危害在盛花期最大。

降水影响水稻开花及花粉萌发力。降水量小，时间短，降水时段不与花时吻合则影响小，反之则影响大。花期多雨，尤其是盛花期多雨，会增加空壳率。若遇旱风，天气干燥，花粉粒也会因失水而不萌发。

水稻生育后期，光照少使空壳率明显增加。

(3)粒重(铃重)小麦、水稻等籽粒作物的千粒重，在很大程度上受灌浆期气象条件的影响。

以小麦为例，其影响表现在两方面，即灌浆时间和灌浆速度。灌浆开始时间与抽穗早晚有密切关系，而抽穗早晚受温度制约，温度高、抽穗早的年份灌浆开始也早。小麦灌浆持续时间主要受日平均温度影响。温度适宜并稍偏低，灌浆持续时间长，千粒重高。高原地区小麦千粒重高。青海小麦的千粒重多在40～50g，多则达65g以上。而河北、河南平原区小麦千粒重大多数在30g以下。

北方麦区为增加粒重，在灌浆期一般要浇“灌浆水”和“麦黄水”。这两水还可防御干热风。浇水时要注意防倒伏，以浇后10～12h内不刮4～5级以上大风为妥。对肥力高的地要防浇后贪青晚熟。

决定水稻粒重有两个时期，一是开花前颖壳生长期，颖壳大小决定“库容”大小。减数分裂前后是颖壳生长最旺盛时期，此时日照不足造成颖壳体积小，从而使千粒重下降，一般下降1.0～1.7g左右。另一时期为灌浆期。

水稻灌浆过程，在正常温度(24～29℃)下，有明显的高峰。自开花后13～16d粒重迅速增加，高峰过后增重缓慢，全程25～30d，在低温条件下(17～19℃)，灌浆比较缓慢，高峰不明显，全程30～35d。一般认为灌浆期最适温度粳稻为21℃左右，早籼为22℃左右。温度日较差愈大愈有利增加粒重。

低温和弱光使秕粒增加。从灌浆到籽粒恒重期间，当平均气温从28.4℃降到27.7℃时，秕粒率由10.2％增至29.4％，气温下降到16.7℃时，秕粒率达38.9％。温度越低秕粒率越高。光照减弱也使秕粒率增加，但光温有一定互补作用，在17～18℃下(对比21℃以上)由于日照好，日照时数多，温度日较差大，秕粒率不仅没有上升，反而有所降低。

光照也影响粒重。中国北方稻区光照充足，温度日较差大，有利于灌浆，但低温年型偏多，常因温度低而灌浆不足；长江流域与南方稻区，早稻灌浆期有高温逼熟现象，灌浆期短，千粒重下降。水稻乳熟前期(抽穗后6～10d)和乳熟后期(抽穗后11～15d)是高温影响千粒重的重要时期，并以乳熟后期较乳熟前期受害为重。

铃重和衣分是构成棉花产量的重要要素。衣分基本上由品种遗传性决定，变化不大。铃重起伏大，对产量影响十分显著。

热量条件对铃重起决定作用。在生育后期遇冷空气侵袭，发生降温与连阴雨天气，使棉铃不能正常成熟，就易发生铃轻籽瘪、霜后花多的现象。一般中熟陆地棉品种从开花到吐絮需≥10℃活动积温1350～1400℃·d，低于此值，铃重随活动积温降低而减轻。有效积温从850℃·d降为650℃·d期间，积温每减少一成，铃重减少一成，有效积温从650℃·d降为350℃·d，则成为无效桃。此外，夏秋多雨，高温高湿易引起烂铃。

水分是影响大豆粒重的重要因子。大豆鼓粒初期缺水主要减少荚、粒数，若鼓粒中期缺水则粒重大减。

(4)收获期的农业气象问题

丰产还必须丰收，特别是北方麦区的小麦，收获期常在雨季之前，雨水已开始增多，要做好抢收准备，保证颗粒归仓。

小麦到蜡熟中期干物质积累最多，粒重最高，这时收获最为适宜，过早、过晚收割都会降低粒重。如在蜡熟期遇雨或者露水较大，将引起籽实呼吸作用加剧，会消耗一部分干物质。

2.影响作物产品质量的农业气象条件

作物产品品质受作物品种特性、栽培措施和气象条件等各种因素制约，其中气象条件如太阳辐射、温度和水分等因子及其综合作用，对一些植物品质，如油(脂肪)、蛋白质、淀粉与糖以及一些特殊成分的含量，有着不同程度的影响。

小麦的蛋白质、淀粉含量和面筋含量与太阳辐射、温度、水分等有关。在哈萨克斯坦西北部，南北行向的春小麦品质明显与东西行向小麦品质不同，前者比后者蛋白质含量高0.63％，面筋含量高1.57％，烤出的面包质量评分也高。这是因为南北行种植的小麦群体受光条件优于东西行。大陆性强的气候区生产的小麦，具有高蛋白质、高面筋含量。

水分与甜菜含糖量有明显关系，一般地，水分多，产量和含糖量也较多。

以大豆为例，谈谈气象条件对油分和蛋白质含量的影响。蛋白质和油分，多数是碳水化合物转化而形成的光合作用的次生产物，二者的形成过程是相互消长的。二者与气象条件关系密切，一般说来，温度和光对油的形成有一定影响，在水分阳光充足时，夏季21～23℃的凉爽气候利于提高含油量，而相对降低蛋白质的含量。东北大豆区7～8月温暖多雨，8～9月日照充足，籽粒形成期昼夜温差较大，有利于油的形成与积累；反之，高温闷热多雨多湿，使含油量下降。

温度对含油率影响最大的时期出现在籽粒中油合成最快的时期之前，说明温度并不主要影响油的合成本身，而是影响糖转化为油的代谢系统的建立。试验证明鼓荚期在29℃、25℃和22℃下，豆粒含油率分别为22.3％、20.8％和19.5％。以29℃下含油率最高，但当温度上升到35℃时，籽粒产量与含油量均减少。

豆粒蛋白质含量与光温的关系，与含油率同光温关系大致趋势相反。开花后适当减少光时或光量，蛋白质含量反而增加。

大豆的含油量与降水量(土壤水分)有密切关系。在大豆生育期间，特别是开花结荚期遭受干旱，将使籽粒含油量降低。降雨量较多或及时灌溉，会提高种子含油量，这主要因为开花以后，特别是鼓粒期土壤湿润利于光合作用，并使碳水化合物容易运输到种子，从而提高含油量与产量。据研究，大豆花期灌水可提高含油率0.39％～0.53％，结荚期灌水可提高0.03％～1.6％，鼓粒期灌水可提高含油率0.01％～0.45％。从大豆品质的地理分布看，一般认为高纬度大豆含油量高，蛋白质含量低；低纬度大豆含油量低，蛋白质含量高。

含油量与播种期和收获期有一定关系。早播比晚播提高含油量0.87％，早播对含油率的影响以晚熟品种较明显。黄熟期以后，收获越晚含油量越低。

碘值高标志着大豆油质量高，碘值高，说明豆油中含不饱和脂肪酸较多，不单在食用时有利人体健康，而且干燥程度高，可供加工制油漆用。一般豆油碘值在120～135左右。碘值受品种与气象条件影响，野生大豆碘值高，约为142～149。低温下成熟的种子及水分充足时生育的种子油的碘值高，干燥气象条件下或鼓粒期气温高、水分缺时形成的种子油的碘值较低。据Donoran研究，温度低时碘值随日照时数增加而增加，温度高则相反。