農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)氣象要素分析

張 劍

（河曲縣氣象局，山西河曲 034000）

1 農(nóng)業(yè)與氣象

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與天氣息息相關(guān)，天氣條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響不可低估。有利的天氣條件可以大大提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)量。近年來，我國越來越重視氣象服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對于氣象信息的依賴較高，及時準(zhǔn)確的氣象信息可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供多重服務(wù)，特別是在防災(zāi)、減災(zāi)方面。

新型自動氣象站、農(nóng)田小氣候觀測站、衛(wèi)星遙感、土壤水分觀測站等提供的氣象監(jiān)測信息，為農(nóng)民提供諸如，溫度、相對濕度、水分、風(fēng)力、光照條件等影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的氣象信息，農(nóng)民以及政府可以通過這些信息對天氣災(zāi)害提前預(yù)知，能夠做出相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)措施。互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)也為氣象信息的傳播提供了重要支撐。

1.1 作物氣象

作物氣象是研究作物和天氣之間的關(guān)系和規(guī)律。具體地說，就是探索氣象條件對作物的分布、生長發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)和栽培管理等的影響。比如，火龍果，在什么樣的溫度、濕度、降雨量、光照等條件下適合生長，分析某個地方的氣象數(shù)據(jù)，就可以判斷這個地方是否適合種植火龍果。簡言之，通過區(qū)域氣象數(shù)據(jù)分析，就可以清晰地判斷出某個地方可以種什么，某個作物可以在什么地方種。

1.2 病蟲害氣象

病蟲害對農(nóng)業(yè)的影響不言而喻，氣象因子影響的不僅是作物本身，還直接關(guān)系到病蟲害的發(fā)生情況。于是農(nóng)業(yè)氣象中又有了病蟲害氣象的分支。和作物氣象類似，病蟲害氣象主要研究氣象因子與病蟲害發(fā)生之間的關(guān)系，關(guān)鍵的是通過氣象信息判斷病蟲害的發(fā)生情況。主要應(yīng)用于病蟲害預(yù)警。比如，當(dāng)3～4月份平均氣溫達(dá)到15℃，再根據(jù)降雨量和病原基數(shù)，就可判斷出小麥銹病的發(fā)生等級。

1.3 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害

農(nóng)民十分畏懼氣象災(zāi)害，例如臺風(fēng)尼伯特曾登陸福建，對福建地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重?fù)p失。洪澇只是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的一種，還有冷害、霜凍、干旱、干熱風(fēng)、冰雹等。對于這些偶發(fā)性的氣象災(zāi)害，在做好前期準(zhǔn)備的同時，也要精準(zhǔn)快速預(yù)測，給農(nóng)民爭取盡可能多的防災(zāi)準(zhǔn)備時間，將損失降到最低。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣泛。通過農(nóng)業(yè)氣象站中的風(fēng)速、氣壓、降雨量等監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以大致分析出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)的氣候走向，進(jìn)而在極端天氣到來之前，能夠及時預(yù)警，做好農(nóng)業(yè)防災(zāi)準(zhǔn)備，盡可能減少自然災(zāi)害帶來的損失。

2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)氣象要素

目前，已有學(xué)者通過研究建立了農(nóng)作物氣候適宜度和農(nóng)業(yè)氣候資源利用率評價模型。研究提出了不同作物、不同生育階段的氣候指標(biāo)，分別建立了不同氣候資源要素的適宜度和氣候適宜度模型，并在此基礎(chǔ)上建立了農(nóng)業(yè)氣候資源利用率評價模型。模型告知生產(chǎn)者白天和夜晚的氣溫分別以何種形式影響作物生長，一種作物在不同的生長階段對水、熱的需求和敏感程度有什么樣的區(qū)別，如何通過調(diào)節(jié)灌溉的頻次和水量，以平衡作物的蒸騰蒸發(fā)損失。

2.1 氣溫對農(nóng)作物生長的影響

農(nóng)作物的生長發(fā)育要求一定的溫度范圍，在適宜的溫度下，農(nóng)作物不僅生命活動旺盛，而且生長發(fā)育迅速。溫度過高或過低都會影響農(nóng)作物的正常生長，嚴(yán)重的還將會導(dǎo)致農(nóng)作物枯死。也就是說，溫度范圍存在著最低溫度界限、最高溫度界限和最適宜溫度，即所謂的三基點溫度。

一般而言，冷害會造成農(nóng)作物生長周期延遲，同時會造成農(nóng)作物在抽穗開花時期生殖器官的損害，造成空粒減產(chǎn)，造成如稻瘟病等病害發(fā)生[1]。因此，需要氣象部門及時提供溫度信息。

2.2 光照對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

光照是綠色作物進(jìn)行光合作用的唯一能量來源，也是熱量的主要來源，對作物的生長發(fā)育起著重要作用。光照強度、光照時間、光照質(zhì)量，不僅對作物的生長發(fā)育關(guān)系重大，而且對作物品質(zhì)、產(chǎn)量也有較大影響。例如，對于冬小麥、大麥、油菜等長日照作物，要求每日光照時數(shù)大于12～14 h，才能順利開花，若在晝短夜長的條件下，則會延遲開花甚至不開花。對于水稻、棉花、玉米、大豆、甘薯等短日照作物，要求光照時數(shù)小于12～14 h，才能正常開花，若日照過長，則會延遲或停止開花[2]。中性作物對光照條件沒有嚴(yán)格要求，只要其他條件適宜，在不同光照長度下，都能正常開花，如番茄、黃瓜、四季豆等。

2.3 作物需水量的影響

美國氣象公司（The Climate Corp），是一家在2006年成立于舊金山的數(shù)字農(nóng)業(yè)科技公司。該公司天氣科學(xué)部門主管Brad Colman曾談到，通過雷達(dá)雖然可以清晰地看到哪里在下雨，但雷達(dá)顯示的云雨數(shù)據(jù)其實只能體現(xiàn)高空的雨量及濕度狀況，而地表實際接收到的降水量及濕度變化情況可能是非常不同的。在2017年，這家公司基于機器學(xué)習(xí)開發(fā)了一個新的估計模型。這個模型可以結(jié)合有限的地表傳感器和雷達(dá)數(shù)據(jù)，即時估計出地圖每個點上地表的實際降水和濕度，且準(zhǔn)確率較傳統(tǒng)技術(shù)提高了45%。這些即時的地表降水信息無疑對指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。要保證全生育期適宜的耗水量，需根據(jù)土壤水分觀測結(jié)果，控制作物各生育階段的土壤濕度，以滿足生長發(fā)育的需要，便可獲得高產(chǎn)。

根據(jù)儀器監(jiān)測的降雨量、土壤含水量，結(jié)合用氣象資料估算的農(nóng)田蒸散量，可計算適宜的灌溉水量。農(nóng)作物需水量可以通過以下方法來確定：一是水面蒸發(fā)量法（多用于淹灌的水稻田）。E=αE0，式中E為某時段的作物需水量（m3/667m2），E0為同時段內(nèi)的水面蒸發(fā)量（m3/667m2），α為通過試驗確定的需水系數(shù)。二是產(chǎn)量法（多用于旱作物）。E=KYn+C，式中E為作物全生育期需水量（m3/667m2），Y為作物單位面積產(chǎn)量（kg/667m2），K為需水系數(shù)（m3/kg），由試驗資料確定，n、C為由試驗確定的經(jīng)驗系數(shù)。

3 相關(guān)思考及分析

3.1 知天

知天，是知氣候也是知天氣，氣候是一個地區(qū)長期的氣象資源，而天氣則是具體的某一時間的氣象狀態(tài)。氣候是自然資源中影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分之一，氣候要素包括光、熱、水、空氣等能量和物質(zhì)，影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的類型、農(nóng)作物的生長分布、農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量甚至于農(nóng)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)景。一個區(qū)域能不能種植某些作物，適合種植什么品類的作物要根據(jù)這一地區(qū)長期的氣候情況來決定。這種長期的氣候條件還包括災(zāi)害發(fā)生頻率、發(fā)生強度等信息。比如，種植果樹，就一定要對多年的冰雹等災(zāi)害天氣記錄有所了解，否則，在某一年集中發(fā)生冰雹災(zāi)害，可能導(dǎo)致血本無歸。

天氣變化也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中極不可控的一個因素。未來天氣的變化讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)充滿了不確定性，農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報所要實現(xiàn)的，就是幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者準(zhǔn)確地預(yù)知天氣并將它切實應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中。

3.2 知地

知地，一方面是指知曉作物生長的地理環(huán)境，另一方面則是指明確地塊的分布與面積。作物生長除受到氣候條件的影響，也離不開土壤環(huán)境。土壤的肥沃程度、酸堿度都影響著作物的生長。在傳統(tǒng)的農(nóng)事活動中，農(nóng)民施肥種地靠經(jīng)驗，但由于不了解土壤的情況，無法判斷作物生長不佳的原因，往往導(dǎo)致施肥效果不盡人意。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與大數(shù)據(jù)的加入為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者解決了這一問題。將用于收集土壤信息的儀器插入土壤中進(jìn)行信息的收集，比較土壤中各項指數(shù)與作物生長所需的指數(shù)，生產(chǎn)者便可得知作物當(dāng)前是缺肥還是缺水，應(yīng)該施多少肥，應(yīng)該澆多少水。

3.3 知作物

知作物，包括知作物種類、作物長勢、作物病害信息、作物物候進(jìn)度、預(yù)估作物產(chǎn)量等。目前我國在深入推進(jìn)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，而這些都可建立在“知作物”的基礎(chǔ)上，靠傳統(tǒng)的手段很難弄清這些問題，但應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)就會容易很多。

高分辨率遙感衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)作物田塊級精細(xì)識別，可見光、紅外、雷達(dá)、激光等可以做到全天候、多波段、無死角地監(jiān)測作物。在識別作物種類的同時，還能實現(xiàn)監(jiān)測作物出苗率、種植密度、葉面發(fā)育狀況等。在實時監(jiān)測作物的基礎(chǔ)上，結(jié)合作物生長標(biāo)準(zhǔn)值和氣象數(shù)據(jù)，電腦系統(tǒng)即可做到預(yù)估地塊產(chǎn)量。這對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者應(yīng)對市場變化、防控市場風(fēng)險來說有著極為重要的意義。

4 結(jié)語

國以民為本，民以食為天。農(nóng)業(yè)作為大國根基，其重要性不言而喻。如今，隨著科技的進(jìn)步、政府的重視以及發(fā)展需要，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展步伐持續(xù)加快。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感、AI等技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正逐步“從看天吃飯”走向“知天而作”。