农业气象学教学理论分析

在农业生产与外部环境条件的相互关系和相互作用过程中，包含着农业生产对象———农业生物和农业生产过程两个方面。在农业生物的生命周期中，它既受人类活动影响，同时又与其所处自然环境发生联系，外界环境条件的优劣决定着生物体生长发育状况的好坏，直至决定最终产品质量和数量。在农业生产过程中始终伴随着农业生物受其外部自然环境的这种影响，同时农业生产过程本身也必须充分考虑这种影响。因此，现代农业研究的重要任务之一就是要揭示农业生物与其所处外界环境条件之间的相互关系，了解农业生物的生长发育所需的适宜环境，通过合理安排种植制度、甚至通过环境调控，能够为农业生物的生命活动提供良好的外部环境条件，从而为有效解决粮食安全问题，实现农业高产、优质、高效的目标服务。

农业气象学课程是全国农业院校的基础课程，也是应用气象专业的专业主干课程，其教学目的就是要求学生通过理论学习和实验技能训练，认识农业生物与农业生产过程与气象条件的相互关系和作用规律，特别是要掌握农业生物和生产过程对气象条件的定量要求，确定各种农业气象指标，计算有关生物物理、化学过程中的重要物质交换、能量转化等，为后续专业课程的学习打下坚实的基础［1－3］。而要实现上述教学目标，首先必须对农业气象课程涉及到的生物与环境之间的相互作用有深刻的认识。

一、外界环境条件的最小因子限制性

太阳辐射是地球上一切生物的能量来源，绿色植物通过光合作用将光能转变为生物化学能，形成“初始生产力”或“第一性生产力”(PrimaryProductivi-ty)。影响植物光合作用强度的环境因素不仅包括光，还有水分、环境温度和二氧化碳浓度等，以及这些要素的组合。如果哪一种要素不适，都可能导致生长停止。例如，在我国青藏高原高海拔地区，那里的光照充足，降水丰沛，二氧化碳浓度可维持在光合作用所需水平，但是由于气温过低，植物组织活力很弱，甚至不能成活，因此一年中大部分季节不能进行光合作用，也就无法发展农业生产。同样，在世界上广大的干旱地区，光能充足，气温适宜，二氧化碳浓度满足需要，但是由于降水严重缺乏，植物处于萎焉状态，气孔关闭，光合作用受阻，因而也不能发展农业生产。通过这两种极端典型的事例，说明影响生物体适宜生长发育的环境条件具有综合的特点，任何一种最不利的气象条件都可能起决定性作用，并且其不利影响不能被其他任何要素所补偿［4］，这正像所谓的“水桶定律”一样。由此进一步说明，不同地点由于光照、水分和温度条件的适宜程度不同就构成了农业生物的生长发育、产量和品质的差异，甚至构成各地种植制度、作物类型等极大的不同。

二、农业生物与其所处环境的系统性

学好农业气象学课程必须要有系统的观点，只有运用系统的理论和方法才能处理好农业生物与环境条件的关系。植物的地上器官为大气所包围，植物的根系扎入土壤之中，因此植物同时受大气和土壤两种介质的影响，从而构成了土壤－植物－大气系统。在植物生长发育过程中，始终伴随着这一系统中各组分之间的能量交换、物质输送以及信息传输等过程，农业生产的目的就是要获取最大收益时的干物质贮存和经济产量。例如，植物根系从土壤中吸收水分，向茎叶输送，并通过气孔扩散进入大气中，这样就完成了该系统的水分输送过程，但是在水由液态变成气态向外扩散的过程中需要消耗汽化潜热，因此同时又完成了该系统的部分能量交换过程。消耗的汽化潜热能量来源于系统所吸收的太阳辐射，因此，太阳辐射不仅用于通过光合作用系统的化学能的转化，同时还用于从辐射能到热能的转化，即系统所吸收的辐射平衡或净辐射转变为热量平衡中的各项支出，包括用于植物与大气的显热交换、植物蒸腾和土壤蒸发潜热、土壤热通量等，真正消耗于光合作用的辐射能仅占辐射平衡的很小比值，但这并不意味着光对植物生产不重要，只是在全球大多地区，光并不明显成为限制农业生产发展的环境因子。

在教学过程别要提起学生注意的是，在土壤—植物—大气系统中，每一种过程，如发育过程、蒸腾过程、光合作用过程等都是系统中的子系统，各子系统之间相互联系、相互作用，只有正确处理好每一子系统，才能够处理好整个系统。如果对子系统涉及的过程认识不清楚，那么就必然影响到对整个系统的认识。如植物的光合作用这一子系统涉及到影响水分利用效率的植物蒸腾过程、影响叶面积扩张的干物质分配过程等，而蒸腾过程又与土壤水分平衡过程有关，因此必须有效地估计土壤水分平衡、蒸腾速率、干物质分配等，才能较好地估计光合作用速率;而呼吸作用、养分吸收等子系统所涉及的过程也非常多，光合作用、呼吸作用、养分吸收等子系统之间又存在着密切联系，要想获得植物干重的增长、产量等信息，就必须了解和掌握这些过程，因此系统分析和处理的方法显得非常必要。

三、生物体与环境的互为反馈性

通常我们认为生物体对环境的响应是被动的，这对刚开始接触这门专业知识的学生来说更是有这样的认识，其实在农业生产过程中，并不都是这样。植物可以通过对环境的影响形成独特的植物微气象(或小气候)环境，反过来又会影响植物本身的生长发育状况。例如在郁闭的冠层中，可以形成特殊的光分布环境;由于土壤蒸发和植物蒸腾使空气中的水汽浓度增大，因而产生了湿润的空气;同时由于植物冠层吸收辐射的特征与其他下垫面不同，对冠层的气温也产生一定影响，这就构成了独有的植物微气象。由于光的分布而影响不同高度叶片的光合作用，最终决定着群体的光合作用;由于空气湿润，空气饱和差减小，从而减弱土壤蒸发和植物蒸腾;在植物冠层内空气中的二氧化碳浓度变化也有其特点，夜间由于土壤和植物呼吸释放二氧化碳，加上夜间大气层结比较稳定，因此冠层空气二氧化碳浓度非常高，甚至超过500ppm;但是在白天，由于植物光合作用吸收空气二氧化碳，使得冠层空气中的二氧化碳浓度降低，不过，由于白天大气垂直交换较强，因此植被上方的二氧化碳不断向下方补充，从而可以满足植物光合作用的需要［5］。生物体与环境的互为反馈性对于温室作物栽培来说更为有用，因为在几乎密闭的温室环境中，植物的蒸腾使空气湿度增大，过湿的环境对植物生长不利，同时还会产生病虫危害，因此，这就需要进行通风降湿;另外，植物光合作用不断吸收和固定温室内空气二氧化碳，使温室二氧化碳水平很低，从而降低光合作用强度，这时就需要考虑对温室补充二氧化碳，以提高作物生产力。

四、农业生物的质变与量变对环境的依赖性

质变与量变一直贯穿于农业生物的整个生命活动周期，而环境条件影响其质的转化和量的增减。这一特性的总结能够让学生从哲学的深度更好地认识农业生物体的生长与发育如何受环境的影响。植物的一生要完成不同的发育阶段，这是由植物遗传特性和内部矛盾决定的。从一个阶段发育到另一个阶段是植物性质的变化，而某一发育阶段进程的快慢则是植物数量上的变化。植物这种量变和质变的变化始终与环境的作用联系在一起，如越冬作物的春化作用需要冬季一段时间的低温经历，才能在以后的生长阶段顺利进入生殖生长，完成开花结实。再如短日作物需要短于一定界限的日长才能开花结实。植物的发育速度也依赖于环境条件，如在一定的温度范围，随温度升高，其发育往往加快，同时日长也会产生一定的影响，这就表明作物要完成某一发育阶段需要一段时日的温度积累并考虑日长的修正。因此，通过研究作物发育速度和温度及日长之间的数学关系［6－7］，就可以进行发育期的预报，从而用于指导农业生产。另一方面，植物干物质积累的速度以及最终产量的高低与环境条件紧密联系在一起，如充分适宜的水分是保证植物气孔开张，使二氧化碳扩散进入植物体内进行同化作用形成干物质的前提条件，一旦水分不足，会产生植物凋萎，气孔关闭，从而降低同化作用。光照和温度同样影响植物的同化作用，因此，运用这种数量影响关系可以进行作物产量预报［8］。

五、结语

在农业气象学教学中，从以上四个特性出发，借助实例，阐述农业生物与气象条件的相互作用和关系，可以让学生从多角度和多层面，由表及里、由浅入深地来学好这门课程。如果通过设计一些实践和实验课程，把一些生物生理过程和气象条件相互作用的关系用现代探测设备跟踪并演示，可以让学生更直观地掌握农业生物与环境条件之间的相互作用规律，使这门课程的教学效果达到更佳。