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霜冻

农业气象灾害的一种。即在温暖季节,短时间内土壤或植物表面温度降到0℃或0℃以下,致使作物受害或死亡。俗称杀霜。霜冻发生时可有白霜出现。但如近地层空气湿度尚未达到饱和状态,也可能不出现白霜,俗称黑霜。

中国古代已注意到霜冻的为害,曾有拉霜和熏烟等预防霜冻的办法。到了现代,预防霜冻的手段日趋进步,已能用人造卫星和飞机摄取霜情照片预报和防御霜冻的发生。

类型

按发生时的天气条件可分3类:

(1)平流型。早春和晚秋时节因冷空气入侵而急剧降温,并常伴随大风。又称为风霜。其特征是危害范围大,地区间小气候差异小,持续时间较长,一般3~4天。

(2)辐射型。在冷高压控制下,夜间晴朗无风,植株表面强烈辐射散热,作物体温降至0℃以下时形成,又称静霜。持续时间0.5~10小时,也可连续几个夜晚出现。小气候差异很大。

(3)混合型。冷平流和辐射冷却共同作用。一般先是冷空气入侵,温度明显下降;随之夜间晴朗,长波辐射加强,温度进一步降低。常见的霜冻多属此类。按发生季节划分,出现在秋季的为秋霜冻或早霜冻,其中最早的一次称初霜冻;出现在春季的为春霜冻或晚霜冻,其中最晚的一次称终霜冻。从终霜冻到初霜冻之间的时段称无霜期。

指标和出现时间

霜冻的发生不仅决定于降温强度和持续时间,且决定于作物品种和不同发育期的耐寒能力,同时与作物生长状况、管理水平和冻前气象条件有关。主要作物不同生育期受害的霜冻指标(见表)。

图

中国各地初、终霜冻出现日期差异很大。用地面最低温度等于或低于 0℃的初、终日作为初、终霜冻的出现日期,东北地区平均初霜冻日期为9月中下旬,最早在8月下旬;华北一带在10月中下旬;长江中下游地区约在11月下旬至12月上旬;四川盆地及华南各地则在12月下旬以后。海南省和台湾省全年无霜冻。终霜冻日期,以华南地区最早,多出现在1月和2月上旬以前;四川盆地在2月上中旬;长江以南地区在3月上中旬;江淮地区在3月下旬至4月上旬;华北平原各地在4月中下旬;黑龙江北部最晚,平均在5月下旬,个别年份迟至6月下旬。

影响因素

霜冻的严重程度受下列条件影响:

(1)天气。冷空气强,夜间晴朗无风,促使辐射降温,则霜冻严重。

(2)地形。低洼地和闭塞地冷空气容易积聚。山地山坡的中部霜冻最轻,山顶次之;洼地山谷和山坡下部霜冻严重。同一山地,山坡的背风部位受害轻,迎风部位受害重(见图)。

(3)土壤状况和湿润程度。可直接影响土壤上层温度的变化。土壤干燥疏松时颗粒间孔隙多,所含空气为不良导热体,因此白天接受的太阳辐射仅限于表层土壤增温,夜间表层的热量释放快,地面温度降低也快,容易出现霜冻;土壤潮湿时则导热率和热容量都增大,从而地面温度降低较慢,不易形成霜冻。如土壤水分条件相近,一般砂土地霜冻害重,粘土地轻。

图致害机理

霜冻使植物的细胞或组织结冰而受害。结冰包括细胞间隙结冰和细胞内结冰两种情况。前者对植物的影响是可逆的。在后一种情况下,则结冰一方面对原生质胶体结构产生机械破坏作用;另方面使细胞本身脱水,使细胞因干旱而受害。如果细胞胶体束缚水丧失,则植物组织因干旱而死亡,其影响是不可逆的。据最新研究,霜冻危害是腺苷三磷酸(ATP)合成受阻,细胞结构发生病理变异,并因铵的积累而危害植物的生理过程。

防御

一般的防霜措施有:

(1)根据当地霜冻的发生规律安排作物布局和品种,确定适宜的播栽期和农业栽培措施。

(2)用蒿秆、草帘、塑料薄膜、土壤等覆盖作物,削弱平流和辐射降温。

(3)喷、灌水。因水温一般高于气温,喷、灌水释放出的一定热量可缓和土壤、空气的降温。同时,空气湿度增大则夜间冷却减慢,土壤湿润则导热率增大,利于土壤深层热量向上传递和减缓作物表面和地面降温。由此产生的增温效应可保持几天。

(4)熏烟。烟幕能削弱地面的有效辐射,减少热量散失;发烟时放出的热量可使降温减缓;水汽在烟粒上凝结可放出潜热。

(5)人工加温。即通过燃烧液体或固体燃料提高低层空气温度。如美国和日本利用工业副产品(重油、石油焦砖)作燃料加热,同时用鼓风机或风扇将加热上升的暖空气送回地面;苏联利用报废的飞机引擎,产生大量热能,使果园显著升温等。

(6)通过霜冻预报掌握霜冻发生规律,及时采取相应防御措施。