第三章农业生物热环境

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1、第三章 农业生物热环境杨再强 南京信息工程大学 主要内容1 温度的意义2 温度强度对农业生物的影响3 积温学说及其在农业上的应用4 温度的周期性变化对农业生物的影响5 温室温度调控技术第一节 温度的农业意义主要内容： 温度表示热量的物理学基础 温度的生物学意义 温度指数及其农业意义 温度对生物影响的主要方式一、温度表示热量的物理学基础 温度（Temperature）：温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。目前国际上用得较多的温标有华氏温标(F)、摄氏温标（C）、热力学温标(K)和

2、国际实用温标。 植物生化反应的速率与温度之间的关系，比用“焦耳”表示的热量的关系更为密切。 用温度更容易反映生物生长发育对热量的要求，更能反映气候条件对生物的综合影响。 温度资料广泛。二、温度的生物学意义 1.生物体内的生物化学过程必须在一定的温度范围内才能正常进行。生物体内的生理生化反应会随温度升高而加 快，从而加快生长发育速度；随着温度的下降而变缓。 2.温度影响农业生物的生理生态特征及地理分布、植物光 合、呼吸及蒸腾等生理过程，以及作物产量与品质等。 3.气温、地温和水温还间接地通过生物的体温对生物生命 活动及产品产生重要影响。 4.温度的变化能引起环境其他生态因子的改变，如引起湿 度、

3、降水、风、氧在水中的溶解度以及食物和其他生物 活动及行为的改变等。三、温度指数及其农业意义1、温度指数的含义标志农业生物生长发育的热量状况及相互关系的温度标示形式，即温度指数，有时也称温热指数或热量指数。(1)积温 是法国科学家Reaumur在1735年提出，积温理论假定发育速 率（1/D）与日均温度(MTD)成线性关系，可以表示为：1/D=(1/SD)*MTD SD是常数。该方法在预测作物生育期时往往产生较大的误差，因为发育速度与平均温度之间并非是真正的直线关系。 (2)有效积温可表示为：（Td-Te）=STe Td是日均温度（），Te是发育起始温度（），STe为有效积温（ ）。 大豆发育单

4、位（Brown）:S.D.U4.95T0.0829T240.91 式中，T为日平均气温（）。利用该指标可以较好地描述大豆生长发育过程中所要求的温度条件及分析大豆的适宜种植范围。2、温度指数的表示形式THI0.55T+0.2Td+17.5式中，T、Td分别为干球和露点温度（）。THI被用来研究人类及家畜对温湿度条件的适应性。另外，还有玉米热量单位、月热指数和年热指数、干凉度和风寒指数等 。(3) 温湿指数 THI(temperature humidity index) （4）人体温湿指数 目前比较常用的气候生理指标有温湿指数 THI=t0.55(1f)(t14.4) t气温 ()；f相对湿度；V

5、风速 (m/s)；s日照时数 (h/d)。 THI 的计算式是由俄国学者的有效温度的计算式 Et=Td0.55(1f)(Td58) 其中的Td为华氏温度 (F).Et和Td 单位换算成摄氏温度 () ，它的物理意义是湿度订正以后的温度。 四、温度对生物影响的主要方式 温度强度（高、低） 持续时间（累积） 温度变化（周期性）在这三个方面中，温度强度是最基本的。只有具备了一定的强度，其持续时间与变化才能对农业生物产生影响。 周期性变温对作物的影响在一定的范围内，白天温度高，光合作用强；夜晚温度低，呼吸作用消耗小，即温差大，有利于有机物的积累，并使产品的质量高。利用昼夜温差，可控制植株的高度；温差大

6、, 植株的节间长度增加；减少温差，或在温 室中使用负温差，可矮化植株（国外已应用在 一品红、秋海棠、菊花、百合花花卉等的生产 上）。第二节 温度强度对农业生物的影响主要内容 农业生物生命活动的基本温度 温度与农作物的生长发育 温度条件与作物引种一、农业生物生命活动的基本温度1、三基点温度（1）作物生命活动的三种温度范围 维持生命的温度，最宽 适宜生长的温度，次之 保证发育的温度，最窄作物生命活动的基本温度如图1所示。 维持生命温度适宜生长温度保证发育温度-10 0 10 20 30 40 50 光合温度呼吸温度图1 作物生命活动的基本温度示意图（2）三基点、五基点或七基点温度作物生命活动的每一

7、个过程，都有三个基本 点温度，即三基点温度。 最低（下限）温度 最适温度 最高（上限）温度对于作物的生长，在最适温度下生长迅速而 良好，在最低和最高温度下作物停止生长，但是 仍然能够维持生命而不受害。致 受 最 最 最 受 致死 害 低 适 高 害 死低 低 温 温 温 高 高温 温 度 度 度 温 温温度三基点五基点七基点温度图2 作物三、五或七基点温度范围示意图 几种主要作物的三基点温度作物最低温度最适温度最高温度牧草342630小麦3 4.520 2230 32油菜4 520 2530 32玉米8 1030 3240 44水稻10 1230 3236 38棉花13 1528352、三基点

8、温度的特征园艺作物花芽分化的温度作物种类花芽分化温度花芽生长温度 葡萄 草莓 柑橘 郁金香 小苍兰 黄瓜、番茄 辣椒20-30 26-27 10-15 20 5-20 15 -25 15 -220-2520 9 15 20 20积温（热量和冷量）：温度的总和叫积温。活动积温：处于生物学零度以上的温度的累积值。有效积温：处于生物学零度以上的温度与生物零度之差的温度的累积值。需冷量：解除果树自然休眠所需的低温（7.2） 的总和。 不同作物的三基点温度不同； 同一作物不同品种的三基点温度不同； 同一作物不同生育期的三基点温度不同； 同一作物不同生理过程三基点温度不同； 同一植株上不同器官的三基点温度

9、不同。 最低、最适、最高温度指标不是一个具体的数值，而是具有一定的范围，不仅与强度有关，还与作用的持续时间有关。 无论是生存、生长还是发育，其最适温度基本上是在同一个变幅范围，差异很小。 各种作物的最低温度的最低点差异很大，且最低温度与最适温度差值较大。 各种作物最高温度指标值差异较小，且各种作物的最高温度与最适温度值也比较接近。 在作物的生命过程中，最低温度远较最高温度出现的机率大。共同特征 确定温度的有效性 确定作物的种植季节与分布区域 估算作物生长发育速度 计算作物光合生产潜力三基点温度的用途 界限温度的定义界限温度是标示着某些重要物候现象或农事活动开始终止的温度。而所谓界限，完全是根据

10、农业生产和气象条件的关系来划定的。 农业气象学常用的界限温度0； 3或5；10； 15； 20 3、界限温度及其农业意义 各种界限温度的农业意义0：土壤冻结和解冻，越冬作物秋季停止生长，春季开始生长。春季0至秋季0之间的时段即为农耕期。3-5：早春作物播种、喜凉作物开始生长、多数树木开始生长。春季3(5)至秋季3(5)之间时段为冬作物或早春作物的生长期。10：春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长。开始大于10至开始小l0之间的时段为喜温作物的生长期。15：初日为水稻适宜移栽期，棉苗开始生长期，终日为冬小麦适宜播种期。初终日之间的时段为喜温作物的活跃生长期。20：初日为热带作物开始生

11、长期，水稻分蘖迅速增长，终日对水稻抽穗开花开始有影响，往往导致空壳。初终日之间的时段为热带作物的生长期，也是双季稻的生长季节。二、温度与农作物的生长发育1、有关试验研究结果 范霍夫定律在一定的温度范围内，温度对主要生命过程的影响基本上服从范霍夫定律，即温度每升高10 ，反应速度增加一倍：式中KT和KT+10分别为T和T+10时的化学反应速率。 光合作用强度与温度的关系 40 光合强度(mgCO2/dm2/hr) 马铃薯 30黄瓜 2010 0 10 20 30 40 50 温度 图3 光合作用温度曲线（伦德加，1945）温度与作物光合速率的关系 呼吸作用强度与温度的关系 50 呼吸强度(mgC

12、O2/dm2/hr)40302010 0 10 20 30 40 50 60 图4 呼吸作用温度曲线（伦德加，1945） 光合作用与呼吸作用之比（P/R）6 P/R54321 0 10 20 30 40 温度 图5 P/R温度曲线 植物生长与温度的关系1.00 相对速率 光合作用0.75 植物生长 呼吸作用0.500.250.00 0 10 20 30 40 温度 图6 植物生长温度曲线 水温对植物吸收无机养分的影响（mg）温度范围NH4P2O5K2OSiO2低温区41.87.931.063.3适温区61.712.146.7107.4高温区50.510.133.971.4注：低温区为24-25

13、 ；适温区为28.5-32 ；高温区为37-38.5 。（1）不同作物的光合作用强度与温度的关系不完全相同，但各种作物“光合作用温度”曲线的一般形状是基本一致的。（2）“光合作用温度”曲线和“呼吸作用温度”曲线的变化趋势近似。（3）光合作用和呼吸作用也有它们的三基点温度，但呼吸作用的最适温度比光合作用的高。2、主要结论（4）随着温度的升高，光合作用与呼吸作用的比值降 低。 （5）作物有机物质的增加，取决于光合作用所积累的有机物质和呼吸作用所消耗的有机物质之差。（6）温度还通过影响植物对无机养分的吸收及植物的蒸腾作用来影响植物的光合作用。（7）温度对作物生长的影响还与作物本身的生理机能有关。C3

14、植物适宜的温度范围是2025，而C4植物适宜 的温度范围是3035。（8）温度对作物生长的影响还和其前期的温度条件（前期温度锻炼）密切相关。植物对低温的要求有两种类型：1、相对低温型：低温处理促进植物开花，如冬性一年生植物，种子吸涨 后即可感受低温2、绝对低温型：若不经低温处理，植物绝对不能开花。一般二年生植物 和多年生植物属此类。(1)低温和时间各种植物春化所要求的温度不同，有效温度界与010 ，最有效的春化温度是17。一般低于生长的最 适温度对成花就具有诱导作用。但植物原产地不同，通过 春化所需的温度也不同。(2) 需要充足的氧气、适量的水分和作为呼吸底物的糖分( 3) 光照 充足的阳光可缩短幼年期，有利贮备充足的营养。（一）春化作用的条件三、春化作用根据原产地不同，将小麦分为三种类 型：冬性、半冬性和春性各类型小麦通过春化需要的温度和天数类 型 春化温度范围/ oC 春化时间/d冬 性 03 4045半冬性 36 1015春 性 815 58各类植物通过春化时要求低温持续的时间