03作物的生产与温度的关系

第三章作物生产与环境温度关系第三章作物生产与环境温度关系内容提要一、作物对温度的基本要求；二、温度对作物的生理生态效应；三、极端温度对作物的伤害。第三章作物生产与环境温度自然界的温度变化极为复杂、无序，而且对作物的生活带来深刻影响：•地域性温差（纬度、海拔、地形等）:影响作物生态型形成和分布；•季节性温差:影响作物的生活周期和生长发育进程；•昼夜温差:影响作物生长速率和干物质积累与分配；•日温差:影响作物的代谢强度和方向；•大气与土壤温差:影响作物对水分和矿质的吸收；•极端温度危及作物的生存。•间接影响：湿度、降水、风、水中溶解氧、其他生物活动……一、作物对温度的基本要求作物在整个生活过程中所进行的一切生理生化反应及所表现的生长发育现象，均须在具备一定温度条件的环境下才能进行。植物保持生存的温度范围大致为-10℃至50℃，称为生存温度范围；而生长发育温度范围大致在5-40℃之间，称生物学温度范围。作物的生活要求处于生物学温度范围内。一、作物对温度的基本要求（一）作物生活的三基点温度三种基点温度：最低、最适、最高温度。在达到最低温度和最高温度时，作物的生长发育即停止，当超越最低或最高温度时，作物便受害甚至死亡。•作物的不同生理过程对温度的要求不同：生长：大多数作物限于5-40℃之间，但耐寒性强的作物，其三基点温度低于喜温作物；光合作用：最低温度为0-5℃，最适温度为25-30℃，最高温度为40-50℃；呼吸作用：最低温度为-10℃，最适温度为36-40℃，最高温度为50℃。一、作物对温度的基本要求（一）作物生活的三基点温度•不同作物对温度的要求不同：不同生育阶段的最适和最高温度差异不大，而最低温度差异较大。为什么？一、作物对温度的基本要求（一）作物生活的三基点温度作物不同生育阶段对温度的要求不同：一、作物对温度的基本要求（一）作物生活的三基点温度作物生长发育对三基点温度的要求有以下规律：•最适温度更接近最高温度，而与最低温度差距较大；•耐寒性较强的冬作物其三基点温度比喜温作物低5-10℃；而喜温作物特别是C4作物具较强耐高温性，但耐冷性低，热带作物即使＜18℃左右的低温便可引起低温危害；•同一作物不同生育期的最适温度和最高温度变化不大，但最低温度变幅大；•同一作物的最低温度在芽苗期低，并伴随生长发育进程而升高，特别是开花期最高。一、作物对温度的基本要求（二）作物的积温作物的生长发育在其他因子（光、水、养分）得到满足时，温度便是影响生长发育的主导因子：•在一定范围内温度与生长发育速度呈正相关；•只有当温度累积到一定的总和时，才能完成其发育周期。这一温度的总和称为积温。积温值是反映作物完成整个生育期或某一生育阶段所需热量的重要指标。一、作物对温度的基本要求（二）作物的积温各种作物均需在高于其生物学下限温度（最低温度点）时，才能开始活跃生长。•下限温度：温带作物定为5℃，亚热带作物定为10℃，热带作物定为18℃。•活动温度：高于下限温度的日平均温度；•有效温度：日平均温度中超过下限温度的温度值。如粳稻种子发芽的下限温度为10℃，若日平均温度为16℃，则16℃便是活动温度，而16℃与10℃之差为6℃，这即为有效温度。一、作物对温度的基本要求（二）作物的积温积温：一定时期内，某一界限温度以上日均气温的累积值。活动积温：高于下限温度之逐日平均温度之和。有效积温：逐日平均有效温度之和。为日均气温，n为生育期历经的天数，B为生物学零度。作物不同类型和品种完成全生育期所需积温不同同一作物品种在不同纬度或海拔地区的全生育期天数差异颇大，但积温值却比较稳定，特别是有效积温变幅很小。一、作物对温度的基本要求（二）作物的积温作物积温值的相对性：当外界环境因子（光照、水分、养分及季节等）的组合不同时，也可能发生一定变化。水稻：全生育期的积温，随纬度的北移、播种期的提早、海拔的提高等而有顺序递增的趋势。原因：•纬度增高，因日照加长和温度下降均会延长生育期，增加积温，特别是感光性强的晚稻品种；•海拔的升高和播种期的提早，因日均温的下降，使生育期延长而增加积温。一、作物对温度的基本要求积温效应在作物生产上的应用（1）利用有效积温预测作物的生育期依据某一作物品种在该地区各生育过程的生育起点温度和所需要的有效积温及该地区常年生长季节中的有效积温的逐日累积情况，可计算出不同播种时间的作物完成某一生育期或全生育期所需的天数。这对把握种植时机，实行科学管理具重要意义。一、作物对温度的基本要求积温效应在作物生产上的应用（2）依据作物对积温的要求科学安排茬口及复种搭配在科学安排作物熟制（茬口）及作物复种品种搭配时，应充分满足各作物对热量（积温）的要求。若在当地的生长季节内，其积温不能满足多熟制或在复种的品种搭配上对总积温的要求，将使某季作物减产甚至无收。一、作物对温度的基本要求积温效应在作物生产上的应用（3）指导科学调种、引种各种作物及品种完成全生育期所需的有效积温是相对稳定的：•从温度较低的原产地调种或引种至温度较高的地区栽培时，其生育期将缩短；反之将延长。•生育期过短将导致减产；而生育期过长，有可能导致不能在适宜生长季节内完成全生育期。•在引种和调种中还应考虑不同地区的光照条件（与品种的感光性有关）及土壤、水、肥条件等。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（一）作物的感温性感温性:作物因受温度高低的影响而改变其生育期的特性。包括低温春化和温度促进生长发育两个方面。•喜温作物及通过春化阶段后的冬作物，均随温度的升高而加速其生长发育进程，缩短生育期；而低温使其生育期延长。表水稻抽穗期及主茎叶片数与生育温度的关系（品种：坊主6号）（栗木，1965）注：光照条件均控制为日长9小时播种期播种-抽穗日数生育期日均温/℃主茎总叶片数出叶间隔日数4月1日86.019.09.07.85月1日68.320.98.36.16月1日54.823.28.04.97月1日47.326.18.04.0二、温度对作物生长发育的生理生态效应（一）作物的感温性温度和光照是影响作物生育期的两个重要因素。丁颖等：所有籼、粳型水稻品种均喜高温，在高温下生长发育快，生育期明显缩短。在11h短日条件下，161个水稻品种试验（广州）：•4月初播种的晚稻品种，播种至抽穗所需日数比6月中旬播种时要增加28.17-40.74%；•早稻品种在6月中旬播种，播种至抽穗日数则比4月初播种可减少7.28-32.27%。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（一）作物的感温性小麦的感温性，表现为在幼苗生长期间必须经低温刺激才能由营养生长转入生殖发育阶段，这称为春化作用。•依据小麦对春化温度和所经历的时间的要求不同，可将其分为春性、半冬性、冬性和强冬性的不同生态类型。•春化作用可分为专性反应（如冬性小麦）和兼性反应（低温加速花芽分化，如半冬性和春性小麦），而且在春化过程中进行高温处理可逆转春化反应而脱春化。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（一）作物的感温性二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系1、种子的休眠、萌发与温度•低温和变温处理具打破种子休眠的效应，而高温一般促进休眠。采用低温湿润层积和砂藏是自古以来打破休眠的有效方法。•休眠破除后的种子，在高温和通气不良的环境中，可再度进入二次休眠。二、温度对作物生长发育的生理生态效应1、种子的休眠、萌发与温度供氧和湿润状态下低温促进种子萌发的原因：•提高休眠种子CAT、POD酶及其他一些水解酶的活性；•增加可溶性糖及氨基酸的含量；•降低细胞渗透势；•降低种子发芽抑制物的含量，提高发芽促进物质的含量；•以及增强呼吸和促进贮藏物质往胚中转移等。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系1、种子的休眠、萌发与温度•低温吸胀冷害:将干种子低于15℃的低温下快速吸水可发生低温危害，造成出芽和生长不良。特别是含水率较低的干燥种子置低温嫌气条件下吸水，可造成致命伤害。•干燥种子的低温吸水伤害，不仅引起子叶的龟裂和维管束的断裂，而且使大量的可溶性糖和氨基酸渗漏，易感染病害。同时，干燥种子中低含水率的蛋白质在低温下急速吸水，还可导致膜系统及蛋白质结构的破坏。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系2、生殖发育与温度（1）温度与成花•许多二年生和多年生植物通过春化阶段后，低温可延长生育期，而高温加速其生育进程，缩短生育期。•喜温作物（如水稻、棉花）成花不存在低温诱导或促进作用，但高温可引发某些作物开花或促进开花：菠菜、水稻、棉花等。•籼稻幼穗发育要求日均温21℃以上，粳稻19℃以上，最适温度26-30℃。在适温条件下，幼穗发育期所需日数最少，而温度愈低所需日数愈多。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系2、生殖发育与温度（2）温度与性别分化•生物学温度范围内，低温特别是低夜温有利于雌性分化，而高温诱导雄性分化；•葫芦科植物如黄瓜、西葫芦等通常在较低节位产生雄花，较高节位产生雌花：但在高温、长日照条件下能使某些潜在的分化雌花节位转变成雄花节位；而在低温、短日光周期条件下却可使一些潜在的雄花分化节位变成雌花节位。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系2、生殖发育与温度（3）温度与小孢子发育植物的雄性器官比雌性器官对温度较敏感。•低温：水稻花粉母细胞减数分裂期后遇＜18℃连续2天以上的低温，则小孢子的发育便停留在四分体期，造成花粉败育或发育不健全。•高温：某些植物在正常生长发育温度范围内，因温度高于某一临界上限温度而产生雄性不育的现象。水稻、小麦中均发现温度敏感型雄性不育系。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系3、温度与代谢作物的生长发育是在适宜环境条件下进行能量和物质代谢的综合表现，温度仅单纯作为生态因子调控代谢的强度和方向。•代谢过程的酶促反应受温度的调控：温度不仅影响反应物达到酶促反应所需活化能的分子数，而且影响酶本身的活化或失活。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系3、温度与代谢•各种代谢反应均存在各种的最低、最适、最高的三基点温度：在最适温度前，反应速度随温度的升高而加速，其温度系数Q10在1.3-5之间，通常为接近于2；最适温度时反应保持高速度；如温度的进一步上升则因导致酶蛋白的变构或变性，反应速度急剧下降。温度系数Q10：温度增加10℃，其反应速度与原反应速度之比。二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系（1）光合作用的温度反应•多数C3作物的净光合速率的最适温度范围是15-30℃，C4作物为30-40℃。•C3作物的净光合速率最适温度与环境中CO2浓度有关：低[CO2]时＜高[CO2]时。因当CO2浓度高时，可降低光呼吸，即使在较高温度下也可维持较高的净光合速率。•同一作物光合速率的最适温度与光照强度有关：通常为在低光强下最适温度升高，而在高光强下最适温度下降。图温度、光强与水稻叶光合作用的关系（山田等）二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系（2）呼吸作用的温度反应生长呼吸：在植物生长发育和形态建成中，为其提供所需物质和能量的呼吸。不同作物生长呼吸变化小，受温度影响小，但与生育阶段关系大。维持呼吸：既成器官和组织为了生存所需物质和能量的呼吸。维持呼吸因作物种类、温度不同变化大。•呼吸作用最适温度，一般为25-30℃，此时可维持长时间的高速率呼吸；•呼吸作用最高温度，通常为35-45℃，在高温下呼吸速率短时间内可超过最适温度，但随后急剧下降；二、温度对作物生长发育的生理生态效应（二）温度与作物生长、生殖及代谢的关系（2）呼吸作用的温度反应•不同作物呼吸作用的最低温度差异大，但一般是近0℃时呼吸速率很慢。•水稻：在5-35℃时，随温度的升高，呼吸加速。水稻呼吸作用温度系数Q10：分蘖盛期：1.84；孕穗期：2.06水稻根的呼吸最适温度低于叶。图水稻叶、根呼吸与温度的关系（T