植物生产与环境教案5

1第5章植物生产与温度调控教学目标：◆掌握：土壤热特性、土壤温度与空气温度的变化规律；三基点温度、农业界限温度、积温和有效积温等的概念。◆理解：土壤、空气温度的调控技术。◆了解：温度与植物生长发育的关系。◆学会：土壤温度、空气温度的测定。教学时数：8学时教学方法：理论讲授6学时、技能训练2学时教学内容：第一节植物生产的温度环境教学重点：◆土壤热特性。◆土壤温度、空气温度的变化规律。教学难点：◆大气中的逆温。一、土壤温度（一）土壤的热特性1．土壤热容量土壤热容量可分为质量热容量和容积热容量。当不同的土壤吸收或放出相同热量时，热容量越大的土壤，其升温或降温的数值越小；反之，热容量越小的土壤，其温度变化就越大。2．土壤导热率土壤导热率高的土壤，热量易于在上下层间传导，地表土温的变化较小；相反，导热率低的土壤，地表土温的变化较大。土壤中的土粒、水和空气的热特性土壤成分土壤容积热容量/10—6J·m—3·℃—1土壤导热率/J·m—1·s—1·℃—1土粒2.06～2.440.8～2.5水4.20.59空气0.00130.02（二）土壤温度的变化1．土壤温度的日变化温度日较差是指一日内最高温度与最低温度之差。在正常天气条件下，一日内土壤表面最高温度出现在13：00时左右，最低温度出现在日出之前，土壤表面温度的日较差较大。2．土壤温度的年变化一年中，土壤表面月平均温度最高值出现在7～8月，最低值出现在1～2月。3．土壤温度的垂直分布一天中土壤温度的垂直分布一般分为日射型、辐射型、上午转变型和傍晚转变型等4种类型。一年中土壤温度的垂直变化可分为放热型（冬季，相当于辐射型），受热型（夏季，相当于日射型）和过渡型（春季和秋季，相当于上午转变型和傍2晚转变型）。（三）影响土壤温度变化的因素影响土壤温度变化的主要因素是太阳辐射，除此之外，土壤湿度等因素也影响着土壤温度变化。1．土壤湿度潮湿土壤与干燥土壤相比，地面土壤温度的日变幅和年变幅较小，最高、最低温度出现时间较迟。2．土壤颜色土壤颜色可改变地面辐射差额，故深色土壤白天温度高，日较差大，浅色土壤白天温度较低，日较差较小。3．土壤质地土壤温度的变化幅度以沙土最大，壤土次之，黏土最小。4．覆盖植被、积雪或其他地面覆盖物，可截留一部分太阳辐射能，土温不易升高；还可防止土壤热量散失，起保温作用。5．地形和天气条件坡向、坡度和地平屏蔽角大等地形因素及阴、晴、干、湿、风力大小等天气条件，或者使到达地面的辐射量发生改变，或者影响地面热量收支，影响土壤温度变化。6．纬度和海拔高度土壤温度随着纬度增加、海拔增高而逐渐降低。二、空气温度（一）空气温度的日变化规律空气温度的日变化与土壤温度的日变化一样，只是最高、最低温度出现的时间推迟，通常最高温度出现在14～15时，最低温度出现在日出前后的05～06时。（二）空气温度的年变化气温的年变化与土温的年变化十分相似。大陆性气候区和季风性气候区，一年中最热月和最冷月分别出现在7月和1月，海洋性气候区落后1个月左右，分别在8月和2月。（三）气温的非周期性变化气温除具有周期性日、年变化规律外，在空气大规模冷暖平流影响下，还会产生非周期性变化。如我国江南地区3月份出现的“倒春寒”天气，秋季出现的“秋老虎”天气，便是气温非周期性变化的结果。（四）大气中的逆温逆温是指在一定条件下，气温随高度的增高而增加，气温直减率为负值的现象。逆温按其形成原因，可分为辐射逆温、平流逆温、湍流逆温、下沉逆温等类型。这里重点介绍辐射逆温和平流逆温。1．辐射逆温辐射逆温是指夜间由地面、雪面或冰面、云层顶等辐射冷却形成的逆温。2．平流逆温平流逆温是指当暖空气平流到冷的下垫面时，使下层空气冷却而形成的逆温。逆温现象在农业生产上应用很广泛。复习思考：1.土壤三相组成中容积热容量最大的是哪一相？土壤导热率最大的又是哪一相？2.解释冬天地窖贮菜、高温季节地窖贮禽、蛋、肉不会变质的原因？3.逆温现象在农业生产上有哪些应用？第二节植物生长发育与温度调控教学重点：3◆三基点温度、农业界限温度、积温、有效温度等基本概念。◆调节温度的农业技术措施。教学难点：◆积温和有效积温。一、温度对植物生产的影响（一）植物的三基点温度与农业界限温度1．植物的三基点温度植物生长发育都有三个温度基本点，即维持生长发育的生物学下限温度（最低温度）、最适温度和生物学上限温度（最高温度），这三者合称为三基点温度。2．农业界限温度农业气候上常用的界限温度及农业意义是：0℃：土壤冻结或解冻的标志。5℃：喜凉植物开始生长的标志。10℃：喜温植物开始播种或停止生长的标志。15℃：大于15℃期间为喜温植物的活跃生长期。20℃：热带植物开始生长的标志。（二）积温和有效积温1．植物生长发育的积温一定时期的积累温度，即温度总和，称为积温。积温能表明植物在生育期内对热量的总要求，它包括活动积温和有效积温。2．植物生长发育的活动积温和有效积温高于最低温度（生物学下限温度）的日平均温度，叫活动温度。植物生育期间的活动温度的总和，叫活动积温。活动温度与最低温度（生物学下限温度）之差，叫有效温度。植物生育期内有效温度积累的总和，叫有效积温。几种植物所需大于10℃的活动积温植物早熟型/℃中熟型/℃晚熟型/℃水稻2400～25002800～3200—棉花2600～29003400～36004000冬小麦—1600～2400—玉米2100～24002500～2700＞3000高粱2200～24002500～2700＞2800大豆—2500＞2900谷子1700～18002200～24002400～2600马铃薯1000140018003．积温的应用积温作为一个重要的热量指标，在植物生产中有着广泛的用途，主要体现在：用来分析农业气候热量资源；作为植物引种的科学依据；为农业气象预报服务。（三）温度变化与植物生产1．植物的感温性和温周期现象（1）植物的感温性植物感温性是指植物长期适应环境温度的规律性变化，形成其生长发育对温度的感应特性。春化作用是植物感温性的另一表现。（2）温周期现象温周期现象是指在自然条件下气温呈周期性变化，许多植物适应温4度的这种节律性变化，并通过遗传成为其生物学特性的现象。植物温周期现象主要是指日温周期现象。2．土壤温度与植物生长发育土壤温度对植物生长发育的影响主要表现在：（1）对植物水分吸收的影响（2）对植物养分吸收的影响（3）对植物块茎块根形成的影响（4）对植物生长发育的影响（5）影响昆虫的发生、发展3．空气温度变化与植物生长发育（1）气温日变化与植物生长发育气温日变化对植物的生长发育、有机质积累、产量和品质的形成有重要意义。（2）气温年变化与植物生长发育温度的年变化对植物生长也有很大影响，高温对喜凉植物生长不利，而喜温植物却需一段相对高温期。气温的非周期性变化对植物生长发育易产生低温灾害和高温热害。二、植物生产的温度调控（一）耕翻松土耕翻松土的作用主要有疏松土壤、通气增温、调节水气、保肥保墒等。在春季特别是早春，耕翻松土可以提高表层土温，增大日温差，保持深层土壤水分，增加土壤CO2的释放量，有利于种子发芽出苗，幼苗长叶、发根和积累有机养分。（二）镇压镇压后土壤孔隙度减少，土壤热容量、导热率随之增大。因而清晨和夜间，土表增温，中午前后降温，土表日变幅小。镇压可以使土壤的坷垃破碎，弥合土壤裂缝，在寒流袭击时可有效防止冷风渗入土壤危害植物。镇压的另一作用是提墒。（三）垄作垄作的目的在于：增大受光面积，提高土温，排除渍水，土松通气。在温暖季节，垄作可以提高表土层温度，有利于种子发芽和出苗。垄作的增温效应受季节和纬度影响。垄作具有排涝通气效应，多雨季节有利于排水抗涝。此外垄作增强了田间的光照强度，改善了通风状况，有利于喜温、喜光作物（如棉花）的生长，减轻病害。（四）地面覆盖地面覆盖的目的在于保温、增温，抑制杂草，减少蒸发，保墒等。地面覆盖的主要方式有：1．土面增温剂具有保摘、增温，压碱，防止风蚀、水蚀等多种作用。2．染色剂在地面上喷洒或施用草木灰、泥炭等黑色物质，因增加了对太阳辐射吸收而增温，相反施用石灰、高岭土等浅色物质，因增加了对太阳辐射的反射而降温。3．地膜覆盖地膜覆盖具有增温、保墒、增强近地层光强和CO2浓度的功能。增温效应以透明膜最好，绿色膜次之，黑色膜最小。4．铺沙覆盖铺一层0.2cm的细沙，在3～4月份地表可增温1℃～3℃，5cm地温可增高1.9℃～2.8℃，10cm地温提高1.2℃～2.2℃，另外铺沙覆盖具有保水效应，可防止土壤盐碱化，温、湿度条件得到改善。5．其他覆盖如秸秆覆盖技术、无纺布浮面覆盖技术、遮阳网覆盖技术已普遍推广，其主要作用是增温，保墒，抑制杂草等方面。（五）灌溉灌溉对植物生产有重要意义，除了补充植物需水外，还可以改善农田小气候环境。春季5灌水可以抗御干旱，防止低温冷害；夏季灌水可以缓解干旱，降温，减轻干热风危害；秋季灌水可以缓解秋旱，防止寒露风的危害；冬季灌水可为越冬植物的安全越冬创造条件。（六）设施增温设施增温的主要方式有：智能化温室、加温温室、日光温室和塑料大棚等。复习思考：1.什么叫积温？积温有几种表示方法？积温在植物生产中有哪些应用？2.农业生产中的温度调控措施有哪些？[实验与实训8]土壤温度、空气温度的测定一、目的使学生掌握观测植物群体所需土壤温度和空气温度的技术及有关仪器的使用方法，并对实验数据进行整理和科学分析。二、仪器及用具地面温度表、地面最高温度表、地面最低温度表、曲管地温表、干湿球温度表、最高温度表、最低温度表、计时表、铁锹、记录纸和笔、百叶箱。三、方法步骤（一）土壤温度的测定1．地温表的安装（1）地面温度表：在观测前30分钟，将温度表感应部分和表身的一半水平地埋入土中，另一半露出地面，以便观测之用。（2）地面最高温度表：安装方法与地面温度表相同。（3）地面最低温度表：安装时先放头部，后放球部，基本上使表身水平地放置，但球部稍高。其他安装方法同地面温度表。（4）曲管地温表：安装时，从东至西依次安好5cm、10cm、15cm、20cm曲管地温表（图4-7），按一条直线放置，相距10cm。安装前选挖一条与东西方面成30°角、宽25～40cm、长40cm的直角三角形沟，北壁垂直，东西壁向斜边倾斜。在斜边上垂直量出要测地温的深度即可安装曲管温度表。2．土壤温度的观测一般每天北京时间2：00、8：00、14：00、20：00时进行四次或8：00、14：00、20：00时三次观测。最高、最低温度表只在8：00、20：00时各观测1次。夏季最低温度可在8：00时观测。观测后，把最低温度表拿入室内或放入百叶箱中，以防曝晒。20：00时重新调整安好，以备第二天观测用。土壤温度的观测程序：地面温度→最高温度→最低温度→曲管地温。观测后做好记载。（二）空气温度的测定观测空气温度时间、次数与测土壤温度相同，常用干球温度表（普通温度表）、最高温度表和最低温度表。最高、最低温度也在20：00时观测，观测后进行调查。安装时要把干球温度表球部朝下垂直悬挂在百叶箱内铁架横梁的东侧，最高、最低温度表分别安放在支架下部的横梁上。四、实验实习报告1．土壤温度的测定根据观测资料，画出定时观测的土壤温度和时间的变化图。从图中可以了解土壤温度的变化情况和求出日平均温度值。2．空气温度的测定根据观测资料，画出定时观测空气温度和时间变化图。从图中可以了解空气温度的变化情况和求出日平均气温值。