第三章农业生物热环境

1、第三章第三章 农业生物热环境农业生物热环境 杨再强 南京信息工程大学 主要内容 1 1 温度的意义温度的意义 2 2 温度强度对农业生物的影响温度强度对农业生物的影响 3 3 积温学说及其在农业上的应用积温学说及其在农业上的应用 4 4 温度的周期性变化对农业生物的影响温度的周期性变化对农业生物的影响 5 5 温室温度调控技术温室温度调控技术 第一节第一节 温度的农业意义温度的农业意义 主要内容：主要内容： 温度表示热量的物理学基础温度表示热量的物理学基础 温度的生物学意义温度的生物学意义 温度指数及其农业意义温度指数及其农业意义 温度对生物影响的主要方式温度对生物影响的主要方式 一、温度表示

2、热量的物理学基础一、温度表示热量的物理学基础 温度（温度（TemperatureTemperature）：温度是表示物体冷热程度的物理量，）：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。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 氏温标氏温标(F)(F)、摄氏温标（、摄氏温标（C C）、热力学温标）、热力学温标(K)(K)和国际实用温标。和国际实

3、用温标。 植物生化反应的速率与温度之间的关系，比用植物生化反应的速率与温度之间的关系，比用“焦耳焦耳”表示的表示的 热量的关系更为密切。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。条件对生物的综合影响。 温度资料广泛。温度资料广泛。 二、温度的生物学意义二、温度的生物学意义 1.1.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

4、快生长发育速度；随着温度的下降而变缓。快，从而加快生长发育速度；随着温度的下降而变缓。 2.2.温度影响农业生物的生理生态特征及地理分布、植物光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。合、呼吸及蒸腾等生理过程，以及作物产量与品质等。 3.3.气温、地温和水温还间接地通过生物的体温对生物生命气温、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。活动及产品产生重要影响。 4.4.温度的变化能引起环境其他生态因子的改变，如引起湿温度的变化能引起环境其他生态因子的改变，如引起湿 度、降水、风、氧在水中的溶解度以及食物和其他生

5、物度、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。活动及行为的改变等。 表表2 3 果果 树树 休休 眠眠 期期 忍忍 受受 低低 温温 的的 能能 力力 树树 种种 忍忍 受受 低低 温温 ( ) ) 树树 种种 忍忍 受受 低低 温温 ( ) ) 石石 榴榴 - 1 7 杏杏 - 3 0 无无 花花 果果 - 1 1 枣枣- 3 0 - 3 5 草草 莓莓 - 1 1 葡葡 萄萄- 1 5 - 1 8 苹苹 果果- 2 5 - 3 0板板 栗栗- 2 5 - 2 9 小小 苹苹 果果- 4 0 - 4 5榛榛 子子 - 4 0 樱樱 桃桃 - 2 0 柿柿 - 2 0

6、 山山 楂楂 - 3 6 李李- 3 5 - 4 0 秋秋 子子 梨梨- 3 0 - 5 2核核 桃桃- 2 0 - 3 1 白白 梨梨- 2 0 - 2 5扁扁 桃桃- 2 0 - 3 3 猕猕 猴猴 桃桃 - 2 0 柑柑 桔桔- 7 - - 8 8 香香 蕉蕉 4 . 5 荔荔 枝枝0 - 1 桃桃- 2 2 - 2 5龙龙 眼眼0 - 1 三、温度指数及其农业意义三、温度指数及其农业意义 1 1、温度指数的含义、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，有时也称关系的温度标示形式，即温度指数，有时也称 温热

7、指数或热量指数。温热指数或热量指数。 (1)积温积温 是法国科学家是法国科学家Reaumur在在1735年提出，积温理论假定发育速年提出，积温理论假定发育速 率（率（1/D）与日均温度）与日均温度(MTD)成线性关系，可以表示为：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。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：有效积温可表示为： （Td-Te）=STe Td是日均温度（是日均温度（），），T

8、e是发育起始温度（是发育起始温度（），），STe为有效积温为有效积温 （）。）。 大豆发育单位（大豆发育单位（Brown）:S.D.U4.95T0.0829T240.91 式中，式中，T为日平均气温（为日平均气温（）。利用该指标可以较好地描述大豆生长）。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。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 2、温度指数的表示形式、温度指数的表示形式 THI0.55T+0.2Td+17.5 式中，式中，T、Td分别为干球和露点温度（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

9、应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气温气温 ()；f相对湿度；相对湿度；V风速风速 (m/s)； s日照时数日照时数 (h/d)。 THI 的计算式是由俄国学者的有效温度的计算式的计算式是由俄国学者的有效温度的计算式 Et=Td0.

10、55(1f)(Td58) 其中的其中的Td为华氏温度为华氏温度 (F).Et和和Td 单位换算成摄氏温单位换算成摄氏温 度度 () ，它的物理意义是湿度订正以后的温度。，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四、温度对生物影响的主要方式 温度强度（高、低）温度强度（高、低） 持续时间（累积）持续时间（累积） 温度变化（周期性）温度变化（周期性） 在这三个方面中，温度强度是最基本的。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。才能对农业生物产生影响。 周期性变温对作物的影响

11、在一定的范围内，白天温度高，光合作用在一定的范围内，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，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。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；温差利用昼夜温差，可控制植株的高度；温差 大大, , 植株的节间长度增加；减少温差，或在温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一品红、秋海棠、菊花、百合花花卉等的生产 上）。上）。 第二节第二节 温度强度对

12、农业生物的影响温度强度对农业生物的影响 主要内容主要内容 农业生物生命活动的基本温度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与农作物的生长发育 温度条件与作物引种温度条件与作物引种 一、农业生物生命活动的基本温度一、农业生物生命活动的基本温度 1 1、三基点温度、三基点温度 （1 1）作物生命活动的三种温度范围）作物生命活动的三种温度范围 维持生命的温度，最宽维持生命的温度，最宽 适宜生长的温度，次之适宜生长的温度，次之 保证发育的温度，最窄保证发育的温度，最窄 作物生命活动的基本温度如图作物生命活动的基本温度如图1 1所示。所示。 维持生命温度维持生命温度 适宜生长温度适宜生长

13、温度 保证发育温度保证发育温度 -10 0 10 20 30 40 50 -10 0 10 20 30 40 50 光合温度光合温度 呼吸温度呼吸温度 图图1 1 作物生命活动的基本温度示意图作物生命活动的基本温度示意图 （2 2）三基点、五基点或七基点温度）三基点、五基点或七基点温度 作物生命活动的每一个过程，都有三个基本作物生命活动的每一个过程，都有三个基本 点温度，即三基点温度。点温度，即三基点温度。 最低（下限）温度最低（下限）温度 最适温度最适温度 最高（上限）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

14、作物停止生长，但是良好，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。仍然能够维持生命而不受害。 致致 受受 最最 最最 最最 受受 致致 死死 害害 低低 适适 高高 害害 死死 低低 低低 温温 温温 温温 高高 高高 温温 温温 度度 度度 度度 温温 温温 温度温度 三基点三基点 五基点五基点 七基点温度七基点温度 图图2 2 作物三、五或七基点温度范围示意图作物三、五或七基点温度范围示意图 几种主要作物的三基点温度几种主要作物的三基点温度 作物作物最低温度最低温度最适温度最适温度最高温度最高温度 牧草牧草3 34 426263030 小麦小麦3 3 4.54.520

15、 20 222230 30 3232 油菜油菜4 4 5 520 20 252530 30 3232 玉米玉米8 8 101030 30 323240 40 4444 水稻水稻10 10 121230 30 323236 36 3838 棉花棉花13 13 151528283535 2 2、三基点温度的特征、三基点温度的特征 园艺作物花芽分化的温度 作物种类作物种类花芽分化温度花芽分化温度花芽生长温度花芽生长温度 葡萄葡萄 草莓草莓 柑橘柑橘 郁金香郁金香 小苍兰小苍兰 黄瓜、番茄黄瓜、番茄 辣椒辣椒 20-3020-30 26-2726-27 10-1510-15 2020 5-205-20

16、 15 -2515 -25 15 -215 -2 20-2520-25 2020 9 9 1515 2020 2020 积温（热量和冷量）：温度的总和叫积温。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。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。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（需冷量：解除果树自然休眠所需的低温（7.27.2） 的总和。的总和。 不同作物的三基点温度不同；不同作物的三基点温度不同； 同一作物不同品种的三

17、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不同。同一植株上不同器官的三基点温度不同。 最低、最适、最高温度指标不是一个具体的数值，而最低、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。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

18、很小。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。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。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。机率大。 共同特征共同特征 确定温度的有效性确定温度的有效性 确定作物的种植季节与分布区域确定作物的种植季节与分布区域 估算作物生长发育速度估算作物生长发育速度 计算作物光

19、合生产潜力计算作物光合生产潜力 三基点温度的用途三基点温度的用途 界限温度的定义界限温度的定义 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，完全是根据活动开始终止的温度。而所谓界限，完全是根据 农业生产和气象条件的关系来划定的。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农业气象学常用的界限温度 00； 3 3或或55； 1010； 1515； 20 20 3 3、界限温度及其农业意义、界限温度及其农业意义 各种界限温度的农业意义各种界限温度的农业意义 0 0：土壤冻结和解冻，越冬作物秋季停止生长，春：土壤冻结和

20、解冻，越冬作物秋季停止生长，春 季开始生长。春季季开始生长。春季00至秋季至秋季00之间的时段即为农耕期。之间的时段即为农耕期。 3-53-5：早春作物播种、喜凉作物开始生长、多数树：早春作物播种、喜凉作物开始生长、多数树 木开始生长。春季木开始生长。春季3(5)3(5)至秋季至秋季3(5)3(5)之间时段为冬作之间时段为冬作 物或早春作物的生长期。物或早春作物的生长期。 1010：春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开：春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开 始迅速生长。开始大于始迅速生长。开始大于1010至开始小至开始小l0l0之间的时段为之间的时段为 喜温作物的生长期。喜温作物的生长期。

21、 15 15：初日为水稻适宜移栽期，棉苗开始：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。间的时段为喜温作物的活跃生长期。 20 20：初日为热带作物开始生长期，水稻：初日为热带作物开始生长期，水稻 分蘖迅速增长，终日对水稻抽穗开花开始有影分蘖迅速增长，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。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二、温度与农作物的生长发育 1 1

22、、有关试验研究结果、有关试验研究结果 范霍夫定律范霍夫定律 在一定的温度范围内，温度对主要生命过程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，即温度每升高的影响基本上服从范霍夫定律，即温度每升高10 10 ，反应速度增加一倍：，反应速度增加一倍： 2 10 10 T T K K Q 式中式中K KT T和和K KT+10 T+10分别为 分别为T T和和T+10T+10时的化学反应速率。时的化学反应速率。 光合作用强度与温度的关系光合作用强度与温度的关系 40 40 光合强度光合强度(mgCO(mgCO2 2/dm/dm2 2/hr)/hr) 马铃薯马铃薯 3030 黄

23、瓜黄瓜 2020 1010 0 10 20 30 40 50 温度温度 图图3 3 光合作用光合作用温度曲线（伦德加，温度曲线（伦德加，19451945） 温度与作物光合速率的关系温度与作物光合速率的关系 呼吸作用强度与温度的关系呼吸作用强度与温度的关系 50 50 呼吸强度呼吸强度(mgCO(mgCO2 2/dm/dm2 2/hr)/hr) 4040 3030 2020 1010 0 10 20 30 40 50 60 图图4 4 呼吸作用呼吸作用温度曲线（伦德加，温度曲线（伦德加，19451945） 光合作用与呼吸作用之比（光合作用与呼吸作用之比（P/RP/R） 6 6 P/RP/R 5

24、5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 10 20 30 40 温度温度 图图5 5 P/R P/R温度曲线温度曲线 植物生长与温度的关系植物生长与温度的关系 1.00 1.00 相对速率相对速率 光合作用光合作用 0.75 0.75 植物生长植物生长 呼吸作用呼吸作用 0.500.50 0.250.25 0.000.00 0 10 20 30 40 温度温度 图图6 6 植物生长植物生长温度曲线温度曲线 水温对植物吸收无机养分的影响（水温对植物吸收无机养分的影响（mgmg） 温度范围温度范围NHNH4 4P P2 2O O5 5K K2 2O OSiOSiO2 2 低温区低温区41.841.

25、87.97.931.031.063.363.3 适温区适温区61.761.712.112.146.746.7107.4107.4 高温区高温区50.550.510.110.133.933.971.471.4 注：低温区为注：低温区为24-25 24-25 ；适温区为；适温区为28.5-32 28.5-32 ； 高温区为高温区为37-38.5 37-38.5 。 （1 1）不同作物的光合作用强度与温度的关系）不同作物的光合作用强度与温度的关系 不完全相同，但各种作物不完全相同，但各种作物“光合作用光合作用温度温度”曲曲 线的一般形状是基本一致的。线的一般形状是基本一致的。 （2 2）“光合作用光

26、合作用温度温度”曲线和曲线和“呼吸作呼吸作 用用温度温度”曲线的变化趋势近似。曲线的变化趋势近似。 （3 3）光合作用和呼吸作用也有它们的三基点）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。温度，但呼吸作用的最适温度比光合作用的高。 2 2、主要结论、主要结论 （4 4）随着温度的升高，光合作用与呼吸作用的比值降）随着温度的升高，光合作用与呼吸作用的比值降 低。低。 （5 5）作物有机物质的增加，取决于光合作用所积累的）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。有机物质和呼吸作用所消耗的有机物质之差。 （6 6）温度还

27、通过影响植物对无机养分的吸收及植物的）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。蒸腾作用来影响植物的光合作用。 （7 7）温度对作物生长的影响还与作物本身的生理机能）温度对作物生长的影响还与作物本身的生理机能 有关。有关。C3C3植物适宜的温度范围是植物适宜的温度范围是20202525，而，而C4C4植物适宜植物适宜 的温度范围是的温度范围是30303535。 （8 8）温度对作物生长的影响还和其前期的温度条件）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。（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

28、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0 10 ，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各类型小麦通

29、过春化需要的温度和天数 类类 型型 春化温度范围春化温度范围/ oC 春化时间春化时间/d 冬冬 性性 03 4045 半冬性半冬性 36 1015 春春 性性 815 58 各类植物通过春化时要求低温持续的时间不 同，在一定时间内，春化的效应随低温处理时 间的延长而增加。 10 20 30 40 50 冷处理的持续时间冷处理的持续时间/d 冬黑麦种子低温处理时间对开花的影响冬黑麦种子低温处理时间对开花的影响 从种植到开花的天数从种植到开花的天数/d 120 80 40 去春化作用：在春化过程结束之前， 如置入高温条件下，春化效果消失的现象。 去春化的有效温度一般为2540。重返 低温，可再度

30、春化。 （二）时期、部位和刺激传导 1、时期、时期 大多数植物在种子吸胀后即可接受大多数植物在种子吸胀后即可接受 低温诱导，在种子萌发和苗期均可进行。低温诱导，在种子萌发和苗期均可进行。 而有些植物（胡萝卜、月见草等）只有绿而有些植物（胡萝卜、月见草等）只有绿 苗达到一定大小才能通过春化。苗达到一定大小才能通过春化。 2、部位、部位 感受低温的部位：感受低温的部位：茎尖端的生长点茎尖端的生长点 3、刺激传导、刺激传导 许多实验证明，在春化过程中形 成一种刺激物质春化素，但至今 尚未分离出这种物质。 有些植物的春化素可通过 嫁接传导，如天仙子 ；而 有些植物的春化素不能传导， 如菊花。 （三）春

31、化过程中的生理生化变化 1、呼吸速率增强 2、核酸代谢加速 在春化过程中核酸（特别是RNA） 含量增加，而且RNA性质有所变化。 3、蛋白质代谢 可溶性Pr及游离AA含量（Pro）增加。 4、GA含量增加 一些需春化的植物（如天仙子、 白菜、胡萝卜等）未经低温处理，若 施用GA也能开花。 GA以某种方式代 替低温的作用。 GA处理 春化处理 花芽的形成与茎的伸 长几乎同时出现 茎先伸长，后茎先伸长，后 花芽形成花芽形成 （四）春化作用的机理 前体物 低温 中间产物 低温 最终产物 （完成春化） 高温 中间产物分解（解除春化） 四、温度条件与作物引种四、温度条件与作物引种 1 1、引种是丰富地区

32、种质资源，提高农产品、引种是丰富地区种质资源，提高农产品 产量和品质的重要手段。产量和品质的重要手段。 2 2、在作物引种工作中，除了要考虑土壤、在作物引种工作中，除了要考虑土壤、 肥力和农业技术措施等条件以外，一定要遵循肥力和农业技术措施等条件以外，一定要遵循 原产地和引入地生态环境特别是农业气候相似原产地和引入地生态环境特别是农业气候相似 原则。原则。 北种南引（高山引向平原）比南种北移北种南引（高山引向平原）比南种北移 （平原引向高山）容易成功。（平原引向高山）容易成功。 因为南种北移是作物能否成活的问题，而因为南种北移是作物能否成活的问题，而 北种南引则是温度可能影响产品质量的问题。北

33、种南引则是温度可能影响产品质量的问题。 3 3、根据作物对温度条件的要求和引种成败、根据作物对温度条件的要求和引种成败 的经验，作物引种有下列三条规律：的经验，作物引种有下列三条规律： 温度对植物生长的作用，在一定程度上温度对植物生长的作用，在一定程度上 是相对的，各种植物都有一定的适应性，因此是相对的，各种植物都有一定的适应性，因此 在植物引种的过程中，存在着气候驯化现象。在植物引种的过程中，存在着气候驯化现象。 草本植物要比木本植物引种容易成功，草本植物要比木本植物引种容易成功， 一年生植物较多年生植物引种容易成功，落叶一年生植物较多年生植物引种容易成功，落叶 植物比常绿植物引种容易成功，

34、灌木要比乔木植物比常绿植物引种容易成功，灌木要比乔木 引种容易成功。引种容易成功。 第三节第三节 积温学说积温学说 主要内容：主要内容： 积温学说积温学说 积温的定义、种类与计算方法积温的定义、种类与计算方法 积温的稳定性与改进措施积温的稳定性与改进措施 积温在农业生产中的应用积温在农业生产中的应用 一、积温学说一、积温学说 积温学说：积温学说： 在其他条件得到满足的前提下，温度对作物在其他条件得到满足的前提下，温度对作物 的发育起着主导作用。的发育起着主导作用。 作物开始发育要求一定的下限温度；而根据作物开始发育要求一定的下限温度；而根据 近年来的研究结果，在高温季节完成的发育期还存近年来的

35、研究结果，在高温季节完成的发育期还存 在有上限问题。在有上限问题。 作物完成某一阶段的发育需要一定的积温。作物完成某一阶段的发育需要一定的积温。 二、积温的定义、种类与计算方法二、积温的定义、种类与计算方法 1 1、积温的定义、积温的定义 积温的概念也经历了多年的发展历程，并因积温的概念也经历了多年的发展历程，并因 研究目的不同而有差异。但从广义的角度可以把研究目的不同而有差异。但从广义的角度可以把 积温定义为：积温定义为： 某一时段内逐日平均气温之和，单位为某一时段内逐日平均气温之和，单位为。 常用的主要有活动积温和有效积温两种。常用的主要有活动积温和有效积温两种。 （1 1）下限温度（生物

36、学零度）下限温度（生物学零度） 作物开始生长发育要求一定的下限温度，实作物开始生长发育要求一定的下限温度，实 际上是作物生长发育的起始温度，又称为生物学际上是作物生长发育的起始温度，又称为生物学 零度，用零度，用B B表示。当日平均气温高于下限温度时表示。当日平均气温高于下限温度时 对作物的生长发育有效；等于或低于下限温度时对作物的生长发育有效；等于或低于下限温度时 则无效，即对作物生长发育来说是零度。则无效，即对作物生长发育来说是零度。 2 2、积温的种类、积温的种类 把高于下限温度（把高于下限温度（B B）的日平均气温（）的日平均气温（T Ti i） 称为活动温度。作物在某一时段内活动温度

37、的称为活动温度。作物在某一时段内活动温度的 总和称为活动积温（总和称为活动积温（A Aa a），用下式表示：），用下式表示： n i iaTA 1 （2 2）活动积温）活动积温 （T Ti iB B；当；当T Ti iBB时，时，T Ti i=0=0。）。） 活动温度与下限温度之差（活动温度与下限温度之差（T Ti i B B）称为有）称为有 效温度。作物在某时段内有效温度的总和称为有效温度。作物在某时段内有效温度的总和称为有 效积温（效积温（A Ae e），用下式表示：），用下式表示： n i ieBTA 1 （3 3）有效积温）有效积温 （T Ti iB B；当；当T Ti iBB时，时，

38、T Ti i- B = 0- B = 0。）。） a. a.活动积温活动积温 优点：考虑了生物学零度，排除了对作物发育优点：考虑了生物学零度，排除了对作物发育 不起作用的生物学零度以下的日平均气温；用实测不起作用的生物学零度以下的日平均气温；用实测 的日平均气温统计，比较方便。的日平均气温统计，比较方便。 不足：活动积温包含了一部分低于生物学零度不足：活动积温包含了一部分低于生物学零度 的无效温度，使积温的稳定性较差。的无效温度，使积温的稳定性较差。 活动积温多用于农业气候分析。活动积温多用于农业气候分析。 （4 4）活动积温和有效积温的比较）活动积温和有效积温的比较 优点：排除了对作物不起作

39、用的生物学零度以优点：排除了对作物不起作用的生物学零度以 下的无效温度，积温稳定性好，较符合实际。下的无效温度，积温稳定性好，较符合实际。 不足：统计比较繁琐，往往给分析计算带来一不足：统计比较繁琐，往往给分析计算带来一 定的困难。定的困难。 有效积温多用于研究作物的发育与热量条件的有效积温多用于研究作物的发育与热量条件的 定量关系，建立作物发育速度的农业气象模式和定量关系，建立作物发育速度的农业气象模式和 编制农业气象预报等。编制农业气象预报等。 b. b.有效积温有效积温 （5 5）积温的基本特征）积温的基本特征 作作 物物早熟型早熟型中熟型中熟型晚熟型晚熟型 马铃薯马铃薯10001000

40、1400140018001800 谷谷 子子170017001800180022002200240024002400240026002600 玉玉 米米2100210024002400250025002700270030003000 水水 稻稻230023002600260028002800350035003500350041004100 棉棉 花花2600260031003100320032003600360040004000 a. a.有关试验及分析结果有关试验及分析结果 几种主要作物所需几种主要作物所需1010以上活动积温以上活动积温 水稻水稻IR661IR661播种至始穗需播种至始穗需

41、1010以上活动积温以上活动积温 期次期次1 12 23 34 45 56 6 播种播种25/425/430/430/410/510/520/520/51/61/610/610/6 始穗始穗6/86/86/86/810/810/816/816/825/825/82/92/9 天数天数10310398989191878785858484 积温积温147114711442144214571457149314931464146414311431 不同作物，同一作物的不同品种，同一不同作物，同一作物的不同品种，同一 作物品种不同发育期完成所需的积温是不同的。作物品种不同发育期完成所需的积温是不同的。

42、同一作物品种同一发育期所经历的天数同一作物品种同一发育期所经历的天数 可能不同，或者不同年份、不同播期、不同地区可能不同，或者不同年份、不同播期、不同地区 所经历的天数可能不同，但所经历的天数可能不同，但B B值和值和A A值从理论上讲值从理论上讲 应该是不变的，特别对应该是不变的，特别对A Ae e值而言更是如此。值而言更是如此。 b. b.基本特征基本特征 负积温负积温 地积温；地积温； 危害积温危害积温 时积温；时积温； 净效积温净效积温 这些概念都是根据某些专题研究需要而提这些概念都是根据某些专题研究需要而提 出来的，实质上都是积温基本原则在各种具体出来的，实质上都是积温基本原则在各种

43、具体 情况下的推广应用。情况下的推广应用。 （6 6）积温的其他种类）积温的其他种类 2 2、积温的求算方法、积温的求算方法 积温的求算可分为两种情况：积温的求算可分为两种情况： 事先给定上下限温度求算积温事先给定上下限温度求算积温 没有事先给定上下限温度温度求算积温没有事先给定上下限温度温度求算积温 即按照前面讲到的积温表达式求算即可。即按照前面讲到的积温表达式求算即可。 例如：给定作物的生物学零度（下限温度）例如：给定作物的生物学零度（下限温度） 为为1010，某一周的逐日平均气温分别为：，某一周的逐日平均气温分别为：1212、 1313、1111、1010、9 9、1313、1212，可

44、求得该周的活动，可求得该周的活动 积温和有效积温分别为：积温和有效积温分别为： A Aa a = 61 = 61； A Ae e = 11 = 11 （1 1）给定上下限温度求算积温的方法）给定上下限温度求算积温的方法 （2 2）没有给定上下限温度求算积温的方法）没有给定上下限温度求算积温的方法 关键关键: : 确定上下限温度。确定上下限温度。 所用资料所用资料: : 多年观测资料；分期播种资料；多年观测资料；分期播种资料； 地理播种资料；地理分期播种资料。地理播种资料；地理分期播种资料。 采用的方法采用的方法: : 图解法；最小二乘法；差值法。图解法；最小二乘法；差值法。 由有效积温表达式可

45、得：由有效积温表达式可得： n e e n n i i n n i n i iie ABT BAT nBTBTA 1 1 1 1 11 )( 图解法图解法 式中，式中，n n 为发育期天数，为发育期天数，1/n1/n则为作物发育速度，则为作物发育速度， T 为发育期间的平均气温。为发育期间的平均气温。 因此，利用试验观测资料序列绘制因此，利用试验观测资料序列绘制 、1/n1/n 相关图，根据散点所描直线之截距即为相关图，根据散点所描直线之截距即为B B值，而值，而 斜率则为斜率则为A Ae e值。值。 1/n1/n 图图7 7 图解法求图解法求A A、B B示意图示意图 BA 1 e n T

46、T T 最小二乘法仍然是从有效积温的表达式出发：最小二乘法仍然是从有效积温的表达式出发： BnAT nBTBTA e n i i n i n i iie 1 11 )( 最小二乘法最小二乘法 令令 n=xn=x， =y=y， 则利用试验资料可得一组方程：则利用试验资料可得一组方程： y y1 1 = Ae + Bx = Ae + Bx1 1 ，第 ，第1 1年或第年或第1 1播期试验资料播期试验资料 y y2 2 = Ae + Bx = Ae + Bx2 2 ，第，第2 2年或第年或第2 2播期试验资料播期试验资料 y yn n = Ae + Bx = Ae + Bxn n ， 第第n n年或

47、第年或第n n播期试验资料播期试验资料 iT 根据方程组，即可用统计学上的最小二乘法根据方程组，即可用统计学上的最小二乘法 求出求出A Ae e、B B值，即：值，即： 22 22 2 )( )( xxn yxxyn xxn yxyx e B A 农业气象学的方法是：农业气象学的方法是： a.a.根据作物的生物学特性和经验，先假定根据作物的生物学特性和经验，先假定 一个一个B B值；值； b.b.用最小二乘法求得用最小二乘法求得B B值；值； c.c.用求得的用求得的B B值与假定的值与假定的B B值进行比较，如果两者相差不值进行比较，如果两者相差不 超过超过 11，就认为求得的，就认为求得的

48、B B值符合要求，如果两者相差值符合要求，如果两者相差 甚远，就要重新去假定甚远，就要重新去假定B B值进行统计分析计算，如此循值进行统计分析计算，如此循 环往复，直到求出合适的环往复，直到求出合适的B B值为止；值为止； 偏差法的依据是求得的有效积温应相对偏差法的依据是求得的有效积温应相对 稳定，虽然在实际情况下它不是一个常数，稳定，虽然在实际情况下它不是一个常数， 但在取得合适的上下限温度后，对同一作物但在取得合适的上下限温度后，对同一作物 同一发育期来说，用不同试验观测资料计算同一发育期来说，用不同试验观测资料计算 的有效积温应是近似的，其离差程度最小。的有效积温应是近似的，其离差程度最

49、小。 偏差法偏差法 基本思路：首先假定各种上、下限温度，基本思路：首先假定各种上、下限温度， 分别统计各年或者各播期的有效积温，再计算分别统计各年或者各播期的有效积温，再计算 各自的极差各自的极差d d、标准差、标准差n-1 n-1和变异系数 和变异系数C Cr r，计算，计算 公式如下：公式如下： A c AA AAd n i n n 1 2 1 1 1 minmax )( 然后根据计算出的极差然后根据计算出的极差d d、标准差、标准差n-1 n-1和 和 变异系数变异系数C Cr r值进行比较，离差最小一组假定的值进行比较，离差最小一组假定的 上、下限温度即为所求，对应的值就是要求的上、下

50、限温度即为所求，对应的值就是要求的 有效积温值。这种方法的优点是可以同时求出有效积温值。这种方法的优点是可以同时求出 上下限温度，并可与其它不同上下限温度比较。上下限温度，并可与其它不同上下限温度比较。 在实际观测中发现，作物的发育速度随温度在实际观测中发现，作物的发育速度随温度 的升高而加快，但当温度升高到一定界限后，其的升高而加快，但当温度升高到一定界限后，其 发育速度不再随温度的升高而加快，发育期不再发育速度不再随温度的升高而加快，发育期不再 缩短，此时的温度即称为上限温度。缩短，此时的温度即称为上限温度。 利用田间试验确定上限温度的简便方法利用田间试验确定上限温度的简便方法 日平均气温

51、（日平均气温（）18.1 21.3 27.4 29.118.1 21.3 27.4 29.1 始穗始穗成熟（天）成熟（天） 48 39 28 2848 39 28 28 如有一组水稻广陆矮如有一组水稻广陆矮4 4号试验资料：号试验资料： 显然上限温度大致在显然上限温度大致在27272828左右。左右。 可见，上限温度亦为一范围，在此范围内，可见，上限温度亦为一范围，在此范围内， 生育期虽不再缩短，但仍保持上限温度条件下的生育期虽不再缩短，但仍保持上限温度条件下的 发育速度。发育速度。 三、积温的稳定性与改进措施三、积温的稳定性与改进措施 1 1、积温的稳定性、积温的稳定性 在试验研究和实际应用

52、中发现，作物对积温在试验研究和实际应用中发现，作物对积温 的要求，不论是活动积温还是有效积温，都存在的要求，不论是活动积温还是有效积温，都存在 不很稳定的现象。有时同一作物甚至是同一品种不很稳定的现象。有时同一作物甚至是同一品种 所要求的积温值也有一定变动。造成积温不稳定所要求的积温值也有一定变动。造成积温不稳定 的原因可归纳为下列几个方面：的原因可归纳为下列几个方面： a. a.其他条件均得到满足的假定在自然条件下其他条件均得到满足的假定在自然条件下 难以满足；难以满足； b.b.发育速度发育速度温度的线性关系是在其它条件温度的线性关系是在其它条件 适宜且在适宜的温度范围内才能成立，否则为非

53、适宜且在适宜的温度范围内才能成立，否则为非 线性关系。线性关系。 （1 1）积温学说的假定）积温学说的假定 a. a.作物对光温影响的反应即感光性和感温性作物对光温影响的反应即感光性和感温性 的问题；的问题； b.b.作物的个体差异；作物的个体差异； c.c.作物对外界环境条件特别是对温度条件的作物对外界环境条件特别是对温度条件的 适应能力；适应能力； 因此，积温应当有一个幅度，而不应该理解因此，积温应当有一个幅度，而不应该理解 为一个固定的常数。为一个固定的常数。 （2 2）作物本性的影响）作物本性的影响 a. a.作物发育期的观测误差；作物发育期的观测误差； b.b.温度资料的来源不同及作

54、物发育期观测的温度资料的来源不同及作物发育期观测的 代表性问题，离温度测站的远近问题；代表性问题，离温度测站的远近问题； c.c.计算积温时选取的上下限温度与作物实际计算积温时选取的上下限温度与作物实际 的上下限温度的差异；的上下限温度的差异； d.d.采用日平均气温进行计算，没有考虑气温采用日平均气温进行计算，没有考虑气温 日变化带来的误差。日变化带来的误差。 （3 3）人为造成的误差）人为造成的误差 2 2、积温表达形式与计算方法的改进、积温表达形式与计算方法的改进 国内专家学者在实际工作中提出了许多订正国内专家学者在实际工作中提出了许多订正 积温表达形式以及计算方法上的改进措施，归纳积温

55、表达形式以及计算方法上的改进措施，归纳 起来主要有三类：起来主要有三类： 光照条件订正光照条件订正 温度条件订正温度条件订正 回归订正回归订正 光照对感光性强的作物发育速度的影响很光照对感光性强的作物发育速度的影响很 大，与温度的影响相当；特别是感光性强的品大，与温度的影响相当；特别是感光性强的品 种甚至超过了温度的影响。因此，当用积温表种甚至超过了温度的影响。因此，当用积温表 示作物发育速度与热量的关系时，必须进行光示作物发育速度与热量的关系时，必须进行光 照订正。照订正。 （1 1）光照条件订正）光照条件订正 有效光温度有效光温度T T0 0 T T0 0 = k = kT T 式中，式中

56、，T T为日平均气温，为日平均气温，k k为同日日照百分率。为同日日照百分率。 有效光积温有效光积温TT0 0 T T0 0 = k = kT T 式中，式中，T T 为某一时段或某一发育期积温，为某一时段或某一发育期积温，k k为为 同期日照百分率。同期日照百分率。 a. a.用日照百分率用日照百分率 把感光性较强作物品种在某一光照长度下所要把感光性较强作物品种在某一光照长度下所要 求的积温订正为另一光照长度下的积温，即：求的积温订正为另一光照长度下的积温，即： TB =（1 + fS）TA 式中，式中，TA和和TB分别为日平均可照时数分别为日平均可照时数SA、SB条条 件下的积温，件下的积

57、温，S = SA-SB，f为日平均可照时数变为日平均可照时数变 化化1小时所引起的积温变化量与小时所引起的积温变化量与TA的比值，对具的比值，对具 体品种而言，体品种而言，f为常数，可通过实验求得。为常数，可通过实验求得。 b. b.用可照时数用可照时数 （2 2）温度条件订正）温度条件订正 依据：温度的高低（即温度强度的大小），依据：温度的高低（即温度强度的大小）， 对作物发育速度的影响是不一样的。夜间温度对作物发育速度的影响是不一样的。夜间温度 的高低以及日较差的大小等，也会影响到积温的高低以及日较差的大小等，也会影响到积温 的的 稳定性。稳定性。 基于温度的三基点理论及温度的有效性，基于

58、温度的三基点理论及温度的有效性， 有人提出一种温度因素对作物发育速度影响的有人提出一种温度因素对作物发育速度影响的 非线性模式，以替代积温公式中的线性假设。非线性模式，以替代积温公式中的线性假设。 植物生长量的温度曲线见图植物生长量的温度曲线见图8 8。 a. a.有效积温变量有效积温变量 100100 生长量（生长量（mmmm） 小麦小麦 5050 豌豆豌豆 0 0 10 20 30 40 T()10 20 30 40 T() 图图8 8 植物生长量的温度曲线植物生长量的温度曲线 图图8 8说明了植物生育是温度的非线性函数。说明了植物生育是温度的非线性函数。 在综合考虑上下限温度对作物发育速

59、度的基础上，在综合考虑上下限温度对作物发育速度的基础上， 可得温度与作物发育速度的非线性模式为：可得温度与作物发育速度的非线性模式为： QP Kn TMBT 11 11 )()( 式中，式中，1/n1/n为发育速度，为发育速度，T T为日平均气温，为日平均气温，M M、B B为为 作物发育速度等于零时的上、下限温度，作物发育速度等于零时的上、下限温度，K K、P P和和 Q Q为大于零的经验参数。为大于零的经验参数。 温度与作物发育速度非线性模式的基本图形温度与作物发育速度非线性模式的基本图形 如图如图9 9所示，可见模式的生物学义十分明显。所示，可见模式的生物学义十分明显。 0.020 1/

60、n0.020 1/n 0 0 10 15 20 25 30 35 40 T() 10 15 20 25 30 35 40 T() 图图9 9 作物发育速度非线性模式示意图作物发育速度非线性模式示意图 式中，式中，A(T) A(T) 称为有效积温变量。用实测资料可以称为有效积温变量。用实测资料可以 验证，验证，A(T)A(T)值与有效积温的实际值十分接近。值与有效积温的实际值十分接近。 而从而从A(T)A(T)的计算公式中可以看出，的计算公式中可以看出，A(T)A(T)是温度是温度 的函数，即温度不同对作物发育速度并非等效。的函数，即温度不同对作物发育速度并非等效。 )1 ( )()()( QP