农业气象学第三章热量条件与农业生产

热量条件与农业生产热量条件与农业生产1 1 温度的农业意义温度的农业意义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 近地层及土壤温度调控技术近地层及土壤温度调控技术实习实习2 2：积温的求算：积温的求算 本章重点：本章重点：三基点温度、农业界限温度、活动积温、三基点温度、农业界限温度、活动积温、有效积温、作物的感温性和温周期现象等基本有效积温、作物的感温性和温周期现象等基本概念。概念。积温的求算方法、稳定性分析、改进措施积温的求算方法、稳定性分析、改进措施及其应用，近地层及土壤温度调控技术。及其应用，近地层及土壤温度调控技术。本章难点：本章难点：积温表达形式与求算方法的改进及应用。积温表达形式与求算方法的改进及应用。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 温度是表示物体冷热程度、反映系统分子温度是表示物体冷热程度、反映系统分子运动状态和热量水平的物理量运动状态和热量水平的物理量。植物生化反应的速率与温度之间的关系，植物生化反应的速率与温度之间的关系，比用比用“焦耳焦耳”表示的热量的关系更为密切。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。要求，更能反映气候条件对生物的综合影响。温度测量简单，资料广泛。温度测量简单，资料广泛。1 1、温度（气温、地温和水温）影响农业生、温度（气温、地温和水温）影响农业生物的生理生态特征及地理分布物的生理生态特征及地理分布 ，植物的光合、呼，植物的光合、呼吸及蒸腾等生理过程吸及蒸腾等生理过程 ，生长发育、产量形成及产，生长发育、产量形成及产品的产量与品质等。品的产量与品质等。2 2、气温、地温和水温还间接地通过生物体、气温、地温和水温还间接地通过生物体温对农业生物生命活动及产品生产产生重要影响。温对农业生物生命活动及产品生产产生重要影响。3 3、温度条件还是病虫害发生发展以至蔓延、温度条件还是病虫害发生发展以至蔓延的基本条件之一。的基本条件之一。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，有时也称为温热指数或热量指数。为温热指数或热量指数。积温（积温（详见详见）大豆发育单位（大豆发育单位（D.M.BrownD.M.Brown）S.D.U S.D.U4.95T4.95T0.0829T0.0829T2 240.9140.91式中，式中，T T为日平均气温（为日平均气温（）。利用该指标可以。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。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 THI THI0.55T+0.2T0.55T+0.2Td d+17.5+17.5式中，式中，T T、T Td d分别为干球和露点温度（分别为干球和露点温度（）。）。THITHI被用来研究人类及家畜对温湿度条件的适应性。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（P P84-8684-86）。温湿指数温湿指数 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。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 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，维持生命的温度，最宽最宽 适宜生长的温度，适宜生长的温度，次之次之 保证发育的温度，保证发育的温度，最窄最窄 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 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，即点温度，即三基点温度三基点温度。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。所以在三基点温度之外，还可以确定作物所以在三基点温度之外，还可以确定作物的的受害温度受害温度（受害（受害高温或受害低温）以及高温或受害低温）以及致死致死温度温度（致死高温或致死低温）。这就是通常所（致死高温或致死低温）。这就是通常所说的五基点温度或者七基点温度。说的五基点温度或者七基点温度。三基点、五基点或七基点温度见图三基点、五基点或七基点温度见图2 2。如果温度继续降低或升高，作物就会逐渐如果温度继续降低或升高，作物就会逐渐受到不同程度的危害直至死亡。受到不同程度的危害直至死亡。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 作物作物三、五或七基点温度范围示意图三、五或七基点温度范围示意图 （1 1）有关试验及分析结果）有关试验及分析结果 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342630小麦小麦3 4.520 2230 32油菜油菜4 520 2530 32玉米玉米8 1030 3240 44水稻水稻10 1230 3236 38棉花棉花13 1528352 2、三基点温度的特征、三基点温度的特征 作物生长早期所要求的最适温度作物生长早期所要求的最适温度较较低低些，些，生长盛期较高，到成熟期又生长盛期较高，到成熟期又稍稍低一些。低一些。马铃薯在马铃薯在2525左右时光合作用速率最大左右时光合作用速率最大，呼吸作用要上升到大约呼吸作用要上升到大约4848时才达最大速度时才达最大速度。小麦分蘖节生物学零度远较地上部分低。小麦分蘖节生物学零度远较地上部分低。水稻的早籼稻播种期要求日平均气温稳定水稻的早籼稻播种期要求日平均气温稳定通过通过1212以上，而早粳稻则为以上，而早粳稻则为1010以上。以上。区别区别 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。（2 2）特征）特征 最低、最适、最高温度指标不是一个具体最低、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的数值，而是具有一定的范围，不仅与强度有关，不仅与强度有关，还与作用的持续时间有关。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。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，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。且最低温度与最适温度差值较大。共同特征共同特征 在作物生命过程中，最低温度远较最高在作物生命过程中，最低温度远较最高温度出现的机率大。温度出现的机率大。各种作物的最高温度指标值差异较小，各种作物的最高温度指标值差异较小，而且各种作物的最高温度与最适温度值也比而且各种作物的最高温度与最适温度值也比较接近。较接近。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 计算作物光合生产潜力计算作物光合生产潜力 （3 3）三基点温度的用）三基点温度的用途途 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 0 0；3 3或或5 5；10 10；1515；2020 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。春季生长，春季开始生长。春季00至秋季至秋季00之间的之间的时段即为农耕期。时段即为农耕期。3-3-55：早春作物播种、喜凉作物开始生长、早春作物播种、喜凉作物开始生长、多数树木开始生长。春季多数树木开始生长。春季3(5)3(5)至秋季至秋季3(53(5)之之间时段为冬作物或早春作物的生长期。间时段为冬作物或早春作物的生长期。1 100：春季喜温作物开始播种与生长，喜凉春季喜温作物开始播种与生长，喜凉作物开始迅速生长。开始大于作物开始迅速生长。开始大于1010至开始小至开始小l0l0之间的时段为喜温作物的生长期。之间的时段为喜温作物的生长期。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。1、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，反应速度增加一倍：反应速度增加一倍：21010TTKKQ式中式中K KT T和和K KT+10T+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(mgCOmgCO2 2/dm/dm2 2/hr)/hr)马铃薯马铃薯3030 黄瓜黄瓜20201010 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）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(mgCOmgCO2 2/dm/dm2 2/hr)/hr)4040303020201010 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 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 10 20 30 40 温度温度图图5 5 P/RP/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0.500.500.250.250.000.00 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41.841.87.97.931.031.063.363.3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温度，但呼吸作用的最适温度比光合作用的高。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 （5 5）作物有机物质的增加，取决于光合作用）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所积累的有机物质和呼吸作用所消耗的有机物质之差。之差。（6 6）温度还通过影响植物对无机养分的吸收）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。及植物的蒸腾作用来影响植物的光合作用。（4 4）随着温度的升高，光合作用与呼吸作用）随着温度的升高，光合作用与呼吸作用的比值降低的比值降低。（7 7）温度对作物生长的影响还与作物本身）温度对作物生长的影响还与作物本身的生理机能有关。的生理机能有关。C C3 3植物适宜的温度范围是植物适宜的温度范围是20202525，而，而C C4 4植物适宜的温度范围是植物适宜的温度范围是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。温度条件（前期温度锻炼）密切相关。1 1、引种是丰富地区种质资源，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，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。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 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。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。常用的主要有常用的主要有活动积温活动积温和和有效积温有效积温两种。两种。（1 1）下限温度（生物学零度）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，实际上是际上是作物生长发育的起始温度作物生长发育的起始温度，又称为生物学，又称为生物学零度，用零度，用B表示表示。当日平均气温高于下限温度时。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：niiaTA1 （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效温度 。作物在某时段内有效温度的总和称为有。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：niieBTA1 （3 3）有效积温有效积温 （T Ti iB B；当当T Ti iBB时，时，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用的生物学零度优点：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。以下的无效温度，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不足：统计比较繁琐，往往给分析计算带来一定的困难。一定的困难。有效积温多用于研究作物的发育与热量条件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的定量关系，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。和编制农业气象预报等。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100014001800谷谷 子子170018002200240024002600玉玉 米米21002400250027003000水水 稻稻230026002800350035004100棉棉 花花26003100320036004000 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1010以上活动积温以上活动积温期次期次123456播种播种25/430/410/520/51/610/6始穗始穗6/86/810/816/825/82/9天数天数1039891878584积温积温1471144214571493 1464 1431 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。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具体情况下的推广应用（情况下的推广应用（P P97-9997-99）。）。（6 6）积温的其他种类）积温的其他种类 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 比较简单，即按照前面讲到的积温表达式比较简单，即按照前面讲到的积温表达式求算即可。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。所用所用资料资料 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得：由有效积温表达式可得：neenniinniniiieABTBATnBTBTA111111)(图解法图解法式中，式中，n n 为发育期天数，为发育期天数，1/1/n 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BA1enTTT 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：BnATnBTBTAeniininiiie111)(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=AeAe+Bx+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=AeAe+Bx+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 =AeAe+BxBxn n ，第第n n年或年或第第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值，即：值，即：22222)()(xxnyxxynxxnyxyxeBA 但需要注意的是，我们在进行计算时，但需要注意的是，我们在进行计算时，Ti是活动积温是活动积温，应该把观测资料中低于，应该把观测资料中低于B值的日值的日平均气温剔除，而平均气温剔除，而B值尚未求出，如何处理呢？值尚未求出，如何处理呢？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值；值；b.用最小二乘法求得用最小二乘法求得B值；值；c.用用求得的求得的B值与假定的值与假定的B值进行比较，值进行比较，如果两者相差不超过如果两者相差不超过 1，就认为求得的，就认为求得的B B值值符合要求，如果两者相差甚远，就要重新去符合要求，如果两者相差甚远，就要重新去假定假定B B值进行统计分析计算，如此循环往复，值进行统计分析计算，如此循环往复，直到求出合适的直到求出合适的B B值为止；值为止；d.d.但在实际计算中往往会碰到这样的问题，但在实际计算中往往会碰到这样的问题，如假定如假定B=11B=11时计算的时计算的B=11.7B=11.7，而假定而假定1212时时计算的计算的B=12.5B=12.5 ，这两个假定与计算的这两个假定与计算的B B值误差值误差均在均在1 1之内，究竟哪一个符合要求呢？这应由之内，究竟哪一个符合要求呢？这应由相关系数相关系数r r和剩余方差和剩余方差SrSr来决定，显然应取来决定，显然应取r r较高较高或者或者SrSr较低者。较低者。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，其离差程度最小。偏差法（偏差法（P P102-103102-103）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-1n-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：AcAAAAdninn12111minmax)(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-1n-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（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 28 48 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。1 1、积温的稳定性、积温的稳定性 在试验研究和实际应用中发现，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.采用日平均气温计算，而不考虑气温日变采用日平均气温计算，而不考虑气温日变化带来的误差。化带来的误差。（3 3）人为造成的误差）人为造成的误差 综合各方面的研究，可以认为积温综合各方面的研究，可以认为积温的稳定性是相对的，不稳定是绝对的；的稳定性是相对的，不稳定是绝对的；造成积温不稳定的原因是多方面的；而造成积温不稳定的原因是多方面的；而根据实际情况，对积温表达形式与计算根据实际情况，对积温表达形式与计算方法作必要的改进与修正以后，积温仍方法作必要的改进与修正以后，积温仍不失为一个有效的定量指标。科学工作不失为一个有效的定量指标。科学工作者提出了许多改进方法，使积温得到了者提出了许多改进方法，使积温得到了广泛的应用。广泛的应用。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 依据：光照对感光性强的作物发育速度的依据：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；特别是感光性影响很大，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，当用强的品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，必须积温表示作物发育速度与热量的关系时，必须进行光照订正。进行光照订正。（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，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T T0 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：要求的积温订正为另一光照长度下的积温，即：TTB B=（1+f1+fS S）TTA A 式中，式中，T TA A和和T TB B分别为日平均可照时数分别为日平均可照时数S SA A、S SB B条条件下的积温，件下的积温，S=SS=SA A-S-SB B，f f为日平均可照时数变为日平均可照时数变化化1 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TTA A的比值，对具的比值，对具体品种而言，体品种而言，f 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。夜间温度的高低及日较差的大小等，也会影响到积温的的高低及日较差的大小等，也会影响到积温的稳定性。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：QPKnTMBT1111)()(式中，式中，1/1/n 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 1/0.020 1/n n 0 0 10 15 20 25 30 35 40 10 15 20 25 30 35 40 T(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。称为有效积温变量。用实测资料可以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，的函数，即温度不同对作物发育速度并非等效。即温度不同对作物发育速度并非等效。)1()()()(QPTMBTKTAnBTTA)(在非线性模式中，令：在非线性模式中，令：则上式变为：则上式变为：在有效温度（或温度当量）的基础上，可以在有效温度（或温度当量）的基础上，可以用当量积温改进活动积温，即：用当量积温改进活动积温，即：=K=K（T T）TT式中，式中，为当量积温，为当量积温，T=T=A Aa a为活动积温，为活动积温，K(T)K(T)为温强系数，上式建立了当量积温与活动积为温强系数，上式建立了当量积温与活动积温的联系。温的联系。b.b.当量积温当量积温式中，式中，n n0 0为发育速度最快（温度为为发育速度最快（温度为T T0 0）时的发育期）时的发育期天数。天数。K(T)K(T)可以根据实验资料并按照上式确定。可以根据实验资料并按照上式确定。可见，温强系数是温度对作物发育有效性的可见，温强系数是温度对作物发育有效性的度量，当量积温则反映出积温累积期间平均温度度量，当量积温则反映出积温累积期间平均温度的有效性，其稳定性也较好（的有效性，其稳定性也较好（见见P P111111表表）。）。TTnTK00)(K(T)K(T)的计算公式为：的计算公式为：用播种日期的早晚（含有日照长短的意义）用播种日期的早晚（含有日照长短的意义）和生长前期降水量建立积温的回归方程，对积温和生长前期降水量建立积温的回归方程，对积温指标进行订正，称为动态积温。可用来预测杂交指标进行订正，称为动态积温。可用来预测杂交水稻的亲本（父、母本）花期（水稻的亲本（父、母本）花期（P P111-112111-112）。除了上述三类订正方法外，还有许多种改进除了上述三类订正方法外，还有许多种改进方法。如暗长积量订正法，气温的周期变化比较方法。如暗长积量订正法，气温的周期变化比较量订正法等。量订正法等。（3 3）回归订正回归订正 1 1、农业生物生长发育的积温模式、农业生物生长发育的积温模式 （1 1）叶龄积温模式）叶龄积温模式 小麦叶龄积温模式小麦叶龄积温模式 X=X=a+ba+bTT式中，式中，X X为叶龄，为叶龄，TT为大于为大于0 0的积温，的积温，a a、b b为为待定系数。具体待定系数。具体模式详见教材模式详见教材P P113113表。表。水稻叶龄积温模式水稻叶龄积温模式 N N=a+b a+b LnLn（TT）式中，式中，N N为水稻叶片数，为水稻叶片数，TT为播种到该叶片为播种到该叶片出现时大于出现时大于1010的积温，的积温，a a、b b为待定系数。为待定系数。具体具体模式详见教材模式详见教材P P113113。（2 2）分蘖积温模式分蘖积温模式TmTeYYeYY10式中，式中，Y Y为包括主茎在内的单株茎数，为包括主茎在内的单株茎数，TT为为冬前冬前积温，其它为有关的常数和系数。积温，其它为有关的常数和系数。小麦小麦分蘖积温模式分蘖积温模式 水稻水稻分蘖积温模式分蘖积温模式22)(00)(XXdcfeaaaYX式中，式中，Y YX X为积温为积温X X时单位面积上水稻的总茎数，时单位面积上水稻的总茎数，X X为水稻移栽后为水稻移栽后1010以上的有效积温，其它为以上的有效积温，其它为有关的常数和系数。有关的常数和系数。（3 3）干物质增长积温模式干物质增长积温模式 TbaCeW1式中，式中，W W为干物重，为干物重，TT为为积温，其它为有关的积温，其它为有关的常数和系数。常数和系数。评价地区热量资源优劣评价地区热量资源优劣 鉴定作物热量条件鉴定作物热量条件 评价作物产量和品质评价作物产量和品质 作物引种热量条件分析作物引种热量条件分析 规划种植制度等规划种植制度等 2 2、农业气候热量资源分析、评价与区划、农业气候热量资源分析、评价与区划 作物发育期预报；作物发育期预报；作物病虫害发生、发展预报等。作物病虫害发生、发展预报等。3 3、农业气象预报、农业气象预报 积温与植物发育速度的关系十分密积温与植物发育速度的关系十分密切，但对植物的生长而言，影响的因子切，但对植物的生长而言，影响的因子较为复杂。因此，在扩大积温的应用范较为复杂。因此，在扩大积温的应用范围时，应特别注意积温指标的局限性与围时，应特别注意积温指标的局限性与条件性。条件性。主要内容：主要内容：作物的感温性作物的感温性 温度的昼夜变化与作物的温周期现象温度的昼夜变化与作物的温周期现象 气温日变化对作物生育及产量的影响气温日变化对作物生育及产量的影响 气温日变化对农产品品质的影响气温日变化对农产品品质的影响 1 1、定义、定义 作物存在感温性的原因作物存在感温性的原因 因为不同作物、同一作物不同品种对温度因为不同作物、同一作物不同品种对温度的要求和反应是不同的。的要求和反应是不同的。定义定义 作物品种受到温度的影响表现出发育速度作物品种受到温度的影响表现出发育速度不同的特性，就称为作物品种的感温性。不同的特性，就称为作物品种的感温性。作物品种感温性的强弱通常以高温下能促进作物品种感温性的强弱通常以高温下能促进抽穗的日数即抽穗的日数即高温出穗促进率高温出穗促进率来表示。来表示。一般认为，某品种在高温下能显著地表现出一般认为，某品种在高温下能显著地表现出缩短抽穗日数，则该品种的感温性强，即对温度缩短抽穗日数，则该品种的感温性强，即对温度反应敏感。否则就说品种的感温性弱，对温度的反应敏感。否则就说品种的感温性弱，对温度的反应不敏感。反应不敏感。2 2、衡量作物品种感温性强弱的指标、衡量作物品种感温性强弱的指标 试验用品种数：试验用品种数：120120多个多个 试验地点试验地点 选择地理纬度相近而海拔相差较大的广州、选择地理纬度相近而海拔相差较大的广州、蒙自两地，消除了日照长短的影响，而突出了温蒙自两地，消除了日照长短的影响，而突出了温度高低的作用。两地基本情况如下：度高低的作用。两地基本情况如下：地点地点 纬度纬度 海拔海拔 播期播期 出苗出苗-抽穗均温抽穗均温 广州广州 23 2308 8.8 08 8.8 m 19/3 24.5 m 19/3 24.5 蒙自蒙自 23 2320201300 m 16/3 22.31300 m 16/3 22.3 3 3、水稻品种感温性试验简介水稻品种感温性试验简介 高温出穗促进率的计算及感温性分级高温出穗促进率的计算及感温性分级 （蒙自（蒙自-广州）的出穗日数广州）的出穗日数 高温出穗促进率高温出穗促进率=*100%100%蒙自的出穗日数蒙自的出穗日数 根据计算结果，把我国水稻品种的感温性根据计算结果，把我国水稻品种的感温性分为分为9 9个等级（个等级（P P118118表表）。）。由表可知，所有的水稻品种都是感温的，由表可知，所有的水稻品种都是感温的，晚稻感温性比中稻强，中稻感温性比早稻强。晚稻感温性比中稻强，中稻感温性比早稻强。有些作物（如小麦）在其生长发育过程中，有些作物（如小麦）在其生长发育过程中，需要一定的低温环境或低温刺激，才能完成由需要一定的低温环境或低温刺激，才能完成由生长向发育的转化，否则就不能正常抽穗结实。生长向发育的转化，否则就不能正常抽穗结实。不同的小麦类型，在不同的小麦类型，在春化阶段春化阶段需要不同的需要不同的低温值和持续时间（低温值和持续时间（P P119119表表）。）。4 4、作物感温性的另一特点、作物感温性的另一特点 低温效应低温效应 1 1、定义、定义 作物的生长发育对气温周期性变化的反应作物的生长发育对气温周期性变化的反应称为作物的温周期现象。称为作物的温周期现象。温周期现象是作物对温度节律性变化规律温周期现象是作物对温度节律性变化规律的适应。的适应。作物为了完成其生长发育进程，必须经历作物为了完成其生长发育进程，必须经历所需要的昼温与夜温交替的日温周期。且在生长所需要的昼温与夜温交替的日温周期。且在生长季节，夜温不能保持常数，应随作物生长发育的季节，夜温不能保持常数，应随作物生长发育的 状况而变化。状况而变化。在光温周期两个现象中，在某些情况下，在光温周期两个现象中，在某些情况下，温周期现象可能是主要的。温周期现象可能是主要的。2 2、温特的研究结论、温特的研究结论 不同作物的日温周期是不同的不同作物的日温周期是不同的 。如原产。如原产热带的作物适应昼夜温度教高、振幅较小的日温热带的作物适应昼夜温度教高、振幅较小的日温周期；而原产温带的作物则适应昼温较高、夜温周期；而原产温带的作物则适应昼温较高、夜温较低、振幅较大的日温周期。较低、振幅较大的日温周期。另外，另外，国内有关试验结果也证明了这一点。国内有关试验结果也证明了这一点。（余优森，（余优森，19861986，P P119119图图）植物的日温周期现象，是大多数植物尤其植物的日温周期现象，是大多数植物尤其是农作物所共有的普遍现象。是农作物所共有的普遍现象。1 1、对种子发芽的影响、对种子发芽的影响 研究表明，不同作物发芽对温度高低及日研究表明，不同作物发芽对温度高低及日较差大小的要求不同，喜凉作物发芽要求的温较差大小的要求不同，喜凉作物发芽要求的温度相对较低，平均温度太高或日变化中的高温度相对较低，平均温度太高或日变化中的高温部分对其发芽不利；而喜热作物则刚好相反。部分对其发芽不利；而喜热作物则刚好相反。见教材见教材P P119-121119-121有关表格及说明。有关表格及说明。昼夜变温对作物生长有明显的促进作用。昼夜变温对作物生长有明显的促进作用。日间气温高使长日照作物发育速度加快，日间气温高使长日照作物发育速度加快，夜间气温高使短日照作物发育速度加快。夜间气温高使短日照作物发育速度加快。昼、夜温度适宜且配合好可大大降低水稻昼、夜温度适宜且配合好可大大降低水稻花粉的不孕率。花粉的不孕率。见教材见教材P P120-122120-122有关图表及说明有关图表及说明 2 2、对作物生长发育的影响、对作物生长发育的影响 小麦灌浆速度与白天、夜间的平均温度均小麦灌浆速度与白天、夜间的平均温度均呈二次曲线关系，昼夜温度适宜且配合好对灌浆呈二次曲线关系，昼夜温度适宜且配合好对灌浆最为有利。最为有利。昼夜温差大，千粒重增加，作物产量高。昼夜温差大，千粒重增加，作物产量高。高低温配合好而不仅仅是日较差大，才是高低温配合好而不仅仅是日较差大，才是拉萨春小麦产量高于北京的一个重要原因。拉萨春小麦产量高于北京的一个重要原因。见教材见教材P P123-125123-125有关图表及说明。有关图表及说明。3 3、对产量形成的影响、对产量形成的影响 气温日变化（或昼夜变温）对作物生长发育气温日变化（或昼夜变温）对作物生长发育和产量形成有很大影响，更重要的是在一定日平和产量形成有很大影响，更重要的是在一定日平均气温水平上的气温日变化的影响，这实际上是均气温水平上的气温日变化的影响，这实际上是日温周期的有效性问题。日温周期的有效性问题。在日温周期的振幅有效范围内是为有利；而在日温周期的振幅有效范围内是为有利；而如果超出作物所需的最高、最低界限温度时，则如果超出作物所需的最高、最低界限温度时，则会成为无效温度，不仅不利，反而会造成伤害。会成为无效温度，不仅不利，反而会造成伤害。4 4、主要结论、主要结论 气温日变化还会影响到植物分布的北界或气温日变化还会影响到植物分布的北界或上界。上界。如森林北界位置在大陆性气候条件下比如森林北界位置在大陆性气候条件下比在海洋性气候条件下向北延伸在海洋性气候条件下向北延伸1010个纬度；而大个纬度；而大陆性气候较强的山区森林分布通常要比海洋性陆性气候较强的山区森林分布通常要比海洋性气候较强的山区高得多。气候较强的山区高得多。原因是虽然北界或上界的平均温度降低了，原因是虽然北界或上界的平均温度降低了，但其日较差大，有利于干物质的积累，可满足但其日较差大，有利于干物质的积累，可满足树木生长发育的需求。树木生长发育的需求。1 1、事实、事实 北方的作物与南方的同一种作物相比，不仅北方的作物与南方的同一种作物相比，不仅其产量高，而且好吃。原因是北方作物的含糖量其产量高，而且好吃。原因是北方作物的含糖量和蛋白质含量都比较高。和蛋白质含量都比较高。2 2、气候原因、气候原因 北方或大陆性气候较强地区气温日较差大。北方或大陆性