植物生態(tài)學(xué)(第三章)(2)

1、2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)1植植 物物 生生 態(tài)態(tài) 學(xué)學(xué) 第三章第三章 植物生理生態(tài)學(xué)植物生理生態(tài)學(xué)劉應(yīng)迪劉應(yīng)迪 Ph. D., Prof. 2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)2第三節(jié)第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響溫度因子對(duì)植物的影響 本節(jié)內(nèi)容提要一、溫度因子的生態(tài)意義二、溫度因子的變化三、植物的感溫性四、晝夜變溫與溫周期五、物候六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)七、高溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)九、植物需要溫度量及其確定方法2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)3第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響一、溫度因子的生態(tài)意義一、溫度因子的生態(tài)意義n首先，溫度是一種無

2、時(shí)無處不在起作用的生態(tài)因子，任何生物都是生活在一定溫度的環(huán)境之中，并承受著溫度變化的影響。n這是因?yàn)樯矬w內(nèi)的生物化學(xué)過程必須在一定的溫度范圍內(nèi)才能正常進(jìn)行。一般來說，在一定的溫度范圍內(nèi)，生理生化反應(yīng)速度和生物體的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)隨著溫度升高而加快。而當(dāng)環(huán)境溫度高于或低于生物所能忍受的溫度范圍時(shí)，生物的生長(zhǎng)發(fā)育就會(huì)受阻，甚至死亡。溫度對(duì)生物的作用還在于溫度的變化能夠引起環(huán)境中其他生態(tài)因子的改變，如引起濕度、降水和風(fēng)等的改變。這是溫度對(duì)生物的間接影響。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)4第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響二、溫度因子的變化：二、溫度因子的變化：空間上的變化規(guī)律空間上的變化規(guī)律n緯

3、度：決定一個(gè)地區(qū)太陽入射高度角的大小及晝夜的長(zhǎng)短，從而決定太陽輻射量的多少。低緯度地區(qū)太陽角度大，輻射量大，晝夜長(zhǎng)短和溫度的季節(jié)差異均較小。緯度每增加1度，年均氣溫約降低0.5度。因此從赤道到北極可以分為熱帶、亞熱帶、溫帶和寒帶。n海陸位置（經(jīng)度）：我國(guó)位于歐亞大陸東南部，東面是太平洋，南面距印度洋不遠(yuǎn)，西面和北面都是廣闊的大陸。這一海陸位置決定了我國(guó)季風(fēng)氣候的基本特點(diǎn)。并且東南面多屬于海洋性氣候，從東南向西北，大陸性氣候（夏季炎熱，冬季嚴(yán)寒）逐步增強(qiáng)。n海拔高度：海拔每升高100米，氣溫下降0.5-0.6度。坡向：不同坡向的熱量分配是不均勻的。氣溫和土壤溫度均以南坡和西南坡較高。2022-1

4、-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)5第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響二、溫度因子的變化：二、溫度因子的變化：時(shí)間上的變化規(guī)律時(shí)間上的變化規(guī)律n季節(jié)變化：太陽高度角的變化是形成一年四季（春夏秋冬）溫度變化的根本原因。溫度年較差（年變幅）是指一年內(nèi)最熱月與最冷月平均溫度的差值。年變幅的大小是受緯度、海陸位置（經(jīng)度）和海拔高度的控制的。晝夜變化：氣溫日變化是指一天中氣溫的變化，一般在日出前氣溫最低，日出以后上升，到13-14點(diǎn)左右達(dá)到最高值。以后溫度下降。氣溫日較差（晝夜變幅）是指晝夜間最高氣溫和最低氣溫之間的差值。晝夜變幅的大小也是受緯度、海陸位置（經(jīng)度）和海拔高度的控制的。2022-1-29植物生態(tài)

5、學(xué) 第三章 生理生態(tài)6第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響三、植物的感溫性三、植物的感溫性n溫度三基點(diǎn)：植物生活在一定溫度的環(huán)境之中，并承受著溫度變化的影響。植物所需要的溫度環(huán)境，包括所謂最適點(diǎn)、最低點(diǎn)和最高點(diǎn)。春化作用：有些植物，尤其是起源于北方和高海拔地區(qū)的植物，種子必須經(jīng)過一定時(shí)期的低溫刺激后才能發(fā)芽（如明黨參、牡丹和芍藥等）。還有些植物，如小麥，必須經(jīng)過一定時(shí)期的低溫刺激，才能從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)到生殖生長(zhǎng)。這種需要低溫刺激才能開花的過程，就是春化作用。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)7第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響三、植物的感溫性三、植物的感溫性溫度三基點(diǎn)2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第

6、三章 生理生態(tài)8第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響三、植物的感溫性三、植物的感溫性n一般情況下，當(dāng)環(huán)境溫度超過最低點(diǎn)范圍后，隨著溫度升高，植物生長(zhǎng)發(fā)育加快，發(fā)育周期縮短。如玉米幼苗生長(zhǎng)與溫度的關(guān)系。植物生長(zhǎng)與溫度的這種依賴關(guān)系，喜溫植物比耐低溫植物更加明顯。溫暖的環(huán)境有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育，但溫度過高卻會(huì)限制植物產(chǎn)量，影響產(chǎn)品品質(zhì)。比如果實(shí)成熟期間如果有足夠的溫度，則果實(shí)含糖量高，味甜，著色好（如廣東和湖南的柑橘、吐魯番的葡萄等）。但溫度過高則果實(shí)變小，維生素C含量降低，品質(zhì)下降。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)9第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響三、植物的感溫性三、植物的感溫性2022-1-

7、29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)10第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響四、晝夜變溫與溫周期四、晝夜變溫與溫周期n溫度的日變化對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)品品質(zhì)有很大的影響。植物對(duì)于溫度晝夜變化的適應(yīng)，稱為溫周期。n變溫對(duì)植物有利，是因?yàn)榘滋爝m當(dāng)高溫有利于光合作用，夜間適當(dāng)?shù)蜏亟档秃粑饔孟?，凈積累增加。例如黃豆在28/12度時(shí)，白天固定的CO2是夜間釋放量的15倍。小麥在25/10度比在25/20度時(shí)提高產(chǎn)量42。因此在一定范圍內(nèi)，晝夜溫差越大，植物產(chǎn)量越高，質(zhì)量越好。變溫與生長(zhǎng)：晝夜變溫對(duì)植物生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用。但是晝夜溫差只有在夜溫不降低太多時(shí)才有作用。例如番茄幼苗，以白天26.5和夜溫17度為最

8、適，如果夜溫過低則植物生長(zhǎng)迅速下降。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)11第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響四、晝夜變溫四、晝夜變溫與溫周期與溫周期2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)12第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響五、物候五、物候1. 什么叫物候和物候期？影響因素是什么？什么叫物候和物候期？影響因素是什么？n植物長(zhǎng)期適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境中寒暑節(jié)律變化，形成了與此相適應(yīng)的生長(zhǎng)發(fā)育節(jié)律，特稱為物候。如大多數(shù)植物當(dāng)春季溫度回升開始發(fā)芽、生長(zhǎng)，之后現(xiàn)蕾，夏秋高溫季節(jié)開花結(jié)實(shí)，秋末條件下落葉，冬季進(jìn)入休眠。這些特異的發(fā)育階段稱為物候期。n植物的物候期受當(dāng)?shù)貧夂颍ㄖ饕菧囟龋┑挠绊?，而氣候又受?/p>

9、于該地區(qū)緯度、海陸位置（經(jīng)度）和地形（海拔高度）等因素的影響。因此，物候期最終還是受緯度、海陸位置和海拔高度的影響。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)13第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響 五、物候五、物候2. 霍普金斯物候定律霍普金斯物候定律n美國(guó)人霍普金斯（A. D. Hopkins）根據(jù)植物物候與當(dāng)?shù)貧夂虻年P(guān)系，從分析大量植物物候材料中得出：在其他因素相同的條件下，北美洲溫帶地區(qū)每向北一個(gè)緯度，向東5個(gè)經(jīng)度，或上升400英尺，植物的發(fā)育階段在春天和初夏各延遲4天；在秋天則相反，即向北一個(gè)緯度，向東5個(gè)經(jīng)度，或上升400英尺，植物的發(fā)育階段各提早4天。這就是著名的霍普金斯物候定律。2

10、022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)14第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響 五、物候五、物候2. 霍普金斯物候定律霍普金斯物候定律n霍普金斯物候定律主要根據(jù)美國(guó)的具體情況制定的，當(dāng)應(yīng)用于其他地區(qū)時(shí)，必須進(jìn)行修正。n比如英國(guó)從南（英格蘭）到北（蘇格蘭）每增加一個(gè)緯度，物候相差3.7天。n德國(guó)從南到北每增加一個(gè)緯度，夏季的物候相差為4天，但是春季僅相差2天。北歐國(guó)家挪威每一緯度南北物候差異在四月為4.3天，五月為2.3天，六月為1.5天，七月只相差0.5天。由此可見，南北物候差異不僅因地而異，而且因時(shí)而不同。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)15第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響 五、物候

11、五、物候2. 霍普金斯物候定律霍普金斯物候定律n我國(guó)地處世界最大陸地亞洲的東部，大陸性氣候十分顯著，冬季寒冷，夏季炎熱，冬季南北氣溫相差特別大，但夏季相差無幾。因此，植物物候期呈現(xiàn)出十分復(fù)雜的變化格局。n例如我國(guó)初春桃始花的等物候線。廣東沿海至北緯26度福州贛州一線，緯度相差5度，物候期相差50天之多，即每一個(gè)緯度相差10天。n但該區(qū)以北情形復(fù)雜，如南京和北京之間緯度相差7度，物候期相差19天，每一緯度僅差2.7天（如用長(zhǎng)沙和北京比，每一緯度相差約4天） 。但是到了四月和五月間，柳絮飛，洋槐開花是，南京北京之間的物候期差異只有9天，每一緯度僅差1.3天。我國(guó)物候緯向差異的原因之一是受冬季和早春

12、寒流影響。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)16第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響 五、物候五、物候2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)17第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響 五、物候五、物候經(jīng)度對(duì)物候期的影響主要體現(xiàn)在海陸位置和大陸性氣候的強(qiáng)弱方面，凡大陸性氣候經(jīng)度對(duì)物候期的影響主要體現(xiàn)在海陸位置和大陸性氣候的強(qiáng)弱方面，凡大陸性氣候較強(qiáng)的地區(qū)，冬季嚴(yán)寒，夏季酷暑；反之，海洋性氣候較強(qiáng)的地區(qū)，冬季溫涼，夏較強(qiáng)的地區(qū)，冬季嚴(yán)寒，夏季酷暑；反之，海洋性氣候較強(qiáng)的地區(qū)，冬季溫涼，夏季暖熱。例如中歐北部從西到東離海漸遠(yuǎn)，大陸性氣候逐漸加強(qiáng)。同一緯度初春東季暖熱。例如中歐北部從西到東離海漸遠(yuǎn)，

13、大陸性氣候逐漸加強(qiáng)。同一緯度初春東部比西部冷，而到初夏則東部比西部熱。因此物候線顯示出不同的變化特點(diǎn)。部比西部冷，而到初夏則東部比西部熱。因此物候線顯示出不同的變化特點(diǎn)。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)18第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響五、物候五、物候n海拔高度對(duì)物候期的影響：在春季，一般海拔越低，溫度越高，植物發(fā)育越早，物候期越早；秋季則相反。以川北阿壩藏族自治州的調(diào)查為例，6月3日，海拔3600m處水溝尚結(jié)冰；2700m處小麥處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段；1530m處小麥將近黃熟；1360m處麥子已經(jīng)收割，正忙于打麥；780m處小麥已收割完畢。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)

14、19第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)n寒流或夜間輻射降溫引起的低溫，能嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，甚至引起植物的死亡。n勢(shì)力強(qiáng)大的冷氣團(tuán)由北向南移行，引起溫度大幅度下降，這就是寒流（寒潮）。它一般發(fā)源于西北利亞北部的北冰洋及其附近。侵入我國(guó)的寒流大致有3條路線（如圖4-8）。寒流一般發(fā)生在冬季，但是春秋也有發(fā)生，甚至夏季也偶有寒流的入侵。雖然春夏秋的寒流強(qiáng)度和頻率不及冬季，但對(duì)植物的傷害比冬季更大。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)20第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)六、低溫的生態(tài)作用與植物的

15、生態(tài)適應(yīng)n臨界溫度：凡低于某一溫度，植物就受害，這種溫度稱為“臨界溫度”或“生物學(xué)零度”。低于臨界溫度，溫度下降越低，植物受害越重。n臨界時(shí)間：臨界溫度或低于臨界溫度的條件下，使植物受害的最短時(shí)間為“臨界時(shí)間”。超過此時(shí)間，低溫的時(shí)間越長(zhǎng)，植物受害越重。n低溫發(fā)生季節(jié)和降溫速度等也能影響植物受害的嚴(yán)重程度。植物受低溫受害的程度還決定于植物種（品種）及其不同發(fā)育階段的抗低溫能力。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)21第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)n低溫對(duì)植物的傷害，根據(jù)其傷害溫度的高低和傷害原因，可以分為寒害、霜害和凍

16、害三種。n寒害（冷害）：是指零度以上的低溫對(duì)植物造成的受害。寒害受害的主要是喜溫植物，如我國(guó)南部的橡膠、檳榔和椰子等。n霜害：由于霜的出現(xiàn)而使得植物受害稱為霜害。但霜害實(shí)際上并非霜本身對(duì)植物的霜害，而是伴隨霜而來的低溫凍害，所以實(shí)際上可以歸結(jié)在凍害的范疇。凍害：是指植物體冷卻降溫到冰點(diǎn)以下，使得細(xì)胞間隙甚至細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰所引起的傷害。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)22第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)六、低溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)n植物的抗低溫特性植物的抗低溫特性n御寒（形態(tài)適應(yīng)）：高緯度和高山植物一般體表覆蓋蠟粉和密毛，樹皮有發(fā)達(dá)的木栓組織，植物體

17、矮小，常匍匐、墊狀或蓮座狀，具有鱗芽等等。n抗寒（生理適應(yīng)）：通過改變?cè)|(zhì)特性來提高抵抗低溫的能力。一方面細(xì)胞中水分減少，細(xì)胞液濃度增加；另一方面淀粉水解，細(xì)胞液中可溶性糖濃度上升。實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞內(nèi)糖類、脂肪和色素等物質(zhì)的增加，能降低植物的冰點(diǎn)，防止原生質(zhì)萎縮和蛋白質(zhì)的凝固。逃避（生活史適應(yīng)）：通過落葉、休眠、產(chǎn)生種子和地下莖等方式度過低溫期。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)23第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響七、高溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)七、高溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)n高溫對(duì)植物的傷害高溫對(duì)植物的傷害n高溫主要破壞植物光合作用和呼吸作用平衡，植物因長(zhǎng)期饑餓而死亡。一般植物

18、在40度時(shí)同化作用接近于零，但呼吸作用直到50度時(shí)仍然很強(qiáng)，植物如果長(zhǎng)期處于這種情況下就會(huì)死亡。n高溫還可以通過促進(jìn)蒸騰作用而破壞水分平衡，使植物器官或組織失水萎蔫。n高溫還能加速植物的生長(zhǎng)發(fā)育，縮短植物的整個(gè)生育期，使植物的生長(zhǎng)量相應(yīng)減少。n高溫能促進(jìn)葉片過早衰老，較少有效葉面積。n高溫還能使蛋白質(zhì)凝固（50度）和導(dǎo)致有害代謝產(chǎn)物（如氨）的積累而使植物中毒。高溫對(duì)植物體各部分的直接灼傷，造成潰爛，病蟲害入侵等。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)24第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響八、高溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)八、高溫的生態(tài)作用與植物的生態(tài)適應(yīng)n植物的抗高溫特性及其適應(yīng)性植物的抗高

19、溫特性及其適應(yīng)性n植物對(duì)高溫的適應(yīng)性與其原產(chǎn)地相關(guān)。如有些種類的藍(lán)藻能生長(zhǎng)在70C的溫泉中，許多熱帶沙漠中生長(zhǎng)的仙人掌在5060C的高溫環(huán)境中也不受害。n同一種植物的不同發(fā)育階段抗高溫的能力也不同。植物休眠期抗高溫能力最強(qiáng)，生長(zhǎng)期（尤其是幼苗期）較弱。植物開花受精期對(duì)高溫最敏感，稱為高溫臨界期。植物抗高溫能力也是來自自身的生態(tài)適應(yīng)，即從形態(tài)和生理兩個(gè)方面對(duì)高溫的適應(yīng)（與抗低溫類似）。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)25第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響九、植物需要溫度量及其確定方法九、植物需要溫度量及其確定方法（一）農(nóng)業(yè)指示溫度（一）農(nóng)業(yè)指示溫度n某些溫度對(duì)于一些作物的生長(zhǎng)發(fā)育以及農(nóng)事

20、節(jié)令的開始和結(jié)束具有密切關(guān)系，這類溫度稱之為農(nóng)業(yè)指示溫度農(nóng)業(yè)指示溫度。n農(nóng)業(yè)指示溫度常常用高于5C或6C、10C、以上日數(shù)，以及無霜期長(zhǎng)短來表示。n在溫帶地區(qū)，日平均氣溫5（6）C在春秋季出現(xiàn)的日期，與作物和大多數(shù)木本植物生長(zhǎng)期的開始和結(jié)束相一致。因此一年中高于5（6）C的日數(shù)稱為生長(zhǎng)日數(shù)或生長(zhǎng)期生長(zhǎng)日數(shù)或生長(zhǎng)期。一般東北很短，有些地方還不到5個(gè)月；華北平原為240260天；長(zhǎng)江流域到江南一般為280340天。2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)26第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響九、植物需要溫度量及其確定方法九、植物需要溫度量及其確定方法（一）農(nóng)業(yè)指示溫度（一）農(nóng)業(yè)指示溫度050100

21、150200250300350嫩江沈陽北京開封南京上海長(zhǎng)沙西安烏魯木齊成都貴陽拉薩日均溫日均溫5C日均溫日均溫6C無霜期無霜期2022-1-29植物生態(tài)學(xué) 第三章 生理生態(tài)27第三節(jié) 溫度因子對(duì)植物的影響九、植物需要溫度量及其確定方法九、植物需要溫度量及其確定方法（一）農(nóng)業(yè)指示溫度（一）農(nóng)業(yè)指示溫度n日均氣溫高于10C是一般春播作物如玉米等開始生長(zhǎng)期，也是許多溫帶植物生長(zhǎng)活躍期。如果霜凍和低溫發(fā)生在春季10C出現(xiàn)以后或者秋季10C出現(xiàn)以前，那么霜凍和低溫對(duì)植物的傷害就特別嚴(yán)重。n日均氣溫高于15C是喜溫植物（水稻棉花等）開始生長(zhǎng)的溫度，高于15C的日數(shù)也是喜溫植物的生長(zhǎng)期。武夷山、南嶺以南和云貴高原南部，15C的持續(xù)期在240300天以上，農(nóng)作物可以一年3熟，是熱帶作物栽培區(qū)；川江河谷、兩廣平原和橫斷山脈15C的持續(xù)期在240天以上，可以栽培亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物。在我國(guó)東部地區(qū)，緯度增加一度，15C的持續(xù)期縮短7.3天。黑龍江北部和青藏高原15C的持續(xù)期只有4080天。