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  作物學各論               玉米

發育階段   溫度與發育   光照/水分與生產

溫度與玉米生長速度的關係

 

用:預測玉米各發育階段的可能時間,以便調整栽培措施,預測產期。

積熱(thermal-time)或熱單位(thermal-unit):

植物發育過程,每日平均溫扣除基礎溫度後,累計至一定值,就達到某發育階段,則該定值為該發育階段所需的積熱,單位為度日(degree-day)。理論基礎

我國玉米栽培手冊通常註明生長所需天數,只是概述,會因每年實際溫度的變動而有所不同。應改為積熱。

●  Why are degree days important for crop management?

 

積熱簡易測算實例

Warrington, I.J. and E.T. Kanemasu 1983 Corn growth response to temperature and photoperiod. I. Seedling emergence, -tassel initiation, and anthesis. Agronomy Journal, 75:749-754.

方法:在18個控溫溫室(生長箱)中栽培。平均溫度範圍15-35.5℃。

品種:`XL45'

調查生長所需日數:各溫度下播種到萌芽,播種到雄穗分化(鏡檢),播種到開花(雄花開穎)所需日數。

結果:播種到開花所需日數(其餘見原文)

 

基本數據:溫度越高,所需日數(T)越少。

thermo1.gif (3703 bytes)

 

換算成溫度與生長速率(1/T):

thermo2.gif (5097 bytes)

在28度以下,溫度(X)越高,速率(Y)越高;超過28度則相反。因此28度是生長速率(播種到開花)的最適溫。

最適溫以下的直線關係為:Y = 0.001225X - 0.00834 (r 2 = 0.98)。播種到開花的積熱 = 1/0.001225 = 816(degree-day)。基礎溫 = 0.00834 / 0.001225 = 6.8 度。

 

如何簡單預測品種`XL45´生長所需日數?

若長在恆溫下,每天皆為20度。則:播種到開花所需日數 = 816 / (20-6.8) = 61.8天。

若是田間栽培:每天平均溫度扣除基礎溫,累積到816時就會開花。若平均溫低於基礎溫當天所累積的溫度為0,若平均溫高於最適溫,則或是算為28度,或是另求高溫範圍的迴歸方程式,再行計算。

 

問題:

  1. 某新欲成的甜玉米雜交種,如何訂出該品種播種到收穫所需的積熱?

  2. 此計算方法的缺失為荷?如何改進?

 

理論基礎

溫度與生物的生長速度皆有一定的量的關係,而可以用數學模式來適配、預測。在植物的生長上,有所謂基礎溫(base temperature, Tb) 的假設,認為溫度與植物的生長,包括發芽,的數學關係僅限於高於基礎溫的部份。例如某種子發芽的基礎溫為4℃,則在6℃下經過一天,實際上只經歷了2℃;在12℃下實際上就經歷了8℃;而在2或4℃下一天,對於該種子都一樣,等於沒有任何生長。

由基礎溫的概念衍生了積熱(thermal time) 的計算方法。所謂積熱(θT),即是農作物生育時期每天溫度(T)扣除基礎溫後所得的溫度,一直累積達到某個生育階段當天(t)為止。發芽積熱的單位是度-日,在恆溫下以方程式表示:

θT = (T1-Tb) + (T2 -Tb) +...+ (Tt -Tb) = (T -Tb)t

由上式,1/t =(T - Tb) /θT =(-Tb /θT) + T(1/θT) ,即

1/t = K + (1/θT) T

也就是說生育速率(時間的倒數,即1/t)與溫度間呈限直線關係,該直線在縱軸的截距是K,積熱恰好是斜率的倒數,基礎溫(永不能發芽的溫度,即t無限大,或是1/t = 0時) 剛好是 - (θT × K)!然而,若溫度一直升高,生育速率逐漸下降,此時將生育速率與溫度進行相同的運算,可以發現在高溫區兩者呈相反的驅勢,用方程式表示即

1/t = K" - (1/θT2) T

條直線經外插法可以相接,相接處為所有溫度範圍中生育速率的最高點,也就是生育速率的最適溫。低於最適溫(sub-optimum) 的範圍可以計算基礎溫與發芽積熱(θT),高於最適溫(supra-optimum) 的範圍也有其生育積熱(θT2)以及最頂溫(ceiling temperature, Tc ),其數值恰好是θT2 × K"。最頂溫最前面第2圖最適溫之後的直線延伸與橫坐標交接處,不宜稱為最高溫。同樣的,基礎溫也不等於生育的最低溫。

 

 

 

溫度與發育速率

下兩圖出自:Brouwer et al., (1970) in (UNESCO) Plant Response to Climate Factors. p.169-174.

溫度與葉齡的演進成正比,溫度高時,生長快:

wpe22.jpg (17878 bytes)

但是,下圖中為何在25/15的溫度下,生長速度先慢而後快?(答案)

wpe24.jpg (20727 bytes)

 

溫度與穀粒的發育

下圖出自:Jones, et al., (1981) Crop Sci., 21:761-766.

wpe21.jpg (12987 bytes) 

 

溫度與日長對玉米生育時期的影響(Chase & Nanda, 1967, Crop Sci., 7:431-432)

品種

Illinois
五月種植

高溫長日

Florida
九月種植

高溫短日

Florida
十一月種植

低溫短日

.

葉數

受粉前日數

葉數

受粉前日數

葉數

受粉前日數

1

16.2

61.0

11.9

43.6

12.7

58.7

2

17.0

63.9

12.9

46.9

13.8

63.9

3

18.0

65.2

13.1

48.2

13.5

65.0

4

18.6

69.2

14.4

52.7

16.0

74.2

5

18.5

67.9

13.6

50.4

15.3

70.0

6

18.1

66.4

13.0

50.3

14.3

68.6

7

18.9

68.8

14.0

51.9

15.6

71.4

8

19.1

70.7

14.4

54.0

15.4

74.0

9

19.0

72.9

14.0

56.0

15.4

76.2

10

19.1

71.8

14.6

56.6

16.1

77.5

11

19.0

73.2

15.5

59.6

16.0

80.3

12

21.5

76.8

16.4

60.2

18.2

84.1

13

19.4

73.3

15.1

59.5

16.3

80.6

14

20.7

75.6

15.4

59.8

17.1

80.3

15

21.4

81.4

16.4

65.1

17.9

87.4

16

22.5

84.3

17.4

66.1

18.5

87.3

17

23.9

86.1

17.4

68.7

19.4

89.1

18

24.0

87.6

17.4

68.6

20.0

89.6

19

22.9

85.2

17.6

64.8

18.6

87.1

20

24.4

92.5

18.2

67.6

18.6

88.2

21

25.5

92.3

18.3

69.6

19.5

89.2

葉數

16.2-25.5

.

11.9-18.3

.

12.7-19.5

.

受粉前日數

.

61-92.3

.

43.6-69.7

.

58.7-89.5

葉片展出速率 (天/葉)

3.7

3.6

4.6


 

 

 

 

 

 

 

答案1:因為32天前(葉齡8)頂芽分生組織尚在土中因此受土溫的影響,其後由於莖節間的伸長出土才受氣溫的影響。

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