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溫度與玉米生長速度的關係

　

應用：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。

　

換算成溫度與生長速率（1/T）：

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, T_b) 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(θ_T)，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：

θ_T = (T₁-T_b) + (T₂ -T_b) +...+ (T_t -T_b) = (T -T_b)t

由上式，1/t =(T - T_b) /θ_T =(-T_b /θ_T) + T(1/θ_T) ，即

1/t = K + (1/θ_T) 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 - (θ_T × 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/θ_T2) T

兩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(θ_T)，高於最適溫(supra-optimum) 的範圍也有其生育積熱(θ_T2)以及最頂溫(ceiling temperature, Tc )，其數值恰好是θ_T2 × 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

以下兩圖出自：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：

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)

　

溫度與穀粒的發育

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

 

　

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

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答案1：因為32天前(葉齡8)頂 端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，將頂端分生組織頂出土，之後才受氣溫的影響。

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