Что такое сумма эффективных температур для растений

Тепловой режим почв

Тепловой режим почв — совокупность процессов поступления и отдачи тепла почвой, его распространения и влияния на растения.

Относится к космическим факторам жизни растений. Основным источником тепла на Земле является лучистая энергия Солнца, преобразующаяся в тепло. К источникам тепловой энергия также относятся: тепло, передаваемое атмосферным воздухом, разложение органического вещества почвы, внутреннее тепло планеты, радиоактивные процессы почвы. Последние два источника тепла пренебрежимо малы. Доля тепла, получаемая от атмосферного воздуха также незначительна, хотя иногда оказывает некоторое влияние, например, при перемещении теплых воздушных масс.

Как правило, выделение тепла микроорганизма не оказывает заметного влияния на тепловой режим. Однако, при разложении «концентрированных» органических веществ, например, навоза, за счет микробиологической деятельности температура может повышаться до 40-60 °С. На этом принципе основаны так называемые «теплые грядки».

Навигация

Роль тепла в жизни растений

Тепловая энергия является фактором протекания физиологических и биохимических процессов в растениях. При низких температурах некоторые процессы сильно затормаживаются, а в других случаях — не начинаются.

Потребность растений в тепле различна. Отличия проявляются не только у разных видов, но и у одной и той же культуры в разные фазы развития.

Таблица. Требования полевых культур к теплу 1 Основы технологии сельскохозяйственного производства. Земледелие и растениеводство. Под ред. В.С. Никляева. — М.: «Былина», 2000. — 555 с.

В зависимости от физиологической реакции растений различают:

1. минимальную температуру — температура, ниже которой физиологические процессы не происходят;
2. оптимальную температуру — температура, при которой рост и развитие растения протекают наиболее быстро;
3. максимальную температуру — температура, выше которых растения резко снижают продуктивность, вплоть до гибели.

Каждая фаза роста и развития характеризуется своими минимальными, оптимальными и максимальными температурами.

Повышение температуры почвы прямо влияет на скорость роста растений. Например, семена ржи прорастают при температуре 4-5 °С в течение 4-х дней, при 16 °С — за сутки. Данное свойства должно учитываться при выборе сроков посева таким образом, чтобы не допустить посев в холодную почву, в которой семена будут долго лежать, не прорастая, с вероятностью загнивания.

Корневая система также реагирует на температуру почвы. Её рост протекает более энергично при относительно невысокой температуре. Так, корневая система овса при температуре почвы 12-14 °С была в 1,5 раза меньше, чем при 6-8 °С. Наибольшая масса клубней картофеля формируется при температуре не более 15-20 °С.

Для хорошего роста корней температура почвы должна быть немного ниже температуры воздуха надземной части растения. Для конопли при появлении всходов минимальная температура почвы равна 2-3 °С, для яровых зерновых и гороха — 4-5 °С.

Формирование репродуктивных органов происходит при минимальных температурах: у конопли, яровых зерновых и гороха — 10-12 °С, гречихи, подсолнечника, кукурузы, проса — 12-15 °С, риса, хлопчатника — 13-20 °С. Во время плодоношения для большинства культур достаточна температура 10-12 °С, для риса и хлопчатника 15-20 °С.

Для большинства культур оптимальная температура составляет 20-25 °С. При температуре выше 30 °С наблюдается торможение развития. Превышение оптимальных температур приводит к резкому увеличению интенсивности дыхания и расходу органического вещества, что сказывается сокращении нарастания зеленой массы. Температуры выше 50-52 °С приводят к гибели растений.

А) Оптимум и пессимум. Сумма эффективных температур

Главным источником тепла на Земле является солнечное излучение, поэтому свет и тепло выступают сопряжено. Тепло один из наиболее важных факторов, определяющих существование развитие и распространение организмов по Земному шару. При этом важно не только количество тепла, но и распределение его в течение суток, вегетационного сезона, года. Приход тепла к разным участкам планеты, естественно, неодинаков, с удалением от экватора не только снижается поступление его, но и увеличивается амплитуда сезонных и суточных колебаний.

Температурные пределы, в которых может протекать жизнь, составляет всего 300°, от -200°С до +100°С, но для большинства организмов и физиологических процессов этот диапазон еще уже – от 39° в море (-3,3 – +35,6°С) до 125° на суше (-70 – +55°С). Нормальное строение и работа белка осуществляются при 0-+50°С.

Значение температуры заключается в том, что она изменяет скорость протекания физико-химических реакций в клетках, а это отражается на росте, развитии, размножении, поведении и во многом определяет географическое распространение растений и животных. Согласно правилу Вант-Гоффа скорость химических реакций возрастает в 2-3 раза каждый раз при повышении температуры на 10°С, а по достижении оптимальной – начинает снижаться. Верхний (верхний биологический нуль) и нижний пределы называются, соответственно, верхней и нижней летальной температурой. При выходе изменений температуры за пределы выносливости организмов происходит их массовая гибель, т.к. происходит свертывание белка и разрушение ферментов. Так, с переходом через 50-60°С, как правило, створаживается простокваша, сваривается белок яйца, погибает камбий у растений.

Отбор и расселение видов в зонах с разной теплообеспеченностью шел в течение многих тысячелетий в направлении максимального выживания, как в условиях минимальных температур, так и в условиях максимальных. По отношению к температуре все организмы делятся на криофилы (холодолюбивые) и термофилы (теплолюбивые).

Криофилы не выносят высоких температур и могут сохранять активность клеток при -8-10°С (бактерии, грибы, моллюски, членистоногие, черви и др.). Они населяют холодные и умеренные зоны земных полушарий.

ПРИМЕР. В условиях Крайнего Севера, в Якутии деревья и кустарники не вымерзают при — 70°С. «Рекордсмен» – лиственница даурская. За полярным кругом при такой же температуре выживают лишайники, некоторые виды водорослей, ногохвостки, в Антарктиде – пингвины. Семена и споры многих растений, нематоды, коловратки переносят замораживание до температуры близкой к абсолютному нулю (271°С). Животные больших глубин переносят температуры около 0°С.

Термофилы приспособились к условиям высоких температур, обитают преимущественно в тропических районах Земли. Среди них также преобладают беспозвоночные (моллюски, членистоногие, черви и др.), многие из которых живут только в тропиках.

ПРИМЕР. Пресмыкающиеся, некоторые виды жуков, бабочек выдерживают температуру до 45-50°С. В пустыне Палестины максимальная активность у кузнечиков наблюдается при 40-градусной жаре. В горячих источниках Калифорнии при температуре 52°С обитает рыба — пятнистый ципринодон, а на Камчатке при 75-80°С живут сине-зеленые водоросли. Верблюжья колючка, кактусы переносят нагревание воздуха до 70°С.

Многие растения в тропиках не переносят низких температур и погибают при 0°С, хотя ткани их еще не заморожены. Причиной их гибели обычно является нарушение обмена веществ, которое приводит к образованию в растениях чуждых и даже вредных им продуктов, вызывающих отравление.

а) Оптимум и пессимум. Сумма эффективных температур

Оптимальные условия те, при которых все физиологические процессы в организме или экосистемах идут с максимальной эффективностью. Для большинства видов температурный оптимум находится в пределах 20-25°С, несколько сдвигаясь в ту или другую стороны: в сухих тропиках он выше – 25-28°С, в умеренных и холодных зонах ниже – 10-20°С. В ходе эволюции, приспосабливаясь не только к периодическим изменениям температуры, но и к разным по теплообеспеченности районам, растения и животные выработали в себе различную потребность к теплу в разные периоды жизни. У каждого вида свой оптимальный диапазон температур, причем и для разных процессов (роста, цветения, плодоношения и др.) имеются тоже «свои» значения оптимумов.

Известно, что физиологические процессы в тканях растений начинаются при температуре +5°С и активизируются при +10°С и выше. В приморских лесах развитие весенних видов особенно четко связаны со среднесуточными температурами от -5°С до +5°С. За день-два до перехода температур через -5°С под лесной подстилкой начинается развитие весенника звездчатого и адониса амурского, а во время перехода через 0°С — появляются первые цветущие особи. И уже при среднесуточной температуре +5°С цветут оба вида. Из-за недостатка тепла ни адонис, ни весенник не образуют сплошного покрова, растут одиночно, реже — по нескольку особей вместе. Чуть-чуть позже них — с разницей в 1-3 дня, трогаются в рост и зацветают ветреницы.

Температуры, «лежащие» между летальными и оптимальными относятся к пессимальным. В зоне пессимумов все жизненные процессы идут очень слабо и очень медленно.

Температуры, при которых происходят активные физиологические процессы, называются эффективными, значения их не выходят за пределы летальных температур. Суммы эффективных температур (ЭТ), или сумма тепла, величина постоянная для каждого вида. Ее рассчитывают по формуле:

Где t – температура окружающей среды (фактическая), t1 – температура нижнего порога развития, часто 10°С, n – продолжительность развития в днях (часах).

Выявлено, что каждая фаза развития растений и эктотермных животных наступает при определенном значении этого показателя, при условии, что и другие факторы в оптимуме. Так, цветение мать-и-мачехи наступает при сумме температур 77°С, земляники – при 500°С. Сумма эффективных температур (ЭТ) для всего жизненного цикла позволяет выявить потенциальный географический ареал любого вида, а также сделать ретроспективный анализ распространения видов в прошлом. Например, северный предел древесной растительности, в частности лиственницы Каяндера, совпадает с июльской изотермой +12°С и суммой ЭТ выше 10°С – 600°.

Характеристики температурного режима и потребности растений в тепле

При оценке температурного режима большой территории или отдельного места для целей сельского хозяйства, медицины, про­мышленности, транспорта, строительства применяют характери­стики, дающие наиболее полное представление об общем коли­честве тепла за год или за отдельные периоды (вегетационный пе­риод, сезон, месяц и т. д.), а также о годовом и суточном ходе-температуры воздуха. Основные из этих характеристик следую­щие.

Средние суточные, средние месячные и средние годовые тем­пературы. Средняя суточная температура есть среднее арифме­тическое из температур, измеренных во все сроки наблюдений. В настоящее время на метеорологических станциях СССР темпе­ратуру воздуха измеряют 8 раз в сутки. Суммируя результаты этих измерений и деля сумму на 8, получают среднюю суточную температуру воздуха. Средняя месячная температура есть сред­нее арифметическое из средних суточных температур за все сутки месяца. Средняя годовая температура — это среднее арифметиче^ ское из средних суточных (или средних месячных) температур за весь год.

Средняя годовая температура воздуха дает лишь грубое пред­ставление об общем количестве тепла, она не характеризует годо­вой ход температуры. Так, например, средняя годовая температу­ра на юге Ирландии (Валеншия) и в степях Калмыцкой АССР одинакова и равна 10° С. Но в Ирландии средняя температура января 7,1° С и всю зиму здесь зеленеют луга, а в степях Калмы­кии средняя температура января —6,0° С и минимальная темпе­ратура в 50% всех лет ниже —27°С. Летом в Ирландии прохлад­но— средняя температура июля 15° С, а в Калмыцкой АССР жар­ко, средняя температура июля 24° С. Максимальная температура воздуха здесь в отдельные дни превышает 40° С. Эти данные обна­руживают разницу между морским климатом (Ирландия) и кон­тинентальным (Калмыцкая АССР). По мере удаления от моря в глубь континента возрастает экстремальность в ходе темпера­туры воздуха. Характерным является изменение средней темпера­туры воздуха января, июля и годовой амплитуды, что показано в табл. 21, где приведены пункты, расположенные на 52° с. ш.

Возрастание континентальности климата вдоль 52° с. ш., выраженное через изменение характеристик температуры воздуха (°С)

Рекомендуемые материалы

Галкино (Казахская ССР)

Поэтому для характеристики годового хода температуры в дан­ном месте используют данные о средней температуре самого хо­лодного и самого теплого месяцев.

Средние месячные и средние декадные температуры использу­ют для описания температурных условий отдельных периодов. Однако все осредненные характеристики не дают полного пред­ставления о суточном и годовом ходе температуры, т. е. как раз об условиях, особенно важных для сельскохозяйственного произ­водства.

Максимальные и минимальные температуры, амплитуда. Эти характеристики существенно дополняют сведения о средних тем­пературах. Например, зная минимальную температуру в отдель­ные месяцы, можно судить об условиях перезимовки озимых культур и плодово-ягодных насаждений, о сроках окончания за­морозков весной и начала их осенью. Данные о максимальной температуре зимой показывают частоту оттепелей и их интенсив­ность, а летом число жарких дней, когда растения и животные угнетены жарой, возможно повреждение зерна в период налива и т. п.

Амплитуда суточного и годового хода температуры характе­ризует степень континентальности климата. Например, в морском климате Валеншии (Ирландия) амплитуда годового хода темпе­ратуры составляет всего 7,9° С, а в глубине континента, напри­мер в Нерчинске, достигает 53,0° С. Амплитуда суточного хода температуры в континентальном климате достигает 15—20° С; это важный показатель термического режима сельскохозяйственных полей.

Суммы температур. В агрометеорологии суммы температур получили широкое применение как показатель, условно характе­ризующий количество тепла в данной местности за определенный период. Суммы температур, как показатель суммарной потребно­сти растений в тепле были введены еще Реомюром (1734 г.).

В СССР для сельскохозяйственной оценки термических ресур­сов климата Г. Т. Селяниновым впервые были использованы сум­мы активных температур. Они служат показателем обеспеченности теплом периода активной вегетации сельскохозяйственных культур в умеренном поясе. Суммы активных температур складываются из средних суточных температур выше 10° С.

М. И. Будыко установил, что имеется тесная связь между го­довой суммой активных температур и годовой суммой радиацион­ного баланса. Изучение распределения сумм активных температур по земному шару позволило уточнить термические ресурсы раз­личных климатических зон для целей сельского хозяйства.

Для выражения потребности растений в тепле применяются также суммы эффективных температур. Это суммы средних су­точных температур, отсчитанных от биологического минимума, при котором развиваются растения данной культуры (сорта, гибри-92

Температурный режим воздуха___93

да). Например, при подсчете сумм эффективных температур выше 10° С (2^>Ю°С) от средней суточной температуры за каждый день вычитается 10° С, а остатки суммируются.

Биологические минимумы температуры развития для различ­ных растений неодинаковы. Так, для яровой пшеницы принята температура 5° С, для кукурузы 10° С, для хлопчатника 13° С (для южных сортов хлопчатника 15°С). В настоящее время суммы эф­фективных температур установлены для отдельных периодов веге­тации многих сортов и гибридов основных сельскохозяйственных культур. Они характеризуют суммарную потребность в теп­ле различных сортов и гибридов, отличающихся по скоро­спелости.

Исследованиями Ю. И. Чиркова (1959 г.) установлена некото­рая изменчивость сумм эффективных температур межфазных периодов в зависимости от уровня температуры воздуха. Обнару­жено, что при возрастании средних суточных температур до 18—20° С и дальнейшем их увеличении суммы эффективных тем­ператур также начинают возрастать. Это объясняется тем, что скорость развития растений возрастает пропорционально повыше­нию температуры среды лишь в пределах от биологического ми­нимума температуры до средней суточной температуры 18—20° С (для многих культур умеренного пояса), а при дальнейшем по­вышении температуры развитие растений уже не ускоряется, оно может даже замедлиться. Температуры, не ускоряющие развитие растений, были названы балластными.

Если эффективные температуры суммируются при средней су­точной температуре воздуха выше 20° С, то суммы эффективных температур возрастают за счет балластных температур. Поэтому при расчете сумм эффективных температур, характеризующих по­требность растений в тепле, необходимо вводить поправку на бал­ластные температуры, т. е. учитывать наряду с нижним пределом эффективной температуры развития растений также и ее верхний предел.

Суммы активных и эффективных температур имеют экологиче­ское значение, выражая связь растения со средой обитания. В табл. 22 приведен пример расчета сумм активных и эффектив­ных температур воздуха.

Перечисленные характеристики температурного режима ис­пользуют для оценки термических условий территории, для чего составляют карты распределения средней годовой температуры, температуры самого теплого и самого холодного месяцев, макси­мальной и минимальной температуры, сумм температур и др. На картах проводят изотермы — линии, соединяющие пункты с оди­наковой температурой или суммой температур. Карты сумм актив­ных (рис. 21) и эффективных температур используют для обос­нования размещения посевов (посадок) различных по требовани­ям к теплу культурных растений. Пример расчета сумм активных и эффективных температур воздуха (°С)

Температурный режим воздуха 95

Для уточнения термических условий, необходимых растениям, используются также суммы дневных и суммы ночных температур. Средняя суточная температура и ее суммы нивелируют термиче­ские различия в суточном ходе температуры воздуха. Исследова­ния, проведенные 3. А. Мищенко, показали необходимость раз­дельного учета средних дневных и средних ночных температур воздуха и их сумм для более точной оценки влияния температур­ного режима воздуха на растения. Среднюю дневную и среднюю ночную температуры воздуха можно рассчитать по данным изме­рений температуры воздуха за каждый час (по записи хода тем­пературы на лентах термографа). Для средней дневной темпера­туры это среднее арифметическое из почасовых значений темпе­ратуры за число часов от восхода до захода Солнца. Средняя температура ночи рассчитывается таким же образом за число ча­сов от захода до восхода Солнца.

Суммы средних дневных и средних ночных температур рассчи­тывают обычно за период, когда средние температуры дня и ночи превышают 10° С (аналогично подсчету сумм активных темпера­тур). В средних дневных и средних ночных температурах воздуха и в их суммах косвенно учитывается географическая изменчивость длины дня и ночи, а также изменение континентальности клима­та и разница в температурном режиме различных форм рельефа. Поэтому при одной и той же средней суточной температуре воз­духа могут’ наблюдаться различные сочетания средних дневных и средних ночных температур.

В табл. 23 представлены размещенные с севера на юг пары метеостанций с почти одинаковыми суммами средних суточных температур воздуха, находящиеся примерно на одинаковой широ­те, но значительно различающиеся по долготе, т. е. в различных условиях континентальности климата. В более континентальных

Суммы средних суточных, средних дневных и средних ночных температур воздуха (°С) за период с температурой выше 10 °С

Экология: биология взаимодействия. 5.20. Концепция эффективных температур

Мы уже не раз указывали, что температура является одним из важнейших экологических факторов. Одна из причин этого заключается в том, что скорость химических реакций существенно зависит от температуры. Для грубой оценки такого влияния может использоваться правило Вант-Гоффа: скорость химических реакций при увеличении температуры на 10°С удваивается или утраивается. Особенно существенно такое влияние температуры внешней среды на пойкилотермные организмы. Изменение скорости некоторых биологических процессов также подчиняется правилу Вант-Гоффа. Например, этим закономерностям хорошо отвечает изменение выделения углекислого газа почвой (зависящее от активности почвенных бактерий), скорости перемещения многоножек, перистальтики кишечника у гусениц и т.д.

В некоторых случаях температурный режим оказывает регуляторное влияние на развитие. Так, известно явление яровизации (вернализации) у пшеницы и других растений. Чтобы объяснить его действие, нужно указать, что у пшеницы (а также ржи, капусты и т.д.) существуют озимые и яровые формы. В теплых и влажных условиях озимые растения начинают прорастать, но затем останавливают свое развитие, ожидая зимних холодов. После воздействия холодом в течение 1-3 месяцев озимые возобновляют свое развитие и, в конечном итоге, переходят к цветению и плодоношению. Яровые растения лишены такой фазы жизненного цикла и могут проходить все развитие при положительных температурах. Явление яровизации заключается в том, что действие низких положительных температур (например, выдерживание при температуре от +1°С до +10°С в течение нескольких дней) вызывает переход озимых к нормальному развитию, которое заканчивается цветением и плодоношением. Для ряда организмов выдерживание при низких температурах (холодовая диапауза) является необходимым условием начала развития семян (у растений), яиц (у насекомых или ракообразных) или других покоящихся стадий.

Однако даже когда процесс развития начат, его скорость очень зависит от температуры. Развитие многих пойкилотермных организмов неплохо описывается с помощью концепции эффективных температур, рассматривающей количество тепла как необходимый для развития ресурс.

Изучение влияния количества тепла на развитие начато еще известным физиком Рене Реомюром в 1735 г. Получив задание установить, почему в разных районах Франции плодовые культуры развиваются по-разному, он установил, что необходимое для развития растений количество тепла можно вычислить, просто суммируя среднесуточные температуры за теплый период года. Если в результате такого суммирования количество тепла, необходимое для определенного сорта, набирается — он вызреет, нет — не успеет.

Вначале при исследовании необходимого количества тепла суммировали положительные (превышающие 0°С) температуры, однако со временем стало ясно, что для некоторых видов надо использовать иной температурный порог. В конечном итоге потребовалось ввести понятие физиологического нуля.

Физиологический нуль (T₀) — температура, превышение которой дает начало развитию пойкилотермного организма.

Хотя значения физиологического нуля для многих организмов близки к 0°С, животные, живущие в снегах, растут и развиваются при отрицательных температурах, а некоторые другие организмы прекращают рост и развитие еще при положительных. Более точно можно определить физиологический нуль, исследуя зависимость скорости развития от температуры, показанную на рис. 5.20.1.

Рис. 5.20.1. Зависимость скорости и срока развития от температуры у пойкилотермных организмов. Определенный участок зависимости скорости развития от температуры (в этом примере — от 7 до 15 °С) можно рассматривать как линейный; срок развития на этом участке описывается гиперболической зависимостью. В пределах этого участка возможен расчет скорости развития с помощью концепции эффективных температур. Физиологический нуль (в примере — 4 °С) — точка пересечения этой линии с уровнем нулевой скорости развития

Зависимость срока развития пойкилотермного организма от температуры носит гиперболический характер. Зато скорость развития (величина, обратная сроку) линейно зависит от температуры на достаточно большом диапазоне значений этого фактора. Кстати, из рисунка понятно, что не всегда такой характер зависимости сохраняется при очень низких температурах, близких к T₀. Это значит, что приведенное выше определение физиологического нуля не вполне корректно. На графике этому определению соответствует температура, превышающая 5°С, в то время как T₀ = 4°С. Вычислять T₀ следует, продолжая линейный участок зависимости скорости развития от температуры до уровня нулевой скорости развития. Кроме того, следует отметить, что для разных стадий развития физиологический нуль может быть различным (на рисунке это обстоятельство не отражено).

Разобравшись с понятием физиологического нуля, можно определить понятие эффективной температуры. Эффективная температура (T_e) — разность между физической температурой (T) и физиологическим нулем (T₀): T_e=T—T₀.

Суть концепции эффективных температур заключается в том, что для прохождения каждой стадии развития пойкилотермного организма требуется определенная сумма среднесуточных эффективных температур, называемая тепловой постоянной (T_Const). Примеры значений физиологического нуля и тепловой постоянной у некоторых организмов приведены в табл. 5.20.1.

Таблица 5.20.1. Примеры тепловых параметров развития некоторых организмов

ОЦЕНКА ТЕРМИЧЕСКИХ И СВЕТОВЫХ РЕСУРСОВ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА

Под термическими ресурсами в климатологии понимают количество тепла, которым располагает территория, где произрастают сельскохозяйственные культуры. Термические ресурсы вегетационного периода чаще всего оценивают предложенной Г.Т. Селянино- вым суммой активных температур воздуха выше 10 °С (иногда выше 5 °С или других пределов).

Потребность растений в тепле выражается биологической суммой температур, под которой понимают сумму средних суточных температур воздуха за период вегетации культуры от начала роста до созревания в пределах границ ее ареала.

Биологические суммы температур для некоторых наиболее распространенных сельскохозяйственных культур, рассчитанные для 55° с.ш., приведены в табл. 11.1. С изменением широты потребность культур в тепле изменяется в среднем на 10. 30 °С на 1° широты.

При использовании данных этой таблицы для растений, возделываемых на других (кроме 55° с.ш.) широтах, вводят соответствующую поправку. Для растений длинного дня поправка имеет отрицательный знак. С продвижением данного растения к северу от 55° с.ш. его биологическую сумму температур необходимо уменьшить на соответствующее значение с учетом разности широт. Например, для яровой пшеницы (раннеспелой) биологическая сумма температур для 55° с.ш. равна 1400 °С. Поправка на 1° широты составляет -20 °С. Следовательно, для 59° с.ш. биологическая сумма будет на 80 °С меньше, т.е. 1320 °С. Если это растение произрастает южнее 55° с.ш., то знак поправки следует изменить на противоположный.

Потребность сельскохозяйственных культур в тепле для достижения технической спелости (ф = 55° с.ш.)

Температура, °С

Биологическая

температур, °С

Поправка на Г широты, °С

начала роста

Яровая пшеница (мягкая)

Соя (наиболее ранняя)

Примечание. Меньшее значение биологической суммы соответствует потребности в тепле раннеспелых сортов, большее — позднеспелых.

Для растений короткого дня поправка имеет положительный знак. С продвижением данной культуры к северу от 55° с.ш. биологическая сумма должна быть увеличена на определенное число в соответствии с разностью широт. Так как культуры короткого дня с продвижением к югу ускоряют свое развитие, их биологическую сумму в таких случаях следует уменьшить. Для растений, нейтральных к длине дня, поправка на широту равна 0°.

Для территории Восточной Сибири вводят еще поправку на кон- тинентальность климата, которая в среднем равна -100 °С.

Поскольку ресурсы тепла определяются климатическими суммами активных температур выше 10 °С, а потребность в тепле выражается биологическими суммами, отсчитанными от разного биологического минимума, необходим переход от одних сумм к другим.

Такой переход (приведение) выполняют, вводя так называемую климатическую поправку (рис. 11.1).

В первом случае климатическая поправка равна 0 °С, так как температура начала роста (биологический ноль) и созревания равна 10 °С, и, следовательно, биологическая сумма совпадает с климатической суммой активных температур (см. рис. 11.1, в).

Рис. 11.1. Возможные варианты при определении климатической поправки к суммам биологических температур:

1 — климатическая сумма; 2 — биологическая сумма

Во втором случае биологическая сумма больше климатической (см. рис. 11.1,6). Это увеличение обусловлено тем, что температура начала роста составляет 5 °С, и, следовательно, для приведения необходимо сумму температур, накопившуюся весной за период между датами перехода средней суточной температуры через 5 и 10 °С, вычесть из биологической суммы. Для этого достаточно среднюю суточную температуру за этот период умножить на число дней периода, определив таким образом климатическую поправку.

В третьем случае (см. рис. 11.1, в) биологическая сумма меньше климатической за счет того, что созревание культуры наступает при температуре 15 °С. Поэтому необходимо определить число дней за период от даты перехода температуры через 15 °С до даты перехода через 10 °С осенью и среднюю суточную температуру этого периода. Произведение этих двух значений даст искомую климатическую поправку, которую необходимо прибавить к биологической сумме.

Четвертый случай (см. рис. 11.1, г) подобен третьему, с той лишь разницей, что климатических поправок здесь две (на весну и осень) и обе имеют положительный знак.

Сопоставляя климатическую сумму активных температур выше 10 °С и биологические суммы температур, уточненные поправкой на широту и на биологический минимум температуры, можно определить обеспеченность растений теплом.

Однако в отдельные годы сумма активных температур может на несколько сотен градусов отличаться от многолетней (чем неустойчивее климат, тем больше). Для успешного возделывания сельскохозяйственных культур в конкретном районе необходимо знать, насколько они обеспечены здесь необходимым теплом, т.е. как часто они будут созревать. Это легко сделать с помощью кривых обеспеченности термических ресурсов, полученных Ф.Ф. Давитая (рис. 11.2). Например, потребность в тепле позднеспелых сортов яровой пшеницы с учетом всех поправок составляет 1600 °С, а ресурсы — 1700 °С. Как часто эта культура будет созревать в данном районе? Чтобы ответить на поставленный вопрос, следует найти разность между потребностью и ресурсами: 1600 — 1700 = -100 °С. Затем с помощью графика определить, как часто в данном районе сумма активных температур бывает меньше многолетней на 100 °С. Для этого необходимо найти на оси абсцисс значение -100 °С, из найденной точки восстановить перпендикуляр до пересечения с кривой, а затем из этой точки опустить перпендикуляр на ось ординат и получить обеспеченность. В данном примере это будет 65% (кривая 1), т.е. яровая пшеница будет созревать примерно 7 лет из 10. Возделывание культуры считается рентабельным, если она обеспечена теплом не менее чем на 80%, т.е. 8 раз в 10 лет.

Рис. 11.2. Кривые обеспеченности вегетационного периода суммой температур выше 10 °С для различных типов климата:

1 — неустойчивого (европейская часть России, Западная Сибирь); 2 — устойчивого (центральная часть Сибири); 3 — особо устойчивого (Восточная Сибирь, Дальний Восток)

Следует отметить, что сумма температур, подсчитанная в целом за вегетационный период, не дает представления о динамике ее накопления в течение периода, тогда как для решения ряда задач необходимо знать, к какому сроку может накопиться необходимая сумма температур. Для этого Ф.Ф. Давитая предложил номограмму (рис. 11.3), при помощи которой можно определить накопление той или иной суммы температур на определенную дату. По оси абсцисс отложены дни вегетационного периода и возможные суммы температур выше 10 °С, по оси ординат — средние многолетние суммы

Рис. 11.3. Номограмма для определения сроков накопления сумм температур выше 10 °С в зависимости от средних многолетних сумм (по Ф.Ф. Давитая)

температур за вегетационный период. На номограмме первая кривая, соответствующая сумме температур О °С, указывает на начало периода с температурой выше 10 °С, а замыкающая кривая (а—б) — на конец этого периода.

Например, для наступления восковой спелости позднеспелого сорта проса требуется сумма активных температур 1900 °С. В Тамбовской области средняя многолетняя сумма температур выше 10 °С равна 2400 °С. Для определения даты созревания проса на оси ординат находим среднюю многолетнюю сумму 2400 °С, от которой проводим горизонтальную прямую до пересечения с кривой суммы температур 1900 °С. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось абсцисс и определяем дату наступления фазы восковой спелости проса — 20.08.

Термические ресурсы территории оценивают также суммами эффективных и положительных температур по продолжительности периодов с устойчивым превышением температуры воздуха выше 5, 10, 15 °С, по средней температуре самого теплого месяца, по продолжительности беззаморозкового периода.

Световые ресурсы вегетационного периода обычно оценивают по суммам ФАР. При оценке действия лучистой энергии на растения учитывают также продолжительность освещения и спектральный состав солнечного света (см. разд. 2.5).

19. Сумма эффективных температур, ее определение и практическое значение в борьбе с вредителями лесных насаждений.

Для развития особям требуется определенное количество теп­ ловой энергии, которая называется суммой эффективных тем­ ператур и складывается из суммы среднесуточных температур, наблюдаемых в данной местности, за вычетом температур мень­ ше нижнего порога развития.

Нижний порог развития для большинства вредителей леса определен экспериментальным путем в лаборатории, поэтому для каждого вида можно вычислить сумму эффективных температур. Если же сумма эффективных температур известна, легко узнать предполагаемую продолжительность развития насекомого в дан­ ной местности, а для некоторых видов — определить число поко­ лений в год.

Для определения суммы эффективных температур еще в нача­ ле XX в. была предложена формула (В. В. Яхонтов, 1969):

X = ( T — С )t ,

где Т — температура, при которой совершалось развитие; С — температура порога развития, при этом разность ( Т — С) выра­ жает эффективную температуру; / — число дней (или часов) раз­ вития.

Используя эту формулу, можно оценить возможность и рассчи­ тать скорость развития, а значит, и интенсивность размножения вредителей. Этот подход широко используется в системе каран­ тина растений и при прогнозировании вспышек массового раз­ множения вредителей. В частности, зная среднесуточные темпе­ ратуры для периода развития конкретного вида в определенной местности, можно установить возможное число генераций вреди­ теля. Допустим, что сумма эффективных температур в году равна 3 ООО °С, тепловая постоянная 1 ООО °С. В этом случае насекомое теоретически может иметь тройную генерацию.

Следует все же иметь в виду, что фактически развитие насеко­ мых идет не при постоянной, а при переменной температуре. Данные средней температуры по показаниям метеорологических станций нередко несколько отличаются от температуры мест оби тания насекомого. Кроме того, порог развития и сумма эффек­ тивных температур зависят от структуры генотипа популяции в данный период времени, температурных условий, при которых развивались предыдущие стадии, а также от влажности, состоя­ ния пиши и т.п. Поэтому метод «суммы эффективных темпера­ тур» дает только приближенные оценки.

Одни насекомые легко приспосабливаются к большим коле­ баниям температур и могут существовать в самых разнообразных условиях, другие строго привязаны к узким температурным гра­ ницам жизни и выдерживают только незначительные изменения температур. У каждого вида наблюдается определенная предпо­ читаемая температура, которая может меняться на разных этапах развития и при различном физиологическом состоянии организ­ ма. Насекомые, тяготеющие к более прогреваемым местообита­ ниям (опушки леса, изреженные насаждения, южные склоны и

т.п.), получили название теплолюбивых, или термофильных (златки, непарный шелкопряд, чернотелки и др.).

Температура, в качестве главнейшего элемента климата, во многих случаях определяет географическое распространение насекомых. Особое значение имеют пределы выносливости от­ дельных видов по отношению к высоким и низким температурам,

также суммы необходимых для развития эффективных темпе­ ратур. Если сумма эффективных температур для развития како­ го-либо вида насекомого больше, чем свойственно данной мест­ ности, то в этой местности настоящий вид развиваться не может. Для многих насекомых основной фактор, ограничивающий воз­ можность расширения ареала к северу, — это зимние холода.

Температура — один из важнейших факторов, влияющих на динамику плотности популяций насекомых, особенно на ампли­ туду ее колебаний. За счет этого температура в значительной мере определяет возможную вредоносность видов в разных частях их ареалов.

Активные температуры

Активные температуры от латинского слова activus, что значит деятельная температура воздуха для развития и вегетации сельскохозяйственных и прочих растительных культур, превышающие средний показатель температуры за сутки свыше +10° по Цельсию. Активные температуры исчисляют среднегодовой суммой температур, по которой определяют возможность произрастания любых видов как культурных, так и диких растений на исследуемой или используемой территории. К примеру, и для общего понятия, апельсин или банановая пальма не может плодоносить ниже суммарной активной температуры 7000° по Цельсию, а кедр или лиственница прекрасно себя чувствуют при суммарной сумме активной температуры не выше 800 градусов по Цельсию. Активные температуры, превышающие своим суммарным показателем, температурный биологический минимум для развития того или иного растения, являются основным показателем характеристики количества тепла и среднесуточных температур почвы и воздуха. Суммы среднесуточной температуры принимается к расчёту только в том случае, если она превысила общепринятый показатель. Сумма четырёх разовых фиксированных температурных показаний в разное время суток от полночи до полночи через каждые шесть часов, исчисляют из среднеарифметического действия делением на четыре.

Чтобы суммарно рассчитать активные температуры выше установленной нормы десяти градусов. Месяца года, в которых температура была ниже этой температуры, в расчёт не берутся, то есть, начиная с января месяца, где, к примеру, на первое число или среди месяца температура воздуха была ниже нулевой отметки на десять или двадцать градусов то и последующие дни в расчёт не берутся. И так до первого числа мая. Если к маю месяцу, устойчиво, установившаяся температура на первое число будет 11 градусов со знаком плюс, а следующего второго мая температура будет 10 градусов по Цельсию, то такая температура следующего дня или последующих дней с температурой десять градусов к расчёту не берётся. При выпавшей среднесуточной температуре в 15 градусов, на третье число, температура дня первого и пятого составят слагаемую учётную сумму, пригодных, чтобы рассчитать активные температуры. Активные температуры — есть научный показатель расчёта тепла припадающего на зону активного земледелия и растениеводства, необходимого для изучения и применения в новых селекционных работах, по выращиванию новых более жизнестойких и выносливых растений к окружающей среде. Зная активные температуры земледельческого района, работники сельского хозяйства, наверняка знают, когда нужно и где на своих обширных землях сажать культуры и какие, а зная их и начинающим фермерам лучше ориентироваться в сложных посадочных процессах растениеводства. По указанным данным не сложно сравнить высчитанные активные температуры потребности в тепле для плодотворного роста, нам всем известных растений. Данные имеют такие суммарные значения: картофель активно развивается и плодоносит в таких диапазонах активных температур 1200 – 1800. Подсолнечник от 2000 — 2400, гречиха в пределе 1200 — 1500, кукуруза имеет широкий температурный разбег и её показатели 1100 — 2900, зерновые культуры, пшеница яровая 1200 -1700, овёс 990 — 1610, просо 1420 — 1980, ячмень 960 — 1460.
Наука изучила суммарные активные температуры и их воздействие на растения, и совместила их со знаниями о самих растениях. Теперь с успехом культивирует, скрещивая дикорастущие растения одной зоны с культурными растениями другой зоны и наоборот, создавая сорта и гибриды сортов растений устойчивых к более низким температурами и более северным районам, его общепринятого размножения. К примеру, можно взять виноград, в свою бытность выращиваемый только в южных странах. Сегодня мы употребляем в пищу виноград, растущий на большей части европейского континента. Зная активные температуры на своих территориях по выращиванию винограда, специалисты виноградари используют их для рассадки одного и того же сорта винограда в разных температурных зонах. Для получения растениями, различного процентного содержания сахара в ягоде. В итоге вино, полученное из одного и того же сорта винограда, посаженного в одном месте, но на различных высотах с различной активной температурой, имеет на выходе и различные вкусовые качества и аромат. Что способствует высокой доходности и расширению этой отрасли, за счёт таких технологий. Изученные активные температуры различных территорий земли дают возможность выращивать и культивировать растения, приносящие свои плоды не меньше по размеру и не хуже по вкусовым качествам выращенных на условной родине. Возьмите лимон или киви, его сегодня выращивают как в Украине, так и в Белоруссии и России, тропические фрукты облюбовали для своего проживания и размножения совершенно новые северные территории. Возможно, придёт время и изученные активные температуры с высокоразвитой селекцией дадут возможность великану кедру из Сибири произрастать в пустынях Африки, а сибирские детишки будут радовать себя плодами банановых пальм.