植物与温度的关系

1. 温度的生态意义
任何植物都是生活在具有一定温度的外界环境中并受着温度变化的影响。首先,植物的生理活动、生化反应,都必须在一定的温度条件下才能进行。一般而言,温度升高,升理生化反应加快、生长发育加速;温度下降,生理生化反应变慢,生长发育迟缓。当温度低于或高于植物所能忍受的温度范围时,生长逐渐缓慢、停止,发育受阻,植物开始受害甚至死亡。其次温度的变化能引起环境中其它因子如湿度、降水、风、水中氧的溶解度等的变化,而环境诸因子的综合作用,又能影响植物的生长发育、作物的产量和质量。
2. 温度的变化规律
温度的时间变化可分为季节变化和昼夜变化。北半球的亚热带和温带地区,夏季温度较高,冬季温度较低,春、秋两季适中;一天中的温度昼高于夜,最低值发生在将近日出时,最高值一般在13~14时左右,日变化曲线呈单峰型。温度的空间变化主要体现在受纬度、海拔、海陆位置、地形等变化的制约上。一般纬度和海拔越低,温度越高;海陆位置和地形对温度变化的影响较为复杂。
植物属于变温类型,植物体温度通常接近气温(或土温),并随环境温度的变化而变化,并有一滞后效应。生态系统内部的温度也有时空变化。在森林生态系统内,白天和夏季的温度比空旷地面要低,夜晚和冬季相反;但昼夜及季节变化幅度较小,温度变化缓和,随垂直高度的下降,变幅也下降;生态系统结构越复杂,林内外温度差异越显著。
3. 节律性变温对植物的影响
节律性变温就是指温度的昼夜变化和季节变化两个方面。昼夜变温对植物的影响主要体现在:能提高种子萌发率,对植物生长有明显的促进作用,昼夜温差大则对植物的开花结实有利,并能提高产品品质。此外,昼夜变温能影响植物的分布,如在大陆性气候地区,树线分布高,是因为昼夜变温大的缘故。植物适应于温度昼夜变化称为温周期,温周期对植物的有利作用是因为白天高温有利于光合作用,夜间适当低温使呼吸作用减弱,光合产物消耗减少,净积累增多。
温度的季节变化和水分变化的综合作用,是植物产生了物候这一适应方式。例如,大多数植物在春季温度开始升高时发芽、生长,继之出现花蕾;夏秋季高温下开花、结实和果实成熟;秋末低温条件下落叶,随即进入体眠。这种发芽、生长、现蕾、开花、结实、果实成熟、落叶体眠等生长、发育阶段,称为物候期。物候期是各年综合气候条件(特别是温度)如实、准确的反映,用它来预报农时、害虫出现时期等,比平均温度、积温和节令要准确。
4. 极端温度对植物的影响
极端高低温值、升降温速度和高低温持续时间等非节律性变温,对植物有极大的影响。
(1)低温对植物的影响与植物的生态适应
温度低于一定数值,植物便会因低温而受害,这个数值便称为临界温度。在临界温度以下,温度越低,植物受害越重。低温对植物的伤害,据其原因可分为冷害、霜害和冻害三种。
冷害是指温度在零度以上仍能使喜温植物受害甚至死亡,即零度以上的低温对植物的伤害。冷害是喜温植物北移的主要障碍,是喜温作物稳产高产的主要限制因子。
冻害是指冰点以下的低温使植物体内形成冰晶而造成的损害。霜害则是指伴随霜而形成的低温冻害。冰晶的形成会使原生质膜发生破裂和使蛋白质失活与变性。
此外,在相同条件下降温速度越快,植物受伤害越严重。植物受冻害后,温度急剧回升比缓慢回升受害更重。低温期愈长,植物受害也愈重。
植物受低温伤害的程度主要决定于该种类(品种)抗低温的能力。对同一种植物而言,不同生长发育阶段、不同器官组织的抗低温能力也不同。植物长期受低温影响后,会产生生态适应,主要表现在形态和生理两方面。形态上如芽和叶片常有油脂类物质保护,芽具鳞片,器官表面被蜡粉和密毛,树皮有发达的木栓组织,植株矮小等等。生理上主要通过原生质特性的改变,如细胞水分减少、淀粉水解等等,以降低冰点;对光谱中的吸收带更宽、低温季节来临时休眠,也是有效的生态适应方式。
(2)高温对植物的影响与植物的生态适应
当温度超过植物适宜温区上限后,会对植物产生伤害作用,使植物生长发育受阻,特别是在开花结实期最易受高温的伤害,并且温度越高,对植物的伤害作用越大。高温可减弱光合作用,增强呼吸作用,使植物的这两个重要过程失调,植物因长期饥饿而死亡。高温还可破坏植物的水分平衡,加速生长发育,促使蛋白质凝固和导致有害代谢产物在体内的积累。水稻开花期间如遇高温就会使受精过程受到严重伤害,因高温可伤害雄性器官,使花粉不能在柱头上发育;日平均温度30℃持续5天就会使空粒率增加20%以上;在38℃的恒温条件下,实粒率下降为零,几乎是颗粒无收。
植物对高温的适应能力与种类(品种)、不同生长发育阶段等有关。其生态适应方式也主要体现在形态和生理两个方面。形态上如生密绒毛和鳞片,过滤部分阳光;呈白色、银白色,叶片革质发亮,反射部分阳光;叶片垂直排列使叶缘向光或在高温下叶片折叠,减少光的吸收面积;树干和根茎有很厚的木栓层,起绝热和保护作用。生理方面主要有降低细胞含水量,增加糖或盐的浓度,以利于减缓代谢速率和增加原生质的抗凝能力;蒸腾作用旺盛,避免体内过热而受害;一些植物具有反射红外线的能力,且夏季反射的红外线比冬季多。
5. 温度对植物分布的影响
由于温度能影响植物的生长发育,因而能制约植物的分布。影响植物分布的温度条件有:(1)年平均温度、最冷和最热月平均温度;(2)日平均温度的累积值;(3)极端温度(最高、最低温度)。低温限制植物分布比高温更为明显。当然温度并不是唯一限制植物分布的因素,在分析影响植物分布的因素时,要考虑温度、光照、土壤、水分等因子的综合作用。
根据植物与温度的关系,从植物分布的角度上可分为两种生态类型:广温植物和窄温植物。
(1)广温植物  指能在较宽的温度范围内生活的植物。如松、桦、栎等能在-5~55℃温度范围内生活,它们分布广,是广布种。
(2)窄温植物  指只生活在很窄的温度范围内,不能适应温度较大变动的植物。其中凡是仅能在低温范围内生长发育最怕高温的植物,称为低温窄温植物,如雪球藻、雪衣藻只能在冰点温度范围发育繁殖;仅能在高温条件下生长发育、最怕低温的植物,称为高温窄温植物,如椰子、可可等只分布在热带高温地区。
温度也能影响植物的引种。在长期的生产实践中,得出了植物引种的经验:北种南移(或高海拔引种到低海拔)比南种北移(或低海拔引种到高海拔)容易成功;草本植物比木本植物容易引种成功;一年生植物比多年生植物容易引种成功;落叶植物比常绿植物容易引种成功。