1、积温知识简介及其应用积温知识简介及其应用俞善贤俞善贤浙江省气象学会秘书处浙江省气象学会秘书处2014年年8月月19日日提纲1、什么是积温？2、积温的分类和计算3、积温的应用4、如何用实验数据确定生物的有效积温度和发育起点温度？5、实验数据的直线拟合（一元线性回归方程）6、有效积温在应用上的局限性1、什么是积温？指某一时段内逐日平均温度累加之和。是研究温度与生物有机体发育速度之间关系的一种指标，从强度和作用时间两个方面表示温度对生物有机体生长发育的影响。一般以为单位，有时也以度日表示。 1735年法国的德列奥米尔首次发现植物完成其生命周期，要求一定的积温，即植物从播种到成熟，要求一定量的日平均温
2、度的累积。 1、什么是积温？ 1837年，法国的J.B.布森戈用发育时期的天数乘其间日平均温度的方法计算了各类作物从播种到成熟所需要的“热总量”，称之为“度日”。（有效积温法则：温度与生物生长发育关系的最普遍规律） 20世纪50年代苏联在农业气象服务中广泛使用，其后在中国农业气象工作中也广为应用。 2、积温的分类和计算积温一般分活动积温和有效积温二类。活动积温是生物生长期内，日平均温度大于生物学零度（生物学零度是生物达到该温度时，生物才开始活动的温度。）的累计和； 有效积温是日平均温度与生物学零度差值累计和。 2、积温的分类和计算例子：例子： 对水稻来说对水稻来说1010为水稻的生物学下限温度
3、为水稻的生物学下限温度 活动积温活动积温= =日平均气温大于日平均气温大于1010度的总和，度的总和， 有效积温日平均气温大于有效积温日平均气温大于1010度度1010度后的总和。度后的总和。例如其中某三天平均温度分别为例如其中某三天平均温度分别为15.115.1、8.88.8、11.511.5 活动积温活动积温=15.1+11.5=26.6=15.1+11.5=26.6， 有效温度有效温度= =（15.115.110.010.0）+ +（11.5-1011.5-10）6.66.6，其中，其中8.88.8低于生物学下限温度，不统计在内。低于生物学下限温度，不统计在内。3、积温的应用积温在农业生
4、产上应用：如在地区间作物引种、新品种推广、农业气候区划、农作物布局、作物的发育期预报、昆虫生长发育等方面都应用积温。利用积温开展花卉开花期预报，在温室进行催花，园林设计中利用各类花卉、树木开花期所需积温的差异，进行合理规划，使设计的园林一年四季均有鲜花盛开。积温也是法医学推测死亡时间的重要工具，具有较高的准确性。1985年美国南卡罗来纳州，2003年贵州有人根据在案发现场收集到的蝇蛆和蛹, 应用积温法成功地推测出被害人的死亡时间。活动积温在我国农业气候区划中的应用 活动积温反映了一个地方气候对农作物所能提供的热量条件，是划分温度带的重要条件（我国从北到南，可分为5个温度带分别为寒温带，中温带，
5、暖温带，亚热带，热带，还有一个以地高天寒的青藏高原为主体面积广大的高原气候区） 4,如何用实验数据确定生物的有效积温度和发育起点温度？ 生物为了完成某一发育期所需要的一定的总热量，可以称为热常数或总积温,也可叫做有效积温, 描述有效积温法则的双曲线公式为： K=N(T-C)K=N(T-C)K=N(T-C)其中K是指热常熟，即完成某一发育阶段所需要的总热量，用“日度”来表示;N是指发育历期，即完成某一发育阶段所需要的天数；T是指发育期的平均温度；C是指发育起点温度，即生物学零度（注：生物的生长和发育是需要一定温度范围的，低于某一温度，生物就停止生长发育，高于这一温度，生物才开始生长发育，这一温度
6、阈值就叫做发育起点温度或生物学零度） 按照上述定义，（T-C)就是有效温度，它以 表示。因此，该公式描述的生物学含义就是：热常数是发育历期中每日的有效温度的积累数。有效积温公式推算出K和C 在两种温度（T1,T2)的实验中，分别观察记录两个相应的发育历期（N1,N2),就可以求出热常数（K) 和发育起点温度（C）。例1：地中海果蝇在26 下发育需要20天， 19.5 下需要41.7天，根据K是一常数的原理： N1（T1 - C )= N2（T2 - C ) 所以C= (N2T2 N1T1 )/ (N2 - N1 ）=13.5 K=N(T-C)=250 这就是说地中海果蝇的发育起点温度为13.5
7、 ，完成发育需要的有效积温共250日度。例2：玉米象在温度为18 ，相对湿度70%和小麦含水量14.2%时，完成一个世代需要110.1天；而在温度为30 ，相对湿度和小麦含水量与上述条件都相同的情况下，完成一个世代只需要28.4 天将这些数据代入: 玉米象的发育起点温度： C= (N2T2 N1T1 )/ (N2 - N1 ）=13.8 玉米象的有效积温： K=N(T-C)=462.4日度有效积温（有效积温（K）和发育起点温度（）和发育起点温度（C）决定）决定后，可以推测一种昆虫在不同地区可能后，可以推测一种昆虫在不同地区可能发生的世代数，估计昆虫在地理上可能发生的世代数，估计昆虫在地理上可能
8、分布的界限，预测害虫的发生期等。分布的界限，预测害虫的发生期等。（1）推测一种昆虫的地理分布界线和在不同地区可能发生的的世代数。确定一种昆虫完成一个时代的有效积温（K），根据气象资料，计算出某地对这种昆虫全年有效积温的总和（K1），两者相比，便可以推测该地区1年内可能发生的世代数（N）。N=K1/K如果N1，意味着在该地全年有效积温总和不能满足该虫完成一个世代的积温，即该虫1年内不能完成一个世代。如果这种昆虫是1年发生多个世代的昆虫（不是多年发生一个世代的昆虫），也将会成为地理分布的限制。例如：如果N=2，该虫在当地1年可能发生2代；如果N=5.5，该虫在当地1年内可能发生五六代。（2）预测和
9、控制昆虫的发育期 如已知一种昆虫的发育起点温度（C）和有效积温（K），则可在预测气温（T）的基础上预测下一发育期的出现。同样，可以调控昆虫的饲养温度，以便适时获得需要的虫期。（3）有效积温法则在预报预测害虫中的应用方向预测害虫的发生期推测一种害虫在某地区一年发生的世代数描出广大地区某种害虫的世代分布图益虫的保存和利用预测害虫的发生期 例如6月5日在库存的粮食中发现2头（雌雄各一头）刚羽化爬出粮粒的玉米象成虫，当时仓内平均温度为19.0 ，利用有效积温法则可知玉米象的发育起点温度为13.8 ，有效积温为462.4日度，根据N=K/(T-C)=88.9天就可以算出下一代玉米象的发生期。 根据玉米象
10、的生物学特性，产卵后还得经过88.9天，才能羽化出下一代成虫。因此，上例中发现的玉米象成虫得到9月7-8日才能出现下一代成虫。 推测一种害虫在某地区一年发生的世代数发生世代数=某地区一年的有效总积温某虫种完成一代所需要的有效积温 上式只要确定了某虫种完成一代所需的有效积温和根据某地区的气象资料，计算出的某地区该虫种全年有效总积温，便可以计算出该虫种在该地区一年可能发生的世代数。描出广大地区某种害虫的世代分布图 如果对于广大地区都用有效积温法，并按各地的总的有效积温，估计出各地的某种害虫的发生世代数，然后把各个发生世代的点互相联结起来，就可以描出广大地区某种害虫的世代分布图。（4）有效积温法则在
11、水稻生产中的应用 有效积温更能反映水稻生育期间对热量的要求，不同类型的品种需要不等的有效积温，只要地理位置和其它外界条件变化不是过大，同一品种对有效积温的要求通常是稳定的。 有效积温不仅可以衡量某种作物对热量条件的要求、评价某个地区的热量资源、制定农业气候区划，而且在水稻生产中也被广泛应用。有效积温法则在水稻生产中的应用方向制种父母本播差的确定增产增收确定收获期预报农时 制种父母本播差的确定 杂交水稻父母本花期能否相遇是制种成败的关键。理想的花期相遇是指父母本盛花期相遇或同时齐穗。运用有效积温差推算播种差期较为准确。 有效积温差法就是根据双亲积温，先求出双亲之间播始历期的有效积温差，然后先播播
12、始历期长的亲本，等该亲本播后的有效积温正好达到两者的积温差时，再播另一个亲本，这样可以确保父母本盛花相遇或同时齐穗。增产增收 例如，中国水稻所试验场1989年引进的紫黑米作为单季稻种植，后来发现紫黑米的全生育期有效积温为1976 ，与汕优6号相近。而杭州地区6月中旬以后的有效积温大于2100 ，能够满足该品种作为双季稻种植的温度。 结果，第二年开始，试验场紫黑米全部作为双季稻种植，这不仅提高了复种指数，而且为农民带来了实惠，增产又增收。所以，只要依据作物的总积温和当地有效积温等气温资料，就可以估算出某种作物适合单季或双季，以便合理用地和确保作物的安全。确定收获期 利用水稻灌浆期有效积温恒定这一
13、特性作为稻谷籽粒收获的标准，进行种子收获前穗发芽试验，这比利用抽穗后的天数作为收获指标进行穗上发芽试验更合理。 所以，利用水稻始穗后的天数作为收获指标进行穗上发芽试验更合理。气候变化对血吸虫病及其媒介的影响气候变化对血吸虫病及其媒介的影响1）钉螺发育起点温度5.872）钉螺生存繁殖的平均有效积温3846.28 32.59度.日3）钉螺发育有效积温模型)(CTTiT:子代钉螺从螺卵孵化开始至发育成熟并产卵所需的有效积温Ti ：日平均气温C: 钉螺发育起点温度 图10 钉螺发育有效积温3846.28日.度等值线变化图 （a, 1986前；b，1986年后） 流行空间的影响流行空间的影响适合疟疾流行
14、的气候条件的变化适合疟疾流行的气候条件的变化1疟疾发育的下限温度指标: 取间日疟原虫发育下限温度指标为14.5，2繁殖代数：应用下式计算 式中t是时间（天），N是疟原虫发育温度阈值，T是某时段的平均温度，TS是发育温度的总和（度日），TCR是繁殖代数(时间累积率)，间日疟：N=14.5,TS=105度日;dtTSNTTCRnxx1986年前后间日疟繁殖代数变化 福州、广州、杭州站间日疟繁殖代数的时间序列代表站中华蚊繁殖代数的时间变化代表站中华蚊繁殖代数的时间变化5.实验数据的直线拟合（一元线性回归方程）地中海果蝇实例中，如果有下列数据应该计算K和C（K=N(T-C)）？是个矛盾方程，无一般意义
15、的确切解可以用最小二乘法求解也可以用excel中直线拟合方法 改写公式：T=K/N+C =KV+C （一元线性回归方程）其中:V=1/N(发育速度）（实际演示操作步骤）温度天数发育速度26.00 20.00 0.0500 19.50 41.70 0.0240 23.00 24.00 0.0417 30.00 18.00 0.0556 25.00 23.00 0.0435 线性相关：寻找一条直线。线性相关：寻找一条直线。 yXObxay ),(,),(),(2211nnyxyxyx2222211)()()(nnbxaybxaybxayF 求最小值最小二乘法求最小值最小二乘法22222212211
16、xnxxxyxnyxyxyxbnn bxay 线线性性回回归归方方程程：xbya 步骤：步骤：1、列表求出、列表求出iiiyxxyx,22、代入公式求、代入公式求 a 、b3、写出线性回归方程、写出线性回归方程bxay 温度天数发育速度26.00 20.00 0.0500 19.50 41.70 0.0240 温度天数发育速度26.00 20.00 0.0500 19.50 41.70 0.0240 23.00 24.00 0.0417 30.00 18.00 0.0556 25.00 23.00 0.0435 6、有效积温在应用上的局限性（1）有效积温的推算，目前还是假定昆虫在适温区内温度与
17、发育速率成正比关系的前提下按照有效积温的基本公式进行推导的。从关系式T=C+KV看，这是典型的直线方程式。但在大多数昆虫中，偏低或偏高的温度范围常常不是随着温度的提高而成正比地加快，只有在最适温度范围内这两者的关系才接近于直线。因此，为了计算积温而选择的温度处理应在最适温或接近于最适温区范围之内。同样，通过计算推导出来的发育起点温度，对于计算有效积温有重要参考价值，但与实际的发育起点常会偏高或偏低。这是值得注意的。（2）一些昆虫在温度与发育速度的关系曲线上（在最适温度范围内）有出现发育恒定温区的可能性。这也是带来偏差的一个因素。（3）一些有效积温的材料是在室内恒温饲养条件下取得的，但昆虫在自然界的发育处于变温之中，在一定的变温下昆虫的发育往往比相应的恒温快。此外，气象上的日平均气温也不能完全反映实际温差情况，且与昆虫实际生活的小气候环境不完全相同。（4）生理上有滞育或高温下有夏蛰的昆虫，在滞育或夏蛰期间有效积温是不适用的。
