Температура окружающей среды влияет на испарение влаги, поглощение почвенного раствора, ассимиляцию, дыхание, накопление запасных веществ и другие физиологические процессы в растениях.
Так при чрезмерно низкой, так и при высокой температуре в клетках и тканях происходят необратимые изменения, приводящие к гибели всего растения или отдельных его органов.
Тепло влияет на жизнедеятельность полезной и вредной для культурных растений микрофлоры. Так, одним из главных условий массового поражения картофеля или томата фитофторозом является смена холодных ночей теплыми днями. Фузариозное увядание овощных растений проявляется при повышенных температурах почвы на юге страны. Активная деятельность азотфиксирующих бактерий происходит только в определенных пределах температуры. С повышением температуры у растений ускоряются ассимиляция и синтез органических веществ. Но одновременно увеличивается и интенсивность дыхания, при котором расходуются продукты ассимиляции. При пониженных и средних температурах среды приток веществ от ассимиляции превышает расход на дыхание, с повышением температуры расход органических веществ возрастает, и на каком-то пределе, названном компенсационной точкой, расход и приток углеводов уравновешиваются. Важно создавать такой температурный режим, при котором в продуктовых органах растений накапливались бы наибольшие запасы продуктов ассимиляции. От температуры почвы зависят сроки и энергия прорастания семян. Например, при температуре почвы 8°С первые всходы свеклы появляются через 3 нед, а при 25°С — через 4 дня после посева. Всхожесть огурца при 18°С — 68%, а при 30°С — 91 %. Реакция овощных растений на термический фактор в зависимости от их физиологического состояния видна на следующих примерах. Сухие семена могут длительно храниться в жидком воздухе (—198°С) и не терять жизнеспособности, а самые стойкие вегетирующие растения погибают при заморозках до 6—12°С. Двулетние культуры не боятся заморозков в первый год и весной второго года жизни. С началом бутонизации они не выносят похолодания до –1°, –2°С. Разные органы одного и того же растения неодинаково реагируют на температуру среды. Рыльце и завязь к низким температурам чувствительнее других органов. Корни погибают при меньших отрицательных температурах, чем надземные органы. Лучшая температура для роста и деятельности корней в среднем на 1—3°С ниже, чем для стеблей и листьев. Поэтому при пониженной температуре почвы у начавшего прорастать семени корешок растет активнее, чем подсемядольное колено. В результате с наступлением теплой погоды, нередко сопровождающейся иссушением поверхности поля, всходы имеют возможность усваивать влагу из более глубоких слоев почвы, быстро переходят на самостоятельное минеральное питание и водоснабжение. Оценка соответствия теплового режима среды потребности овощных растений. Чтобы правильно оценить соответствие температурного фактора среды биологическим особенностям каждой культуры, необходимо иметь представление о тех параметрах температуры, при которых в растении происходят изменения, сказывающиеся на росте и урожае. Прежде всего важно знать минимальную (Тмин) и максимальную (Тмакс) температуры, при которых погибают все растение или его части. Даже очень кратковременное снижение температуры среды до Тмин или повышение до Тмакс опасно. Для огурца Тмин 0±0,5°С, Тмакс 39±3°С, а для белокочанной капусты Тмин –4±3°С, Тмакс 35±3°С. Наиболее благоприятные для каждой культуры температурные границы, в пределах которых рост и накопление урожая происходят достаточно интенсивно, называют оптимальной температурой (Топт). Для установления колебаний Топт в зависимости от степени выраженности других факторов среды, возраста и состояния растений В.М.Марков предложил формулу Топт = Тпасм + 7°С, где Тпасм — оптимальная температура при пасмурной погоде. В фазах накопления запасных веществ и бутонизации Тпасм следующая: для капусты, брюквы, репы, редиса, редьки, хрена 13°С; салата, шпината, укропа, моркови, петрушки, пастернака, гороха, щавеля, ревеня, лука-батуна 16°С; лука репчатого и порея, чеснока, свеклы, сельдерея 19°С; фасоли, кукурузы, тыквы крупноплодной и твердокорой, томата 22°С; перца, баклажана, тыквы мускатной, огурца, дыни и арбуза 25°С. Для фазы усиленного роста ассимиляционной и всасывающей поверхности все величины Тпасм В. М. Марков уменьшает на 3°С. При хорошем освещении ассимиляция углекислого газа идет лучше, чем в пасмурную погоду. Поэтому Топт в солнечные дни близка к Тпасм + 7°С. Для томата, например, Топт в солнечные дни равна 29°С (22° + 7°). Ночную оптимальную температуру определяют по формуле Тпасм – 7°С. Для томата она будет 15°С (22° – 7°).При уменьшении температуры ниже оптимальной интенсивность роста и других проявлений жизни растения постепенно снижается, но вначале все функции организма протекают без существенных нарушений. При наступлении оптимальной температуры все жизненные процессы восстанавливаются без заметных последствий. Если же температура будет продолжать снижаться, все более приближаясь к Тмин, рост прекращается, часто возникают расстройства отдельных функций растительного организма (корневого питания или обмена веществ). После сильного охлаждения и затем восстановления оптимального температурного режима наблюдается длительное, особенно у требовательных к теплу культур, отставание в росте и развитии. Например, если всходы огурца находились в течение 2—3 сут при низкой положительной температуре, у них завядают семядольные и первые настоящие листья и сильно замедляется рост на длительное время или растения погибают. У томата чрезмерное охлаждение молодых растений может стать одной из причин опадения бутонов и цветков. Следовательно, необходимо знать и те пределы, до которых температура может временно снижаться без вредных последствий для роста и урожая. В. М. Марков предлагает определять эти пределы по формуле Тпасм±14°С. Отсюда следует, что томат прекращает рост при снижении температуры до 8°С (22° — 14°). При выращивании овощных растений нельзя допускать снижения температуры среды до предела Тпасм±14°С. Отношение овощных растений к теплу в разные фазы онтогенеза. При использовании приведенных сведений об отношении к теплу отдельных групп овощных культур нужно учитывать, в какой фазе онтогенеза находятся растения. Для быстрого прорастания семян желательна сравнительно высокая температура. Тепло ускоряет дыхание, активизирует деятельность ферментов, обмен веществ и, как следствие, ускоряет деление и рост клеток зародыша. Поэтому прорастание семян овощных культур происходит лучше при температуре на 4-7°С выше оптимальной для роста растений. Так, если оптимальная температура для роста капусты 18—22°С, ее семена быстрее всего прорастают при 25—27°С. Ко времени появления всходов запасные вещества семени израсходованы, и растение переходит на питание, поступающее из корней и позеленевших семядольных, а также первых настоящих листьев. В это время излишнее тепло и вызванное им усиление дыхания могут стать причиной голодания молодого, еще не успевшего приспособиться к самостоятельному питанию растения. Поэтому в кратковременный (3—7 дней) период от появления всходов до образования двух настоящих листьев надо поддерживать температуру на уровне Тпасм — 7°С В таких условиях корни растут достаточно активно, а расход веществ на дыхание невелик. После образования сильной корневой системы и приспособления надземной части растений к внешним условиям температуру нужно повысить до оптимального для роста данной культуры уровня. В фазе накопления запасных веществ полезно снижение температуры на 1—3°С. Это ускорит рост продуктовых органов и повысит урожай. Двулетним и многолетним культурам, большинство из которых произошло из субтропиков с мягкой, но хорошо выраженной зимой, в фазе покоя зимующих органов необходима низкая положительная температура. При этом в точках роста активно идут изменения, обусловливающие образование генеративных органов. Лишь следующей весной с началом отрастания надземной части возникает потребность в тепле. Однолетние культуры, у которых в пищу используют генеративные органы, необходимо выращивать при Топт до цветения. Затем желательно понижение температуры среды на 2—4°С ниже оптимума для роста. Это способствует образованию пыльцы и опылению цветков. После окончания массового цветения температуру несколько повышают и при созревании сформировавшихся плодов доводят до наивысшего с момента появления всходов уровня, превышающего среднюю оптимальную температуру на 2—3°С. Абсолютные величины температурных параметров для разных культур неодинаковы, но общий ход изменения их в зависимости от фаз роста и развития соответствует описанной схеме. Установив закономерности развития двулетних растений и изменение их потребности в тепле в онтогенезе, семена капусты стали получать в субтропических районах РФ не за 2 года, а за 10 осенне-зимних и весенних месяцев. Способы оптимизации теплового режима в открытом грунте. В открытом грунте тепловой режим регулируют, подбирая сроки выращивания, соответствующие биологическим особенностям культуры и сорта. Холодостойкие растения высевают весной, как только почва поспеет для проведения полевых работ. Уборку урожая таких культур можно заканчивать после начала осенних заморозков. Поэтому продолжительность возможной вегетации холодостойких культур может быть и больше безморозного периода для данной местности и примерно равна числу дней со среднесуточной температурой выше 10°С. Многолетние культуры отрастают весной сразу после таяния снега, и продолжительность периода возможной их вегетации приравнивают к числу дней со среднесуточной температурой выше 5°С. Требовательные к теплу и жаростойкие культуры высевают при температуре почвы, близкой к минимальной для прорастания семян (10—12°С — томат, 16°С — арбуз), чтобы всходы появились после того, как минует опасность заморозков. Последняя уборка урожая теплолюбивых культур должна быть закончена до осенних заморозков. Поэтому время возможной вегетации требовательных к теплу растений в поле почти всегда меньше среднего безморозного периода и примерно равно числу дней со среднесуточной температурой выше 15°С. Если вегетационный период не укладывается в такой срок, применяют рассадный способ культуры. Рассаду выращивают в защищенном грунте и высаживают в поле, когда прекратятся весенние заморозки.
Для требовательных к теплу культур выделяют участки с хорошо прогреваемыми почвами и со склоном на юг. В южной зоне плохо переносящие жару холодостойкие растения лучше размещать на северных склонах. В местах достаточного и избыточного увлажнения тепловой режим почвы можно несколько улучшить нарезкой на поверхности поля гребней и гряд. По данным Ю. Ф. Палкина, в Свердловске среднесуточная температура почвы гребней на глубине 10 см была на 0,4—1,5° С выше в солнечную погоду и на 0,2—0,7° С — в пасмурную. Местное внесение больших доз неразложившегося навоза может повысить температуру почвы еще больше. По ночам гребни и гряды быстрее и сильнее охлаждаются, чем ровная поверхность. В северных и северо-западных областях хорошие результаты получают при выращивании огурца и других требовательных к теплу культур в кулисах из холодостойких овощных (капуста, горох) или высокорослых полевых растений (рожь). При ветре разница в температуре приземного слоя воздуха на открытой площади и между кулисами достигает 2—4°С, а почвы на глубине 5—15 см — 1—2°С. В пригороде Ленинграда в годы с холодным летом урожай огурцов в кулисах получали в 2 раза больший, чем на открытой площади. На юге кулисы, затеняя почву и защищая ее от суховеев, понижают температуру в зоне размещения овощных растений. Недостатки кулис: действие их проявляется, когда кулисные растения достаточно вырастут; часть площади, отведенной под овощи, приходится занимать малоценными культурами. Эффективным приемом регулирования температуры почвы является мульчирование – сплошное или ленточное покрытие поверхности поля плотными (полимерные пленки, специальная бумага) или рыхлыми (торф, солома, перегной, опилки) материалами — мульчей. Общий тепловой баланс мульчированной почвы зависит от цвета мульчирующих материалов. В среднем температура почвы под светлой мульчей на 1—3°С ниже, чем под темной. Светлая мульча уменьшает нагрев почвы днем и охлаждение ночью, в результате чего амплитуда суточных колебаний выравнивается. Светлые виды мульчи дают положительные результаты на юге, особенно при выращивании малотребовательных к теплу культур. Темно-окрашенная мульча пригодна в условиях холодного климата для требовательных к теплу растений. Возможно вторичное использование в качестве мульчи полимерной пленки, отработавшей свой срок в качестве светопрозрачного ограждения сооружений защищенного грунта. Заморозки наносят большой ущерб овощеводству открытого грунта. Ослабить их действие можно дымлением. Для создания плотной дымовой завесы используют дымовые шашки. При правильно проведенном дымлении повышение температуры в зоне размещения растений не больше по сравнению с открытым полем, но иногда этого бывает достаточно для спасения растений от гибели. Сравнительно доступно и часто эффективно для предохранения растений от заморозков дождевание: 1 л воды искусственного дождя при охлаждении с 10 до 0°С выделяет примерно столько же тепла, сколько излучает при слабом заморозке 1 м2 поля. Замерзая, 1 л воды выделяет 80 ккал тепла, которое также частично расходуется на согревание окружающей растения атмосферы. Попадая на растительные ткани, вода замедляет отток влаги из клеток, препятствует обезвоживанию и коагуляции протоплазмы. В итоге при правильно выполненном дождевании нередко удается спасти от гибели такие культуры, как томат, при заморозках 3—5°С. Следует иметь в виду, что для борьбы с заморозками желательны малая интенсивность дождевания (слой дождя 0,033 мм/мин) и определенная степень распыленности воды (диаметр капель 0,5—1,5 мм). Оригинален новый способ предохранения растений от заморозков: при похолодании растения покрывают безвредным пенистым материалом. Пену получают непосредственно в поле в движущихся вдоль рядов растений машинах-пенообразователях. В зависимости от состава пенообразующих веществ пена может оставаться на растениях в течение 4—16 ч, после чего разрушается, а остатки ее быстро разлагают почвенные микроорганизмы. В опыте ТСХА пена защитила растения томата при морозе —17°С.