العوامل البيئية التى تؤثر على نمو المحاصيل (درجة الحرارة)

تعد درجة الحرارة من أهم العناصر البيئية التى تؤثر على الكائنات الحية كما أنها تتحكم في جميع العناصر المناخية الأخرى سواء كان هذا التحكم مباشراً أو غير مباشر فتتحكم الحرارة في الرياح ونظام هبوبها وتزيد من بخر الماء من المسطحات المائية كما أنها تتحكم في سقوط الأمطار، ويتضح تأثير الحرارة على النباتات بوضوح على سائر الكائنات الحية إذا ما تمت المقارنة بين النمو الخضرى فى المناطق القطبية والمناطق الاستوائية أو بين النمو السريع القوى في الصيف بالنمو البطئ أو حالة السكون شتاءاً في المناطق الباردة. ويأتي هذا التأثير القوى نتيجة لتأثير الحرارة على العمليات الفسيولوجية بالنبات مثل الانتشار والترسيب والتجمع وتكوين الجدر الخلوية وغير ذلك من العمليات الحيوية. ومع كل هذا التأثير للحرارة على حياة النبات إلا أن هذا التأثير لا يتأتى إلا من مجال حرارى ضيق لأن النشاط البيولوجي للنبات يكون ضئيل جداً عند درجات الحرارة الأقل.

مصادر الحرارة بالجو:

يستمد الغلاف الجوى طاقته من من الاشعة التي تبعثها الشمس والتي يمكن تقسيمها الى ثلاثة أنواع:

1. الأشعة الحرارية: ويرجع إليها الحرارة التى تصل إلى الأرض والهواء وتنبعث من الشمس طاقة إشعاعية هائلة يعبر عنها بعدد من الجرامات سعر/ سم2/ ساعة والجرام سعر هي الوحدة التي تقاس بها الحرارة وهى عبارة عن كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء درجة حرارة واحدة مئوية ولا يزيد مقدار ما يصل إلى الأرض من طاقة الشمس عن 1 : 2000 مليون منها والباقي تمتصه طبقات الغلاف الجوى بما يحتويه من غازات.

2. الأشعة الضوئية: ويرجع إليها ضوء النهار.

3. الأشعة الكيميائية: ويرجع إليها نشاط الكائنات الحية اللازمة لنشاطها.

مصادر حرارة التربة:

على الرغم من العلاقة المتبادلة بين التربة والجو فإن الأرض تختلف عن الجو في أنها تكتسب طاقتها الحرارية من عدة مصادر ثانوية إذا ما قورنت بالمصدر الرئيسي وهو الشمس وهذه المصادر هي:

1. الضغط الذى يحدث في باطن الأرض وينتج عنه حرارة تنتقل إلى سطح الأرض بالتوصيل وهو قدر ضئيل ليس له تأثير كبير.

2. تحلل بعض المواد العضوية بواسطة الكائنات الدقيقة تنتج عنه قدراً من الحرارة.

3. بعض التفاعلات الكيميائية فى الأرض يصاحبها انطلاق حرارة.

التغيرات في درجة الحرارة خلال السنة:

ينشأ عن دوران الأرض حول نفسها أمام الشمس كل 24 ساعة حدوث تعاقب الليل والنهار وهذا التعاقب يتم بصورة أوضح نتيجة لاختلاف موضع الشمس بالنسبة للأرض الذي يحدث بين عملتي الشروق والغروب ونتيجة لهذه الحركة المستمرة تحدث تغيرات معقدة ومنتظمة في كل من العوامل البيئية مثل الرطوبة النسبية والضوء وإن كانت التغيرات التي تطرأ على الحرارة هي أكثر هذه التغيرات أهمية وتأثيراً. وعند شروق الشمس ترتفع درجة حرارة الأرض والجو تدريجياً حتى تصل أقصاها عند الظهيرة وبعد وصول اشعاع الشمس للحد الأقصى بحوالي 2 الى 3 ساعات، ويتراوح عدد السعرات / ساعة / سم2 من 60 - 100 سعراً في الضوء الكامل للشمس في المنطقة المنحصرة بين خطي عرض 30-52 أثناء الصيف. وترتفع درجة حرارة الأرض كما سبق الذكر تدريجياً نتيجة لزيادة الحرارة المكتسبة عن الحرارة المفقودة من الأرض للجو بالإنعكاس والتوصيل. وبعد الوصول إلى الحد الأقصى تقل درجة الحرارة تدريجياً حتى الغروب ثم تفقد الحرارة أثناء الليل ويصل الحد الأدنى للحرارة قبل شروق الشمس لليوم التالي. ويصل الاشعاع الشمس نهايته العظمى في نصف الكرة الشمالي في شهر يونيو ولكن لا تصل درجة الحرارة حدها الأعظم إلا بعد ذلك بحوالي شهر أو شهرين وهذا ما يحدث أيضا عند انخفاض درجة الحرارة لأن الاشعاع الشمسى يصل أدناه في شهر ديسمبر ولكن لا تصل درجة الحرارة إلى الحد الأدنى إلا بعد ذلك بشهر أو شهرين وتختلف درجة الحرارة سواء العظمى أو الدنيا للأرض عن مثيلتها في الجو بنحو ساعة وذلك لارتفاع الحرارة النوعية للأرض ويحدث ذلك بالتعمق في باطن الأرض بمقدار 2.5 سم ولكن عند الوصول إلى عمق 45 سم فإن الاختلاف في درجات الحرارة بين الحد الأقصى والأدنى يتلاشى بحيث لا يؤثر على درجة الحرارة. ولقد أصبحت النباتات في كل بقاع الأرض متلائمة مع هذا التتابع المعقد والمنتظم في درجات الحرارة أثناء تعاقب الليل والنهار وأثناء فصول السنة وإذا ما تعرضت لظروف بيئية صناعية ثابتة فلا تظهر أي سلوك طبيعي ويطلق على ذلك استجابة النباتات للتذبذبات النهارية في درجة الحرارة.

العوامل المؤثرة على درجة الحرارة:

يؤثر على درجات الحرارة لمكان ما كثير من العوامل أهمها مايلي:

1. موقع المكان بالنسبة لخط العرض: حيث تختلف زوايا سقوط الشمس من نقطة إلى أخرى باختلاف خطوط العرض مما يؤثر على درجة الحرارة وذلك خلال الليل والنهار وخلال الفصول الأربعة.

2. مساحة السطح المعرض لاشعة الشمس: فكلما زاد السطح المعرض لأشعة الشمس كلما زادت كمية الحرارة المستقبلة والممتصة حيث يراعى أثناء تخطيط الأرض خلال عمليات تجهيز الأرض للزراعة أن تخطط من الشرق إلى الغرب وتكون الزراعة على الريشة القبلية يزيد من نصيب النباتات النامية على هذه الريشة من الحرارة.

3. الارتفاع عن سطح البحر تنخفض درجة الحرارة بمقدار 5.5 م لكل ارتفاع عن سطح البحر بمقدار 1000 م.

4. انحدار الأرض يؤثر مقدار الانحدار على معدل درجات الحرارة والنهاية الصغرى لدرجة حرارة التربة في المنحدرات الجنوبية أعلى من النهاية العظمى لدرجة حرارة التربة في المنحدرات الشمالية.

5. لون الأرض: تختلف درجة الحرارة نظراً لاختلاف لون الأرض والسطوح البيضاء تعكس الأشعة بينما السطوح السوداء تمتصها مما يجعل هناك تفاوت بين درجة حرارة كل من الأرض الرملية والطينية.

6. المسامية وكمية الماء فى الأرض: ترتبط المسامية بكمية المياء الموجودة في التربة وهاتين الخاصيتين من خواص التربة حيث تؤثرا على درجة حرارة الأرض فكلما كانت المسامية صغيرة كانت التربة رطبة وبالتالي كانت التغيرات الحرارية أبطأ لأن الحرارة النوعية للماء أكبر خمس مرات من الحرارة النوعية للحبيبات المعدنية المكونة للتربة. وعلى الرغم من ذلك لابد من توفر كمية من الرطوبة المتوسطة أى السعة الحقلية لكي تسمح بالاتصال الحرارى وعند هذه الكمية من الرطوبة تصل التربة لأقصى ارتفاع في درجة الحرارة وهذا ما لا يحدث في الأراضي الجافة تماماً.

7. البعد عن البحار والمحيطات: كلما بعدنا عن البحار والمحيطات كلما ارتفعت درجة الحرارة حيث تقوم المسطحات المائية بتلطيف درجة الحرارة نظراً لارتفاع الحرارة النوعية للمياة وهذا ما يؤخر من تأثر المسطحات المائية بدرجة حرارة الجو كما أن الرطوبة المصاحبة للمسطحات المائية تعكس جزء كبير من الاشعة الساقطة فضلاً عن تأثير التيارات المحيطية الباردة والحارة على المناطق التي تمر عليها.

8. الغطاء النباتي: يوجد اختلاف في درجة حرارة الهواء بين الأماكن المشمسة والمظللة حيث أن الظل الخفيف يقلل بشدة من اكتساب الأرض للحرارة من خلال الاشعاع الشمسى وفى حالة الظل التام تبقى درجة حرارة سطح التربة أبرد من حرارة الهواء الملاصق حتى خلال أكثر فترات النهار حرارة عند وجود الرياح الخفيفة أما في حالة غياب الرياح فى المناطق المظللة الباردة فتمتص الحرارة من الجو بسرعة أكبر من انتقال الحرارة بالتوصيل هذا بالاضافة إلى ارتفاع نسبة الرطوبة تحت الكساء الخضرى مما يزيد من كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة الحرارة أسفل النباتات هذا بالاضافة إلى أن الغطاء النباتي يقتل من كمية الحرارة المنعكسة ليلاً إذا ما قورنت بالأراضي المكشوفة.

9. الكساء الجليدي: حيث يعمل الكساء الجليدى في المناطق القطبية على خفض درجة الحرارة عن طريق انعكاسها.

المناطق الحرارية:

تختلف زاوية سقوط الأشعاع الشمسى باختلاف خط العرض حيث تكون الأشعة الشمسية عمودية عن خط الاستواء كما يزداد الميل كلما اتجهنا شمالاً أو جنوباً ويمكن تقسيم الكرة الأرضية إلى خمس مناطق حرارية هي:

أ. المنطقة الحارة: تقع المنطقة الحارة بين مدارى الجدى والسرطان ولا تختلف درجات الحرارة في هذه المنطقة بتعاقب الليل والنهار أو باختلاف فصول السنة اختلافاً يذكر ومتوسط درجة الحرارة السنوى لهذه المنطقة أعلى من 20 م.

ب. المنطقتان المعتدلتان: تقع إحداهما شمالاً بين مدار السرطان والدائرة القطبية الشمالية والثانية تقع جنوباً بين مدار الجدى والدائرة القطبية الجنوبية ولا يتعدى متوسط درجة الحرارة السنوى في هاتين المنطقتين عن 1-20 م فى 4-10 شهر من السنة وباقى السنة نقل درجة الحرارة عن ذلك.

ج. المنطقتان الباردتان: حيث تقع احداهما أيضا شمالاً أى شمال الدائرة القطبية الشمالية والثانية تقع جنوباً أى جنوب الدائرة القطبية الجنوبية.

تقع جمهورية مصر العربية في المنطقة المعتدلة الشمالية بين خطی عرضی 23، 31.32 شمالا وعلى ذلك يجود بها النباتات التي تجود بالمنطقة المعتدلة وتعتبر الاختلافات في درجات الحرارة على مستوى الجمهورية ليست كبيرة بما يستدعى صلاحية محصول ما للنمو في منطقة ما وعدم صلاحيته في منطقة أخرى.

يمكن تقسيم مصر إلى ثلاث مناطق بالنسبة للمناخ الى:

1- مصر السفلى (الوجه البحرى) وهي بدورها تنقسم إلى منطقتين:

أ. منطقة ساحل البحر الأبيض المتوسط: وتشمل محافظة دمياط والاسكندرية ومرسى مطروح وبورسعيد شمال سيناء والجزء الشمالي من محافظة البحيرة وكفر الشيخ والدقهلية وهذه المنطقة تمتاز باعتدال مناخها طوال العام وسقوط بعض الأمطار شتاء وارتفاع الرطوبة النسبية.

ب. منطقة جنوب الدلتا: وتشمل باقى محافظة البحيرة ومحافظات الغربية والمنوفية والقليوبية والشرقية.

2- المنطقة الوسطى: وتشمل محافظة القاهرة والجيزة والفيوم وبنى سويف والمنيا وقنا وهذه المنطقة أكثر حرارة وأقل رطوبة من سابقتها وهناك فرق واضح بين درجة حرارة الليل والنهار في هذه المنطقة.

3- منطقة مصر العليا: وتشمل محافظات أسيوط والأقصر وسوهاج والبحر الأحمر وتمتاز هذه المنطقة بجوها الدافئ شتاء وشديد الحرارة صيفا والفرق كبير بين درجتي الحرارة ليلاً ونهاراً وتنعدم الرطوبة بهذه المنطقة وتنضج المحاصيل مبكراً في هذه المنطقة عن باقي المناطق.

درجة حرارة النبات:

تتشابه درجة حرارة الاجزاء المختلفة من النبات مع درجة حرارة الوسط المحيط به. حيث تتأثر درجة حرارة الجذور لحد كبير بدرجة حرارة التربة ونسبة رطوبتها. ويمكن للجذر التخلص من الماء الأرضى عن طريق زيادة نسبة النتح والتبخير من أسطح أوراق النبات وتتوقف درجة حرارة المجموع الخضري لحد كبير على درجة حرارة الهواء المحيط به ودرجة امتصاصه لأشعة الشمس والنتح والتبخير الذي يعمل على خفض درجة حرارة أجزاء النبات. وتتأثر درجة حرارة النبات كذلك بوجود الشعيرات والفلين وطبقة الكيوتيكل التى تقى النباتات من التقلبات المفاجئة في درجات الحرارة، ويعمل التنفس فى الكائنات الحية وبعض النباتات الراقية على رفع درجة حرارة الانسجة النباتية عن الجو المحيط به لإنفراد الطاقة من تنفس الغلايا.

النطاق الحراري الذي تعيش فيه النباتات:

تختلف النباتات في احتياجاتها لدرجة الحرارة ولكل نبات مدى من درجات الحرارة يعيش فيه ويحدد هذا المدى بدرجة الحرارة العظمى ودرجة الحرارة الدنيا ولكل نبات درجة حرارة مثلى تتعاظم عندها جميع العمليات الفسيولوجية بمعدل مرتفع حيث تتضاعف سرعة نمو النبات اذا ارتفعت درجة الحرارة بمقدار 10 م وذلك فى المدى بين درجة الحرارة الصغرى والمثلي.

1- درجة الحرارة الصغرى Minimum temperature : وهى درجة الحرارة التي تكون عندها سرعة النمو بطيئة جدا وإذا انخفضت درجة الحرارة عن ذلك يتوقف النمو وبانخفاض درجة الحرارة يتجمد برتوبلازم الخلية.

2- درجة الحرارة العظمي Maximum temperature: وهى درجة الحرارة التي تتوقف عندها العمليات الحيوية بالنبات ولا يحدث نمو أو نشاط وبارتفاع درجة الحرارة يتجمع برتوبلازم الخلية ولا يعود الى حالتة الأولى بإنخفاض درجة الحرارة.

3- درجة الحرارة المثلى Optimum temperature: وهي درجة الحرارة التي عندها ينمو النبات نموا أمثل ويزداد نشاطه أسرع ما يكون وتتضاعف سرعة النمو كلما ارتفعت درجة الحرارة 10 م فى المدى بين درجة الحرارة الصغرى والمثنى وهذا ما لا يحدث بين درجة الحرارة المثلى ودرجة الحرارة العظمى ويسبب ذلك تقترب درجة الحرارة العظمى من درجة الحرارة المثلى وتختلف درجات الحرارة الرئيسية لنفس الوظائف من نبات لآخر فبينما نجد أن درجة الحرارة الصغرى للنمو في الذرة الرفيعة من 15-18 م تجدها في القمح من 2 - 5 كما تختلف درجة الحرارة اللازمة للعمليات الحيوية المختلفة في نفس النبات. ودرجة الحرارة المثلي لعملية البناء الضوئي تقل عن التي تحتاج إليها عملية التنفس.

وتختلف أيضا درجات الحرارة باختلاف الأعضاء النباتية عند القيام بنفس الوظيفة وهذا ما يوضحه اختلاف درجة الحرارة الصغرى لنمو الجذور عن درجة الحرارة الصغرى لنمو السيقان، وتختلف درجات الحرارة الرئيسية باختلاف عمر النبات وباختلاف ظروفه الفسيولوجية وباختلاف العوامل البيئية الأخرى وليس من الضروري أن تكون درجة الحرارة المثلى هي أوفق درجة للحصول على أعلى محصول فقد يؤدى النمو السريع إلى تأخير أو منع الإثمار أو إنتاج نباتات عضة قابلة للإصابة بالأمراض الفطرية والحشرية.

تقسيم النباتات حسب الاحتياجات الحرارية:

تنمو معظم محاصيل الحقل في مدى ضيق من درجات الحرارة حيث يتراوح بين صفر – 50 م وتنمو محاصيل الحقل فى المدى الحرارى من درجة تجمد التلج كحد أدنى إلى درجة تغيير خواص البروتين كحد أعظم كما تنمو بعض الطحالب البنية الخضراء في ماء الينابيع الحارة في درجة حرارة تصل الى 90 م وقد تعيش بعض الطحالب فى الماء البارد وأسفل الكساء الجليدي بالمناطق القطبية وتختلف درجات الحرارة العظمى والمثلى والصغرى من محصول لآخر تبعا لنوع النبات وطور نموه وتتراوح درجة الحرارة الصغرى للذرة السكرية والدخن وحشيشة السودان بين 15 - 18 م وللشعير والقمح بين 2 - 5 م وتختلف درجات الحرارة المناسبة للعمليات الحيوية للنبات في طور البذرة عن طور النمو الخضري وتتحمل البذور درجات الحرارة المنخفضة ودرجات الحرارة المرتفعة عن النباتات عندما تكون في طور نموها الخضرى كما تختلف الاحتياجات الحرارية المثلى لازهار بعض النباتات عن درجات الحرارة اللازمة.

درجة حرارة النباتات:

تختلف درجة استجابة الأعضاء النباتية المختلفة للتغيرات في درجة حرارة البيئة المحيطة بالنبات. على سبيل المثال نجد أن درجة حرارة الجذور تتشابه تقريبا في درجة حرارتها مع درجة حرارة التربة التي تنمو فيها بينما نجد أن درجة حرارة السيقان تختلف بعدة درجات عن درجة حرارة الهواء ويتوقف ذلك على مدى كفاءة الأعضاء النباتية في التعامل مع درجة الحرارة سواء بالامتصاص أو الانعكاس وتوجد وسائل يستعملها النبات للتخفيف من أثر الحرارة مثل عملية النتح بالأضافة الى ووجود عدد كبير من الأعضاء النباتية لبعض النباتات المغطاء بالشعيرات وطبقة من الفلين تجعل التغيرات في درجة الحرارة تختلف عن البيئة المحيطة بمقدار منع وصول درجة الحرارة إلى حد الضرر أثناء التغيرات الشديدة في حرارة البيئة المحيطة.

تأثير الحرارة على النباتات:

تؤثر درجة الحرارة سواء كانت جوية أو أرضية على جميع العمليات الفسيولوجية في النبات حيث تؤثر على امتصاص الماء والعناصر الغذائية وعملية الفتح والتمثيل الضوئي والتنفس وفعل الانزيمات وسرعة انتشار الماء والمواد المتكونة داخل الخلايا ويمكن تلخيص دور درجة الحرارة الجوية والأرضية فيما يلى:

أولاً: أهمية درجة حرارة الجو للنبات:

1- النتح: يزداد نتح النبات بزيادة الفرق في درجات الحرارة بين سطح الأوراق والهواء المحيط ونجد أنه كلما ارتفعت درجة الحرارة كلما زاد النتح من طبقة الكيوتيكل. وهذا ما يفسره التفاف أوراق بعض المحاصيل مثل الذرة الرفيعة وقت الظهيرة لتقليل السطح المعرض للحرارة فيقل النتح.

2- التنفس: كلما ارتفعت درجة الحرارة كلما زاد معدل التنفس وزاد معدل التمثيل الضوئي ولذلك عند ارتفاع درجة حرارة الليل فإن الخسارة التي تحدث نتيجة زيادة معدل التنفس تكون أكبر مما تعوضه عملية التمثيل الضوئي. ويمكن ملاحظة ذلك في المحاصيل أثناء تكوين الحبوب.

3- الإنبات: يلزم لإنبات البذور توفر درجة حرارة ملائمة وتتراوح درجة الحرارة الملائمة لإنبات محاصيل الحقل بين 21 - 32 م ويفضل زراعة القمح عندما تصل درجة الحرارة 12 م والقطن إلى درجة 17 م.

ثانيا: أهمية درجة حرارة التربة للنباتات :

1. يتوقف إنبات البذور في التربة ونمو النباتات إلى حد كبير على درجة حرارة التربة وقت الزراعة وأثناء موسم النمو فكلما زادت درجة الحرارة كلما زاد النمو وهذا ما يوضحه سرعة نضج المحاصيل في الأراضي الرملية والصفراء عن الأراضي الطينية الرطبة.

2. يتوقف نشاط الاحياء الدقيقة النافعة في التربة على درجة حرارتها فمثلا تزيد عمليات النشدرة والتازت بزيادة درجة الحرارة.

3. يتوقف نشاط التفاعلات الكيميائية في التربة على درجة الحرارة مثل عمليات الأكسدة والكربنة.

4. تزيد درجة حرارة التربة من امتصاص الجذور للمواد الغذائية.

5. ترتبط تهوية التربة بدرجة حرارتها وارتفاع أو انخفاض درجة حرارة التربة تسبب تمدد وانكماش هواء الأرض مما يساعد على تبادل الغازات بين الجو والتربة.

الوسائل العلمية لحفظ درجة حرارة التربة:

أهم الوسائل المستخدمة لحفظ درجة حرارة التربة بما يتلائم مع احتياجات النبات كي يساعدة للتغلب على الظروف البيئية الغير مناسبة ما يلي:

1. الصرف: يقوم الصرف بتخليص التربة من نسبة كبيرة من الماء الذي يساعد على رفع الحرارة النوعية للأرض مما يزيد من حرارة الأرض نتيجة لعملية الصرف.

2. اضافة المواد العضوية: تزيد المواد العضوية من حرارة التربة نتيجة للحرارة التي تنطلق من تحلل المواد العضوية كما تزداد درجة الحرارة نتيجة لانخفاض الحرارة النوعية للمواد العضوية.

3. عمل مصدات الرياح: اقامة مصدات الرياح وعمل تذريب للنباتات - تغطية التربة وحمايتها باستخدام النباتات - يقلل من أثر الرياح من تخفيض درجة حرارة التربة.

4. تخطيط الأرض: يؤدى اتجاه التخطيط على زيادة حرارة الشمس الساقطة على وحدة المساحة من الأرض لذا يتم تخطيط الأرض من الشرق الى الغرب وزراعة النباتات على الريشة القبلية.

5. خدمة الأرض: للعزيق والحرث والتشميس أثرها القوى على زيادة حرارة التربة وتفكيك حبيبات التربة يعمل على تقليل التوصيل الحراري بين الحبيبات.

صفات نباتات المحاصيل الصيفية:

1. لا تتحمل هذه النباتات درجات الحرارة المنخفضة.

2. تنبت البذور في درجات حرارة مرتفعة نسبيا.

3. إرتفاع درجة استجابة المحاصيل الصيفية للأسمدة بارتفاع درجة الحرارة.

4. نقص مدة مكث النباتات فى الأرض لكي تتم دورة حياتها عن غيرها من نباتات المحاصيل الأخرى.

صفات نباتات المحاصيل الشتوية:

1. تتحمل المحاصيل الشتوية درجات الحرارة المنخفضة نوعاً.

2. تنبت بذور المحاصيل الشتوية في درجات حرارة المنخفضة نسبيا.

3. طول فترة مكث النباتات بالأرض حتى تتم دورة حياتها.

تأثير درجة الحرارة المنخفضة على النباتات:

بعد دراسة نطاق درجات الحرارة التي تصلح لكل مجموعة من المحاصيل بالأضافة الى دراسة الصفات المصاحبة لكل مجموعة من هذه المحاصيل غير أن انخفاض درجات الحرارة عن النطاق الحراري لكل مجموعة يسبب أحيانا تلف أو موت لهذه المحاصيل. فعند انخفاض درجة الحرارة واقترابها من النهاية الصغرى اللازمة للنمو يسكن النبات وتجرى كل من عملية التنفس وعملية التمثيل الضوئى ببطء وإذا ما استمرت درجة الحرارة في الانخفاض يتجمد البروتوبلازم ويفسر الضرر الذي يحدث بالنبات بانخفاض درجة الحرارة من خلال النظريات الآتية:

1. قد يترسب البروتين مباشرة في حالة النباتات التي تموت قبل انخفاض درجة الحرارة إلى درجة التجمد.

2. يتكون تلج بين الخلايا أثناء انخفاض درجة الحرارة مما يؤدى إلى سحب الماء خارج الخلايا أثناء انخفاض درجة الحرارة مما يؤدى إلى تجفيف تلك الخلايا مما يفسر ذبول تلك النباتات وعند انخفاض درجة الحرارة لأكثر من ذلك يحدث ترسيب فى البروتوبلازم ولا يمكن علاجه ثانية كما أنه قد يكون مجرد انكماش مميت للخلايا أو قد يحدث تمزق للخلايا بسبب تمدد جدر الخلايا نتيجة تكون بلورات الثلج لأن حجم بلورات الثلج أكبر من حجم الماء الداخل في تكوين تلك البلورات وبالتالي تتهتك الخلايا وتظهر الصبغات مثل صبغة الأنثيرثيانين (ظاهرة احمرار أوراق البرسيم المصرى فى الموسم الشتوى عندما تنخفض درجة الحرارة عقب الرى).

3. يسبب الصقيع المفاجئ تكون بلورات ثلجية داخل الخلايا مما يميت الخلايا لأن زيادة حجم تلك البلورات يسبب تحطيم التنظيم البروتوبلازمي. وتختلف النباتات في مدى تحملها لدرجات الحرارة المنخفضة فتجد أن نباتات المناطق الباردة يمكنها تحمل فترات تتجمد فيها الانسجة بدرجة كبيرة على الرغم من أن درجة الحرارة التي يتجمد عندها العصير الخلوي تكون أقل من الصفر بعدة درجات نظرا لارتفاع الحرارة النوعية للمحلول كما تختلف تحمل النبات لأنخفاض درجة الحرارة خلال أطوار الحياة المختلفة. فالبذور أكثر اطوار النبات مقاومة لانخفاض درجات الحرارة وفى حالة الأشجار تكون حساسية البادرات أعلى من النباتات الكبيرة ويحدث العكس في نباتات العائلة النجيلية وتختلف أيضا أعضاء النبات في مدى تحملها للحرارة المنخفضة فالمتاع أكثر حساسية من أجزاء الزهرة الأخرى كما أن الأزهار أكثر حساسية للبرد من الأوراق والجذور أكثر حساسية من السيقان والأوراق الصغيرة أكثر مقاومة للبرد من الكبيرة.

الأثر المنبه للحرارة المنخفضة:

معظم نباتات المناطق الباردة يجب أن تمر كل عام بفترة سكون فهي تنمو لفترة ما ثم تدخل فى مرحلة سكون وتنتهى فترة السكون نتيجة للتعرض لدرجات حرارة منخفضة شتاء حيث يؤدي الصقيع إلى قتل القسم النامية ويجبرها على الدخول في فترة سكون ويرجح ذلك التأثير لأنه في حالة تعرض البذور لدرجات الحرارة المنخفضة يجعل القمرة أكثر نفاذية كما أنه يرجح البعض ذلك التأثر إلى مجرد تنبيه للبروتوبلازم وهناك بعض النباتات على الرغم من أنها لا تحتاج إلى فترة سكون ولكن يلزمها حرارة منخفضة أثناء الانبات أو بعدة حتى يكمل النبات دورة حياته بسرعة ويمكن التغلب على تلك الاحتياجات صناعياً بعملية الارتباع Vermalization حيث تنقع البذور في الماء ثم تبرد لدرجة تختلف من محصول لآخر لمدة معينة ثم تجفف ثانية ويتم زراعتها بعد ذلك بعدة أسابيع.

تأقلم النباتات لمقاومة أضرار الحرارة المنخفضة:

يتوقف مدى الضرر الذى يحدثه انخفاض درجة الحرارة على النبات:

1. درجة الحرارة الصغرى ومدة بقاؤها.

2. الحالة الفسيولوجية للنبات ونسبة الرطوبة في الأنسجة.

وبما أن تأثير انخفاض درجة الحرارة يؤثر على البروتوبلازم فتأقلم النباتات لكي تتحمل درجات الحرارة المنخفضة أغلبه بروتوبلازمي وإن كانت هناك بعض النباتات التي تتحمل الانخفاض في درجة الحرارة نتيجة لأسطحها المغطاة بطبقة من الشمع أو شعيرات قصيرة ويمكن احداث التأقلم المؤقت للبروتوبلازم صناعيا عن طريق تعريض النبات لدرجات حرارة منخفضة ويصاحب عملية التأقلم المؤقت هذه بعض التغيرات فى البروتوبلازم مما يجعله أكثر تحملاً للبرودة وهذه التغيرات هي:

1- تصبح لزوجة البروتوبلازم منخفضة.

2- زيادة درجة نفاذية الـ Ectoplast.

3- تقليل الماء الحر الموجود في الخلية وتزيد البروتينات والسكريات الذائبة وبذلك تقل نقطة التجمد في الأنسجة وهذه التغيرات تساعد النبات أيضا على تحمل الجفاف.

تأثير درجة الحرارة المرتفعة على النبات:

من أضرار ارتفاع درجة الحرارة حدوث ذبول للنباتات نتيجة لارتفاع معدل النتح عن معدل امتصاص الماء من التربة ويحدث عدم توازن بين عمليتي التنفس والبناء الضوئي وقد يقتل البروتوبلازم وبالتالى تعوق درجات الحرارة العالية أو تمنع نمو النبات من خلال تأثيرها على العمليات الحيوية كما تسبب سقوط الأزهار وجفاف حبوب اللقاح.

التحورات التي تحدث للنبات لمواجهة ظروف الحرارة المرتفعة:

1. زيادة معدل النتح فتبرد الأوراق ولا يحدث لها ضرر بارتفاع درجة الحرارة.

2. تتجه الأوراق عموديا مما يسبب انخفاض درجة الحرارة حيث تقل درجة حرارة الأوراق بمقداره 5 م على الأقل عن حرارة الأوراق المتعامدة مع أشعة الشمس.

3. امتصاص السطوح المعرضة للشمس مما يعكس الأشعة ويقتل من امتصاصها الحرارة.

4. كثرة الشعيرات على النبات حيث يظل الخلايا الحية ويحميها من الحرارة المرتفعة.

5. وجود قلف أو فلين سميك.

6. نقص الرطوبة في البروتوبلازم.

تأثير ارتفاع وانخفاض درجة الحرارة على العمليات الحيوية بالنبات:

يزداد معدل نمو النباتات بزيادة درجة الحرارة في المدى بين درجة الحرارة الصغرى حتى تبلغ أقصاه عند درجة الحرارة المثلى للنمو ويأخذ بعد ذلك معدل نمو النبات في النقص لارتفاع درجة الحرارة عن الحرارة المثلى حتى درجة الحرارة العظمى. ولا يتوقف النمو الناتج عن العمليات الحيوية والفسيولوجية بالنبات على درجة الحرارة فقط ولكن تتأثر بعدد من العوامل البيئية المعقدة التي تختلف باختلاف عمر النبات ونوعه. لذلك فمعرفة درجة الحرارة لا تكفي لمعرفة الأثر الحقيقي الذي تتركه في مظاهر النمو حيث تتباين الطرق المتبعة في تقدير القيمة الفعلية لدرجة الحرارة وتأثيرها في النمو وإن كانت من هذه الطرق مالا يمكن الاعتماد عليها نظراً لاجراء بعضها تحت ظروف صناعية كما أن البعض الآخر يهمل الظروف المعقدة التي ينمو فيها النبات وتعتبر أفضل الطرق لتقدير درجة الحرارة هي تحديد فصل النمو وتقدير مجموع الدرجات الحرارية التي تتجمع خلال فصل النمو فوق أدنى درجات حرارة تصلح لنمو النبات (صفر النمو). ويقصد بفترة صفر النمو هو تلك الفترة من السنة التي لا ينخفض المتوسط اليومي لدرجات الحرارة أثناؤها عن صفر النمو. وتتضح أهمية هذه الطريقة إذا ما علمنا أن كل نبات يحتاج لكي يكمل نموه ونضجه إلى عدد معين من الوحدات الحرارية التي يجب أن يحصل عليها متجمعة أثناء حياته فوق الحد الأدنى من درجات الحرارة التي يبدأ عندها في النمو. لذا يمكن تعريف صفر النمو بأدنى درجة حرارة تصلح لنمو النبات وهي تختلف باختلاف المحاصيل وتختلف باختلاف المراحل المختلفة لنمو المحصول الواحد وقد اتفق كثير من الباحثين على اعتبارها 43 درجة فهرنهيت أي 6 درجات مئوية في المناطق المعتدلة.

الحرارة المتجمعة:

يقصد بالحرارة المتجمعة هي مجموع الوحدات الحرارية فوق أدنى متوسط يومى للحرارة التي ينمو فيها النبات أو فوق صفر النمو. ويمكن حساب درجة الحرارة المتجمعة ليوم أو أسبوع أو شهر أو لموسم وذلك بحساب درجة الحرارة المتجمعة ليوم ثم ضربها في عدد أيام المدة المراد حسابها. وفكرة الحرارة المتجمعة تعتمد أساساً على وجود تناسب بين النمو ودرجة الحرارة وهذا يحدث فى نطاق ضيق وتحت ظروف مختلفة للعوامل البيئية كما أن فيه اغفال لدور الضوء في دخول بعض المحاصيل فى عملية التزهير وأن بعض المحاصيل يلزمها جرعات منخفضة من الحرارة كي تتهيأ للازهار.

أهمية الحرارة المتجمعة:

لدرجة الحرارة المتجمعة أهمية كبيرة حيث أنها:

1. تحدد مدى التوسع الزراعى فى الأقاليم الباردة وذلك عن طريق تحديد أنواع المحاصيل التي يمكن زراعتها.

2. تمييز فترة النمو للأصناف المختلفة والتنبؤ بميعاد وصول النباتات إلى مرحلة البلوغ مما يساعد في الاعداد للحصاد وخفض تكاليفه وموائمة الإنتاج مع احتياج المصانع للمحصول في حالة بعض محاصيل التصنيع مثل بنجر السكر ومحاصيل الخضر.

3. تلعب الحرارة المتجمعة دوراً هاما في التحكم في جودة المحاصيل.