光伏农业有机耦合蔬菜作物种植适应性

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摘要:为高效利用光伏扶贫电站的土地资源，实现光伏发电和农业利用有机耦合，增加单位土地面积经济效益，选取2个扶贫重点村的光伏电站作为试验点，选择多种常见蔬菜在光伏板下种植，进行适应性研究，并设电站周边空地同步作种植对比试验。观测蔬菜生长势、产量、品质等指标，结果表明，光伏板的架设影响光照条件，对蔬菜的产量和品质均有不同程度的影响，但供试作物均能适应光伏电站内的生长环境并获得产出。

关键词:光伏农业;蔬菜种植;精准扶贫

2015年开始，杭州市市级财政安排专项资金利用荒山、荒地、荒滩等建设光伏发电扶贫电站，累计已完成57个光伏扶贫试点项目，装机规模约为10MW，年发电约1000万kW•h，各区(县、市)也积极安排资金，建设光伏扶贫电站约50个。每个村集体每年可增收10万元以上，平均投资收益率10%以上，极大地促进消薄增收工作［1］。国内外的研究与实践表明［2］，土地资源一直是光伏电站建设中的重要限制因素。光伏电站建设原则上以荒山、荒地、荒滩为主，但在人口密集的长三角地区，荒山、荒地资源十分紧缺，因此，高效利用光伏电站下的土地资源，将光伏发电和农业利用有机耦合，增加单位土地面积的经济效益，是实现光伏发电电站可持续发展的重要途径。作者于2019年开始进行光伏农业有机耦合的蔬菜种植适应性研究，在杭州地区2个扶贫重点村光伏电站光伏板下进行常见蔬菜种植，同时在电站周边空地同步开展种植对比试验，通过分析蔬菜生长势、产量、品质等指标，探讨光伏板下蔬菜种植的可行性和适宜性，为其推广应用提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验时间与地点

试验于2019年9月至2020年11月进行。地点1:浙江省杭州市建德市扶贫重点村A的光伏电站，电站装机总容量200kW，占地面积3500m2;土地利用性质为平整改造后的荒山坡地。光伏电站按照浙江省“农光互补”标准进行设计(图1)。太阳能板安装倾角为22°，支撑采用双立柱结构，后排前立柱与前排后立柱间距3.5～6.5m，每排光伏板整体抬高，前低后高，前端离地面高度为2.0m，后端离地面高度为3.34m。 地点2:浙江省杭州市淳安县扶贫重点村B的光伏电站，电站装机总容量160kW，占地面积2400m2;土地利用性质为荒地。光伏电站按照浙江省“农光互补”标准进行设计，依山而建(图2)。太阳能板安装倾角为22°，支撑采用单立柱结构，前排立柱与后排立柱间距3.5m，每排光伏板整体抬高，前低后高，前端离地面高度为2.0m，后端离地面高度为3.34m。

1.2处理设计

选取辣椒、茄子、番茄、生菜、大白菜5种常见蔬菜在光伏板下进行小区试验，同时在电站周边无光伏板遮阴空地设置同等面积的对照区。辣椒试验在A村(3排光伏板下)进行，小区面积100m2，育苗移栽800株。茄子试验在A村(4排光伏板下)进行，小区面积130m2，育苗移栽800株。番茄试验在B村(2排光伏板下)进行，小区面积60m2，育苗移栽280株。生菜试验在B村(1排光伏板下)进行，小区面积40m2。大白菜试验B村(1排光伏板下)进行，小区面积40m2。试验期间的施肥、除草、防虫、浇水等田间管理以人工操作为主，光伏板下和外围处理区除光照条件不同之外，其他生长环境及条件和田间管理措施基本相同。

1.3观察测定

生长过程。定期跟踪测量、记录蔬菜生长长势。产量与品质。通过称重法比较蔬菜的产量;通过目测和品尝对蔬菜的形态和商品性、风味等进行描述和评价。营养成分。采集1kg番茄产品送至实验室测定可溶性固形物、总酸等指标。

2结果与分析

2.1对蔬菜生长情况的影响

晶硅电池组件的透光率为零，非晶硅薄膜电池组件的光能转换率略低于晶硅电池组件，其透光率根据生产工艺为10%左右，最高可达到40%［3］。光伏电站受光伏电板的遮挡作用，光伏电板下和项目区外围在土壤含水量、光照和温度等方面有差异，形成了不同的小气候类型，对植物的生长发育产生深刻影响［4-5］。表1可见，光伏板的架设对蔬菜的生长有影响。处理组的植株对抗自然灾害能力更强，旱涝、大风天气对其干扰小，但对病虫害的抵抗能力弱，果实易蛀虫，植株易死亡。结果分析:辣椒、茄子、番茄生长期前2周长势基本无差异，中期对照组长势快且健壮，开花结果提早3～5d，病虫害轻，对照组后期植株更高大;处理组辣椒落果严重且无再生，处理组番茄表面斑点面积大，未成熟就开始在树上烂果;生菜和大白菜对照组种子发芽率高，植株长势较快，处理组植株因为光照条件差，接收不到自然雨水，生长受影响，植株矮小稀疏;但在寒冬恶劣天气下，光伏板对下方的大白菜有一定的保护作用，延缓成活时间。

2.2对蔬菜产量与品质的影响

光伏板下处理组和对照组中的蔬菜作物的产量、外观、品质等指标对比见表2。可见，处理组蔬菜产量和品质均比对照组要差。辣椒和茄子对照组产量比处理组增加20%左右，对照组外观明显比处理组好，加工后口感对照组较好;番茄、生菜、大白菜2组产量相差60%左右，光伏板遮挡对其生长影响较大，外观和食用口感明显比对照组差。

2.3对番茄营养成分的影响

果实中可溶性固形物含量是评价番茄营养价值的重要指标，可溶性固形物含量越高，营养价值越高;果实中可溶性糖和有机酸的含量比值是评价番茄品质的指标，一般情况下，糖酸比越小，果实风味品质越差［6］。根据表3结果，处理组番茄的可溶性固形物和糖酸比均小于对照组，可见，光伏板的架设对番茄风味口感影响较大。

3小结与讨论

对5种常见蔬菜的种植适应性对比试验结果表明，符合浙江省光伏扶贫建设要求的光伏电站，因支架较高，光伏方阵前后阵列中心间距较宽，空气流通，既满足采光要求，也有充分的种植空间，适合多种作物种植。光伏板架设影响光照条件，对蔬菜的产量和品质均有不同程度的影响，但供试作物均能适应光伏电站内的生长环境并获得产出。光伏扶贫电站一般建设在荒山、荒地、荒滩上，土壤有机质含量较低，土地相对贫瘠，生产上可以通过改良土壤、适当增施有机肥料、提升地力、改进种植方式等措施增加作物产量，提高作物品质。光伏发电和农业生产在土地使用上的共性和互补，顶层光伏发电+地面栽培作物，空间上独立存在，2个产业不发生冲突，互惠互利，提高土地利用率，更不会改变土地性质，实现一地多用［7］。在光伏电站内应种植适宜的农作物品种，既可以保障光伏发电的收益，如本文中扶贫重点村A的光伏电站建设投资100万元，每年可为村集体增加10万元发电收益，又增加了农作物收益，进一步提高土地利用效率，将光伏发电和农业利用有机耦合，实现了“光伏+农业”的双赢效果，具有广阔的应用前景。本次试验蔬菜均为喜光作物，没有对喜阴作物进行对比试验，可进一步深入研究，筛选适合的喜阴作物，高效利用光伏板下的土地资源，增加农业收益。光伏板的遮阳具有一定的降温作用，对夏季种植有利，在寒冬恶劣天气下，光伏板对下方作物也有一定的保护作用，因此，可以针对光伏板对下方季节性作物种植进行品种筛选研究。

参考文献:

［1］华永新，覃舟，唐洪兴．杭州地区光伏农业典型模式与发展对策［J］．浙江农业科学，2021，62(1):233-236．

［2］魏来，余明艳，覃楠楠，等．农光耦合系统对田间光照条件和甘薯生长的影响［J］．浙江大学学报(农业与生命科学版)，2019，45(3):288-295．

［3］周长吉，高秀清．光伏技术在农业中的应用［M］．北京:中国农业大学出版社，2014:67．

［4］孙艳萍，张晓萍，徐金鹏，等．黄土高原水蚀风蚀交错带植被覆盖时空演变分析［J］．西北农林科技大学学报(自然科学版)，2012，40(2):143-150，156．

［5］王建国，樊军，王全九，等．黄土高原水蚀风蚀交错区植被地上生物量及其影响因素［J］．应用生态学报，2011，22(3):556-564．

［6］罗颖，薛琳，黄帅，等．番茄果实可溶性固形物含量与果实指标的相关性研究［J］．石河子大学学报(自然科学版)，2010，28(1):23-27．

［7］石艳荣．凌源地区光伏发电与经济作物培育模式［J］．江西农业，2018(12):42．

作者：华永新 覃舟 唐洪兴 宋云蔚 屠翰 单位：杭州市乡村振兴服务中心