光伏農(nóng)業(yè)有機(jī)耦合的蔬菜作物種植適應(yīng)性研究初探

華永新，覃舟，唐洪興，宋云蔚，屠翰

(杭州市鄉(xiāng)村振興服務(wù)中心, 浙江 杭州 310026)

2015年開始，杭州市市級(jí)財(cái)政安排專項(xiàng)資金利用荒山、荒地、荒灘等建設(shè)光伏發(fā)電扶貧電站，累計(jì)已完成57個(gè)光伏扶貧試點(diǎn)項(xiàng)目，裝機(jī)規(guī)模約為10 MW，年發(fā)電約1 000萬kW·h，各區(qū)(縣、市)也積極安排資金，建設(shè)光伏扶貧電站約50個(gè)。每個(gè)村集體每年可增收10萬元以上，平均投資收益率10%以上，極大地促進(jìn)消薄增收工作[1]。國(guó)內(nèi)外的研究與實(shí)踐表明[2]，土地資源一直是光伏電站建設(shè)中的重要限制因素。光伏電站建設(shè)原則上以荒山、荒地、荒灘為主，但在人口密集的長(zhǎng)三角地區(qū)，荒山、荒地資源十分緊缺，因此，高效利用光伏電站下的土地資源，將光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)利用有機(jī)耦合，增加單位土地面積的經(jīng)濟(jì)效益，是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電電站可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

作者于2019年開始進(jìn)行光伏農(nóng)業(yè)有機(jī)耦合的蔬菜種植適應(yīng)性研究，在杭州地區(qū)2個(gè)扶貧重點(diǎn)村光伏電站光伏板下進(jìn)行常見蔬菜種植，同時(shí)在電站周邊空地同步開展種植對(duì)比試驗(yàn)，通過分析蔬菜生長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量、品質(zhì)等指標(biāo)，探討光伏板下蔬菜種植的可行性和適宜性，為其推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2019年9月至2020年11月進(jìn)行。

地點(diǎn)1：浙江省杭州市建德市扶貧重點(diǎn)村A的光伏電站，電站裝機(jī)總?cè)萘?00 kW，占地面積3 500 m2；土地利用性質(zhì)為平整改造后的荒山坡地。光伏電站按照浙江省“農(nóng)光互補(bǔ)”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)(圖1)。太陽能板安裝傾角為22°，支撐采用雙立柱結(jié)構(gòu)，后排前立柱與前排后立柱間距3.5～6.5 m，每排光伏板整體抬高，前低后高，前端離地面高度為2.0 m，后端離地面高度為3.34 m。

單位：mm。

地點(diǎn)2：浙江省杭州市淳安縣扶貧重點(diǎn)村B的光伏電站，電站裝機(jī)總?cè)萘?60 kW，占地面積2 400 m2；土地利用性質(zhì)為荒地。光伏電站按照浙江省“農(nóng)光互補(bǔ)”標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，依山而建(圖2)。太陽能板安裝傾角為22°，支撐采用單立柱結(jié)構(gòu)，前排立柱與后排立柱間距3.5 m，每排光伏板整體抬高，前低后高，前端離地面高度為2.0 m，后端離地面高度為3.34 m。

單位：mm。

1.2 處理設(shè)計(jì)

選取辣椒、茄子、番茄、生菜、大白菜5種常見蔬菜在光伏板下進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)，同時(shí)在電站周邊無光伏板遮陰空地設(shè)置同等面積的對(duì)照區(qū)。

辣椒試驗(yàn)在A村(3排光伏板下)進(jìn)行，小區(qū)面積100 m2，育苗移栽800株。茄子試驗(yàn)在A村(4排光伏板下)進(jìn)行，小區(qū)面積130 m2，育苗移栽800株。番茄試驗(yàn)在B村(2排光伏板下)進(jìn)行，小區(qū)面積60 m2，育苗移栽280株。生菜試驗(yàn)在B村(1排光伏板下)進(jìn)行，小區(qū)面積40 m2。大白菜試驗(yàn)B村(1排光伏板下)進(jìn)行，小區(qū)面積40 m2。

試驗(yàn)期間的施肥、除草、防蟲、澆水等田間管理以人工操作為主，光伏板下和外圍處理區(qū)除光照條件不同之外，其他生長(zhǎng)環(huán)境及條件和田間管理措施基本相同。

1.3 觀察測(cè)定

生長(zhǎng)過程。定期跟蹤測(cè)量、記錄蔬菜生長(zhǎng)長(zhǎng)勢(shì)。

產(chǎn)量與品質(zhì)。通過稱重法比較蔬菜的產(chǎn)量；通過目測(cè)和品嘗對(duì)蔬菜的形態(tài)和商品性、風(fēng)味等進(jìn)行描述和評(píng)價(jià)。

營(yíng)養(yǎng)成分。采集1 kg番茄產(chǎn)品送至實(shí)驗(yàn)室測(cè)定可溶性固形物、總酸等指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)蔬菜生長(zhǎng)情況的影響

晶硅電池組件的透光率為零，非晶硅薄膜電池組件的光能轉(zhuǎn)換率略低于晶硅電池組件，其透光率根據(jù)生產(chǎn)工藝為10%左右，最高可達(dá)到40%[3]。光伏電站受光伏電板的遮擋作用，光伏電板下和項(xiàng)目區(qū)外圍在土壤含水量、光照和溫度等方面有差異，形成了不同的小氣候類型，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生深刻影響[4-5]。表1可見，光伏板的架設(shè)對(duì)蔬菜的生長(zhǎng)有影響。處理組的植株對(duì)抗自然災(zāi)害能力更強(qiáng)，旱澇、大風(fēng)天氣對(duì)其干擾小，但對(duì)病蟲害的抵抗能力弱，果實(shí)易蛀蟲，植株易死亡。

表1 光伏電站種植蔬菜等作物的生長(zhǎng)情況

結(jié)果分析：辣椒、茄子、番茄生長(zhǎng)期前2周長(zhǎng)勢(shì)基本無差異，中期對(duì)照組長(zhǎng)勢(shì)快且健壯，開花結(jié)果提早3～5 d，病蟲害輕，對(duì)照組后期植株更高大；處理組辣椒落果嚴(yán)重且無再生，處理組番茄表面斑點(diǎn)面積大，未成熟就開始在樹上爛果；生菜和大白菜對(duì)照組種子發(fā)芽率高，植株長(zhǎng)勢(shì)較快，處理組植株因?yàn)楣庹諚l件差，接收不到自然雨水，生長(zhǎng)受影響，植株矮小稀疏；但在寒冬惡劣天氣下，光伏板對(duì)下方的大白菜有一定的保護(hù)作用，延緩成活時(shí)間。

2.2 對(duì)蔬菜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

光伏板下處理組和對(duì)照組中的蔬菜作物的產(chǎn)量、外觀、品質(zhì)等指標(biāo)對(duì)比見表2。可見，處理組蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)均比對(duì)照組要差。辣椒和茄子對(duì)照組產(chǎn)量比處理組增加20%左右，對(duì)照組外觀明顯比處理組好，加工后口感對(duì)照組較好；番茄、生菜、大白菜2組產(chǎn)量相差60%左右，光伏板遮擋對(duì)其生長(zhǎng)影響較大，外觀和食用口感明顯比對(duì)照組差。

表2 光伏電站種植蔬菜等作物的產(chǎn)量、品質(zhì)情況

2.3 對(duì)番茄營(yíng)養(yǎng)成分的影響

果實(shí)中可溶性固形物含量是評(píng)價(jià)番茄營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，可溶性固形物含量越高，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高；果實(shí)中可溶性糖和有機(jī)酸的含量比值是評(píng)價(jià)番茄品質(zhì)的指標(biāo)，一般情況下，糖酸比越小，果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)越差[6]。根據(jù)表3結(jié)果，處理組番茄的可溶性固形物和糖酸比均小于對(duì)照組，可見，光伏板的架設(shè)對(duì)番茄風(fēng)味口感影響較大。

表3 光伏電站番茄的營(yíng)養(yǎng)成分含量情況

3 小結(jié)與討論

對(duì)5種常見蔬菜的種植適應(yīng)性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，符合浙江省光伏扶貧建設(shè)要求的光伏電站，因支架較高，光伏方陣前后陣列中心間距較寬，空氣流通，既滿足采光要求，也有充分的種植空間，適合多種作物種植。光伏板架設(shè)影響光照條件，對(duì)蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)均有不同程度的影響，但供試作物均能適應(yīng)光伏電站內(nèi)的生長(zhǎng)環(huán)境并獲得產(chǎn)出。光伏扶貧電站一般建設(shè)在荒山、荒地、荒灘上，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，土地相對(duì)貧瘠，生產(chǎn)上可以通過改良土壤、適當(dāng)增施有機(jī)肥料、提升地力、改進(jìn)種植方式等措施增加作物產(chǎn)量，提高作物品質(zhì)。

光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在土地使用上的共性和互補(bǔ)，頂層光伏發(fā)電+地面栽培作物，空間上獨(dú)立存在，2個(gè)產(chǎn)業(yè)不發(fā)生沖突，互惠互利，提高土地利用率，更不會(huì)改變土地性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)一地多用[7]。在光伏電站內(nèi)應(yīng)種植適宜的農(nóng)作物品種，既可以保障光伏發(fā)電的收益，如本文中扶貧重點(diǎn)村A的光伏電站建設(shè)投資100萬元，每年可為村集體增加10萬元發(fā)電收益，又增加了農(nóng)作物收益，進(jìn)一步提高土地利用效率，將光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)利用有機(jī)耦合，實(shí)現(xiàn)了“光伏+農(nóng)業(yè)”的雙贏效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本次試驗(yàn)蔬菜均為喜光作物，沒有對(duì)喜陰作物進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，可進(jìn)一步深入研究，篩選適合的喜陰作物，高效利用光伏板下的土地資源，增加農(nóng)業(yè)收益。光伏板的遮陽具有一定的降溫作用，對(duì)夏季種植有利，在寒冬惡劣天氣下，光伏板對(duì)下方作物也有一定的保護(hù)作用，因此，可以針對(duì)光伏板對(duì)下方季節(jié)性作物種植進(jìn)行品種篩選研究。