山東省光伏陰陽棚菌菜生產現狀及對策分析

焦 娟 徐慧媛 王 健 汪 喬 孔 怡

（泰安市農業科學院，山東 泰安 271000）

為了提高土地利用率，降低生產設施建設成本，農戶借助南北向日光溫室的后墻，建設采光面朝北的同長度大棚，南北兩面的大棚組成連體陰陽型大棚，利用其可在南面陽棚種植蔬菜作物，在北面陰棚栽培食用菌[1-2]。近年來，利用陽棚蔬菜與陰棚食用菌在溫度、相對濕度、CO2和O2等方面的互補作用，同時根據季節安排品種實現周年生產，逐漸形成一種菌菜高效生產模式[3-4]。光伏產業是實現“雙碳”目標重要舉措之一，2018 年國務院發布的《鄉村振興戰略規劃（2018—2022 年）》中提出要大力發展太陽能，在國家“十四五”發展戰略中，指出光伏成為推動鄉村振興的重要著力點。將光伏發電與農業有機結合，利用光伏板下農業設施開展菌菜陰陽棚栽培，進一步創新光伏+陰陽棚菌菜生產模式，這種生產模式可以確保在光伏電站正常發電的同時，實現生態低碳農業與循環農業技術模式的集成與創新，為農業綠色可持續發展提供強有力的技術支撐[5-6]，而且在耕地“非農化”“非糧化”的政策要求下，將“光伏+菌菜生產”有機結合，實現一地三用[7]。

目前，山東省德州、濟南、濰坊、東營、威海、菏澤、泰安等市已形成光伏產業集群，其中光伏農業占50%以上，但因各種原因，導致光伏陰陽棚菌菜生產模式發展受到制約，其在光伏農業中占10%以下，僅分布在濰坊、德州等市。因此，筆者以光伏陰陽棚研究為背景，總結山東省農光互補產業發展現狀、優勢和不足，以期更好地改進光伏陰陽棚結構和完善菌菜周年栽培模式，為加快此技術的推廣應用提供借鑒。

1 山東省光伏陰陽棚發展概況

近年來，山東省光伏產業發展迅猛，德州市、濟南市已發展成為全國重要的太陽能產業基地，濰坊市、東營市、威海市、菏澤市等也已形成太陽能產業集群。其中，泰安市被確定為國家首批分布式光伏發電應用示范區，新泰市被列為全國首批沉陷區光伏領跑技術基地。《山東省能源發展“十四五”規劃》要求聚力供給側結構性改革，促進能源發展質量變革、結構優化、效率提升和生態環境改善，山東省以治理濟寧市、泰安市、棗莊市、菏澤市等地的采礦沉陷區為抓手，通過漁光互補、農光互補、生態治理等融合發展模式，著重打造綜合新能源發展基地，實現經濟效益、社會效益和生態效益全面提升。近年來，光伏食用菌大棚模式作為高效栽培模式之一，已經在山東省即墨、莘縣、蘭陵等縣示范與推廣[8]。

2 光伏陰陽棚的主要結構

陰陽棚有對稱型和非對稱型，但因對稱型陰陽棚較高的脊高影響了后棟溫室的采光，且陰陽棚中間的天溝影響了排水，為此人們摸索出最佳棚型為陰棚的脊高和跨度不超出同棟陽棚陰影區，將光伏發電組件支架設立于日光溫室北側的一定高度處，使發電組件與陽棚、陰棚內各盡其能、互不干擾（圖1）。但這種結構必須增加兩座溫室間的間距，以免太陽能組件支架對再建溫室遮擋[9]。一般在陰陽棚共用墻的上部、下部會設置通風窗口，使空氣在陰陽棚之間流通以達到能量和物質交換的目的。

圖1 光伏陰陽棚

3 光伏陰陽棚的優勢與存在問題

3.1 優勢

太陽能組件發電和現代農業生產的跨界組合光伏陰陽棚，實現“棚上發電、棚下種植”的綠色低碳農業生產模式，既推動綠色農業發展，又實現循環生態農業，促進農業高質量發展，其優勢較為顯著。

3.1.1 節約成本

有研究表明，不包括環境控制設備等輔助設施，陰陽棚的建造成本比同類結構單體溫室增加30%～40%[10]。但更多的研究表明，光伏陰陽大棚可以減少建造成本，主要是因為陰陽棚中間共用一堵墻，在不降低陽棚溫度要求條件下可適當降低陽棚后墻的厚度，從而降低大棚建設的整體造價。蘇東屏等[11]通過對北緯40°地區20 棟溫室建造成本研究發現，陰陽型日光溫室比傳統溫室建筑材料節省二分之一，造價降低約三分之一，并顯著降低運行能耗，改善設施環境。

3.1.2 有效提高土地利用率

光伏發電合理利用溫室上方空間，不占空地不改變土地使用性質，不僅促進蔬菜種植和發電的雙向收益，而且實現太陽能和土地資源立體高效利用的新途徑[12]。這種形式的溫室，陰棚正好利用傳統日光溫室后方的空地，提高日光溫室的土地利用率。傳統日光溫室多集中連片建設，為不影響北邊溫室的采光，兩座日光溫室之間的距離一般在5 m以上，因此此模式建造的陰棚是充分利用了兩溫室間的部分空地[13]。據測算，采用陰陽型日光溫室，溫室內面積增加93%，比傳統日光溫室土地利用率提高30%以上[11]。王桂珍等[14]研究表明，陰陽型日光溫室土地利用率為80.1%，比普通日光溫室土地利用率提高了30.7%。

3.1.3 提高棚室內溫度

陰陽棚借助同一墻體相互依靠，陰棚對陽棚具有顯著的保溫作用，陽棚內最低氣溫比傳統日光溫室內氣溫提高0.9～6 ℃，陰棚通過接受陽棚的對流散熱，可以滿足不同季節食用菌對溫度、相對濕度和通風等要求。王世通等[1]研究表明，1 月陽棚6：00的平均氣溫比普通日光溫室高2.1 ℃，4月比普通日光溫室高0.9 ℃。周長吉等[15]研究發現，陰陽棚的陽棚平均溫度比傳統溫室提高5.9 ℃，陰棚平均溫度比室外高5 ℃。此外，陰棚栽培的食用菌還可以為陽棚蔬菜生長提供二氧化碳，促進陽棚蔬菜生長，在一定程度上提升陰陽棚菌菜的產量和品質。

3.1.4 提高經濟效益

光伏生產的電能除了供溫室升溫、通風、補光、澆灌以及棚內環境監測等所需，剩余的電能還可以并網輸出。據估算，1 m2的太陽能電池板1 個小時可產生0.14～0.15 kW·h電，剩余電輸出，可進一步提高光伏陰陽棚的附加值。另外，光伏陰陽棚的全框架支架系統設計標準高，外觀設計美觀，具有較高的觀光價值，與園區景觀、農業生產、生態環境等各要素互相組合，實現光伏發電+現代農業+采摘旅游的有機結合，可以額外增加旅游收入[12]。

3.2 實施過程中存在問題

光伏菌菜陰陽棚的應用在我國尚處于初步發展階段，特別是對陰陽棚的建造工藝、菌菜高效栽培模式、環控措施及能量交換、產業可持續健康發展的研究還比較少，目前山東省實施光伏陰陽棚菌菜生產中亦存在較多問題。一是光伏陰陽棚雖然可實現菌菜一體化生產，但缺乏菌菜和諧共生條件的技術參數支撐；菌菜生產品種單一，周年生產困難，光伏棚周年利用率低，生產成本高，土地綜合收益少；光伏陰陽棚內菌菜生產各自獨立，菌渣廢棄嚴重，未能形成菌菜循環高效生產。二是光伏陰陽棚作為光伏發電產業的附屬設施，受栽培條件限制，如水澆條件等影響，無法提供菌菜和諧共生的優化條件，同時發展光伏產業的地區位置比較偏遠，運輸、產品儲存受影響，甚至部分地區未進行可行性評估，盲目發展該產業造成一定經濟損失。三是光伏菌菜生產作為一種新興的集約化、規模化農業形式，相較傳統農業其生產管理水平、從業人員技能素質、科技支撐能力等未達到新興產業發展的要求，同時該產業發展還存在產業模式不完善、產業鏈延伸不足、一二三產融合不足等問題，嚴重影響產業發展的提質增效。四是光伏陰陽棚菌菜生產實現了農光互補，將綠色能源產業與農業發展緊密融合，也是落實“雙碳”政策的有效途徑，但圍繞產業高質量發展中還存在著政府引導不強、科學規劃不高、企業帶動不足、科技支撐不夠、金融服務不完善等問題，亟須整合資源聚集發展優勢，助力產業高質量發展。

4 對策與建議

4.1 加強技術攻關，建立光伏陰陽棚菌菜高效生產模式

圍繞山東省光伏陰陽棚菌菜生產的主產區及生產中急需攻克的技術難題，充分調動山東省的科研資源力量，重點對高效光伏菌菜陰陽棚的設計、適宜光伏陰陽棚生產的菌菜品種的篩選、菌菜周年生產循環生產模式、菌渣循環利用等方面，進行科技攻關、示范推廣，制定出經濟、實用、易于推廣的光伏菌菜陰陽棚的設計結構，建立光伏陰陽棚菌菜高效生產模式，并推廣應用，逐步形成產業化發展格局。

4.2 因地制宜，合理發展光伏陰陽棚菌菜生產模式

光伏設施多設在交通不太便利、地形多為丘陵、水澆條件不夠且不易發展農業產業的地區。采用“棚頂發電、棚下菌菜”的生產模式，將光伏陰陽棚菌菜栽培和光伏發電完美結合，實現對土地利用方式的創新，在不改變土地性質的同時，大大提高土地利用率，增加收益[16]。由于菌菜是高需水植物和菌物，所以缺乏水澆條件的地區不宜發展該產業。另外，菌菜的保鮮期和貨架期較短，所以在偏遠交通不便的地區也不宜發展該生產模式。因此，各地區在發展光伏陰陽棚菌菜生產前，應進行充分地實地調研和可行性論證，因地制宜，科學發展光伏陰陽棚菌菜生產模式。

4.3 拓寬思路，促進一二三產深度融合

與傳統設施農業相比，光伏陰陽棚菌菜生產對經營管理人員能力、生產勞動者素質技能、光伏陰陽棚維護人員能力等方面要求更高，科技投入也更多。為確保該產業健康可持續發展，一是要拓寬工作思路，切實強化主體責任、提升管理水平、培養高素質人才隊伍、提高科技支撐、探索創新經營模式，促使光伏陰陽棚菌菜不僅種得上、管得好、賣得出，還要收益高。二是進一步完善產業模式，形成以光伏農業綜合體為載體，實現新能源利用、高效農業種植、鄉村產業振興、休閑農業旅游等一二三產聯動發展模式，做強產業鏈、優化價值鏈和提升創新鏈，實現光伏陰陽棚菌菜產業發展提質增效，切實發揮該產業在助力鄉村振興的作用。

4.4 形成合力，推動光伏陰陽棚菌菜產業高質量發展

促進該產業高質量發展，應高度重視創新要素的有效集聚和優化配置。政府、企業、高校、科研院所、金融等各部門需形成工作合力，通過加強惠農政策支持、發揮龍頭企業帶動、強化人才培養、加大技術支持、改善金融服務、提高服務能力等舉措，促進創新鏈、產業鏈、資金鏈和人才鏈的深度融合，切實推動光伏陰陽棚菌菜產業高質量發展。