光伏農業“藥光互補”模式中耐陰中藥材品種選擇

郝心悅，許 濤，于遠航，莊心情，武淑娟，張 怡

（華北理工大學，a.中醫學院；b.電氣工程學院，河北 唐山 063210）

在推動碳達峰、碳中和戰略和鄉村振興戰略的背景下，國家和地方政府都在積極推進“新能源+鄉村振興”和“光伏+鄉村振興”。2022 年1 月6 日，國家能源局、農村農業部和國家鄉村振興局聯合頒發了《加快農村能源發展助力鄉村振興的實施意見》，鞏固光伏扶貧工程成效。

耐陰性植物的種植在清潔能源建設與環境保護的有機結合中發揮重要作用，但傳統的植物種植在經濟效益上存在一定的劣勢。本研究創造性地提出將耐陰性中藥與光伏發電技術結合，既能推進清潔能源建設，防治水土流失，又能提高經濟效益。

中國光能資源豐富卻分布不均，各地氣候差異明顯，單一的中藥作物顯然無法滿足各區光伏工程的需求。本研究充分分析各種耐陰性中藥植物，根據其對溫度、濕度、降水和土壤等條件的要求綜合分析，將光伏扶貧工程重點區域按照地形和氣候大致劃分為東部、中部、西南部地區進行單獨論述。

1 東部、中部平原地區

東部、中部地區氣候差異較小，大部分作物可以引種栽培，中、東部地區的氣候和土壤條件相似，降水集中在夏季，土壤大多為沙質土壤。根據文獻及調查研究，本研究總結出了適合在東部、中部地區與光伏發電相耦合的藥用植物。

1.1 板藍根

板藍根（Isatis tinctoria）作為東部、中部地區常見的二年生草本植物，喜溫暖，耐寒，全國各地均有種植，主產地為河北省安國市、江蘇省南通市。板藍根適宜在中等強度的光照下生長發育［1］，張勁松等［2］的研究發現過高的光合有效輻射強度會引發光抑制，造成板藍根葉片的光合作用下降。同樣有研究說明，在生長中期57.4%的郁閉度更有利于板藍根的生長［3］。

1.2 半夏

半夏［Pinellia ternata（Thunb.）Ten.ex Breitenb.］作為常見的植物性中藥，需求量大且野生半夏供給有限，適合人工種植。半夏喜溫耐陰喜濕，多種植在營養物質豐富的沙質土壤中，適應性強，廣泛分布在東北、華北及長江流域［4］，在國家劃出的光伏扶貧重點實施范圍中，河北省、遼寧省、吉林省、安徽省等地屬于溫帶季風性氣候，光照、溫度、降水量均符合標準且已有大范圍種植。張麗霞［5］在貴州省的研究中發現全光照處理下，半夏倒苗狀況明顯，99%遮陰下不利于其光合作用，但在遮陰95%處理下，半夏葉面積、葉綠素相對含量及葉片可溶性糖含量和不定根數量達到最高。孟祥海等［6］在陜關中地區進行半夏盆栽試驗，研究表明遮陰55%相較于遮陰80%，半夏產量及珠芽鮮重均有提升。薛建平等［7］在淮北的試驗中，研究發現70%遮陰下半夏塊莖鮮重及葉綠素熒光特征表現明顯優于90%遮陰條件。由此可知，半夏的強適應性支持其在光伏扶貧產業中廣泛種植以配合光伏發電，但不同地區、不同水土條件下，半夏對于遮陰條件要求不同，必須根據當地實際情況靈活調整。

2 西南部高原地區

高原地區主要包括西藏、青海等位于中國西南部的大部分地區，光照充足，降水地區差異較大。中藥種植可根據當地溫度、濕度、地形及排水狀況等合理選擇。

2.1 黃連

黃連（Coptis chinensisFranch.）原生于海拔1 500 m的山地地區［8］，曾引種栽培于江蘇?。?］、吉林?。?0］兩地，與原產地氣候、土壤差異很大，但兩地收獲后，測定其有效成分小檗堿符合藥典標準，說明黃連具有很強的適應性。尹麗等［11］的研究表明，三年生黃連在45%遮陰率下，小檗堿的含量最高。黃連可在眾多環境氣候下生存，與光伏工程扶貧地區存在高度重合，主要種植于四川省，因此，本研究認為黃連可作為與光伏工程共生的草本植物之一。

2.2 天麻

天麻（Gastrodia elataBl.）為常用名貴中藥材，具有避光性，喜歡涼爽潮濕的環境［12］。野生天麻產量日益稀少，人工栽培天麻已初具規模，據研究，西南地區天麻素和羥基苯甲醇的總含量較西北、華中地區高［13］。楊婧等［14］的研究發現，在1 900 m 海拔范圍內，紅天麻的有效成分最高，雜交天麻適合種植在1 600 m 的海拔范圍內。同時有學者研究指出，相近緯度下，低海拔地區溫度高則會抑制天麻中消化酶的活性，蜜環菌胞外酶活性隨溫度的升高先增加后降低，溫度升高可能會破壞其共生關系［15］。綜合來看，天麻具有在西南地區發展藥光互補產業的潛力。

2.3 靈芝

靈芝［Ganoderma lucidum（Curtis）P. Karst.］自古便是名貴中藥材。靈芝為木腐生菌，多見于落葉闊葉林的枯木和樹樁上，由于其市場青睞度較高，人工培育不在少數，段木或其他糧食作物秸稈均可作為靈芝的栽種原料［16］。金鑫等［17］研究發現70%遮陰率下，靈芝的原基時間提前，活性氧積累較少，酶活性最高，有利于靈芝生長。袁學軍等［18］的試驗得出了類似的結論，中等光照有利于靈芝多糖和三萜的合成，同時靈芝的人工種植主要集中在東部、中部及南部地區，可在適當情況下與光伏發電結合。在光伏扶貧重點實施范圍中，段木栽培可在安徽省、東北三省、四川省、貴州省等地實施，在河南省、河北省可代料栽培，配合光伏發電形成完整的產業鏈。

2.4 川貝母

川貝母（Fritillaria cirrhosaD.Don）耐寒喜溫涼，喜蔭蔽，降水量在700 mm 以上最宜，以土層深厚富含腐殖質的沙土最佳［19］，根據《中國藥材產地生態適宜性區劃》，川貝母適合生長在海拔2 700～4 500 m的廣大高原地區［20］。王娟娟等［21］基于Maxent 和ArcGIS 預測出川貝母的潛在適宜分布區在四川省西南部、云南省西北部及西藏自治區的東南部等地區，更加驗證了這一點。光伏扶貧工程重點實施范圍中，四川的阿壩、西藏的林芝和日喀則也是川貝母的適宜分布區。李西文等［22］的研究表明，遮陰后川貝母光合效率增加了31.1%，有效光反應光強域值增加了331.5 μmol/（m2·s），提高了川貝母對光合作用的利用效率，也在一定程度上避免了強光對光合機構的破壞。同時有研究發現，川貝母、暗紫貝母等需精細化管理，根據其生長年限進行遮光度的調整，前3 年需要保證遮光率在30%～70%［23-25］，靈活根據天氣、日照情況進行實時調整更能促進植株生長。而馬靖等［24，26］提出3 年以上的川貝母需適量提高光照強度，傳統遮陰棚仍需人力進行調整，耗材多，弊端明顯。本研究則認為可以通過光伏發電設備的自動化、智能化加以改善，循環利用設備，減少棚網耗材，清潔環境的同時加快川貝母種植科學化、規范化。

2.5 魚腥草

魚腥草（Houttuynia cordataThunb.）作為常見的藥食同源中藥材，喜溫喜濕，耐旱耐澇，適應性較強，廣泛分布于中國中部、東南及西南各省區。齊帥等［27］基于Maxent 模型預測出魚腥草在中國的潛在適生區隨著氣候變暖將逐漸擴大。遮陰率為40%時，土壤單位面積地上部分產量最高，地下部分產量降低，揮發油含量降低，但地上、地下總黃酮成分差異不大［28］。石文婷［29］的研究發現60%以下的遮陰率與全光照對揮發油的影響類似。魚腥草食用多為地下根莖，但常以全草入藥。對藥用魚腥草可進行適當的遮光處理，以靈活適應市場，提高經濟效益。

2.6 絞股藍

絞股藍［Gynostemma pentaphyllum（Thunb.）Makino］為多年生草質攀援性藤本植物，屬葫蘆科絞股藍屬，喜溫濕、不耐旱，主要分布在長江以南地區［30］。研究表明，棚網70%遮陰率下絞股藍葉面積增大，葉綠素含量上升，具有陰生植物葉特點，這種特點比全日照下的中生葉結構特征的絞股藍凈光合速率高［31］，且光照強度為100 μmol/（m2·s）條件下，20 ℃/30 ℃變溫處理的環境有利于絞股藍生物量和總皂苷含量的增加［32］，綜合來看，絞股藍具備參與光伏發電的特性。同時邵周玲等［33］基于MaxEnt 模型預測絞股藍生長的極適宜區和高適宜區主要分布在云南東北部、長江中下游平原四川盆地西南邊緣、大巴山-武陵山山區及雅魯藏布江谷地及周圍地區。絞股藍對豐富四川省、云南省、西藏自治區光伏扶貧工程的作物選擇大有裨益。

3 討論

光伏扶貧項目是中國一項福利性社會工程，在“雙碳”的大背景下，國家不斷出臺政策在電價、光伏發電項目國家補貼競價等方面予以支持［34］。截至2019 年底，中國全面完成光伏扶貧建設任務，建成光伏電站2 636 萬kW，受益農戶達415 萬戶。但光伏產業的發展良莠不齊，農村電網管理是分布式屋頂光伏電站發電，基本是自產自銷，供大于求，產業化比例較低［35］，而且部分發電設備占用耕地，影響農村居民的積極性，也阻滯光伏扶貧的發展。

為鞏固光伏扶貧成果，本研究依據各地地理情況選取最適宜的耐陰中藥材，耐陰中藥材通過光伏組件的鋪設改善生長環境，光伏發電與傳統溫室大棚結合，探索出一條可持續發展的新型高科技農業生態建設道路。不僅有助于“雙碳”新問題的推進，而且可以促進光伏企業產業技術、管理能力的全面升級，增加光伏產業成果，為世界范圍內的能源貧困提供新示范。