蘇北地區光伏設施地芋頭生長發育特點研究

王璞，李百成，王立，郭文琦，韓曉勇，殷劍美，金林，蔣璐，張培通*

(1.江蘇爭先農業科技有限公司，江蘇 南通 226299；2.江蘇省農業科學院 經濟作物研究所，江蘇 南京 210014)

芋頭是江蘇省傳統特色經濟作物，優質高產、風味獨特，深受消費市場歡迎。隨著徐州、連云港等地區芋頭北引種植的成功，蘇北地區芋頭生產規模逐步擴大。徐州、連云港等蘇北地區同時也是江蘇光伏產業發展核心區，現有光伏設施占地面積近10 000 hm2[1]，但光伏設施土地資源利用率較低，尚未形成可復制、能推廣的光伏農業高效種植技術模式。芋頭具有喜濕、耐陰等特性，可在林下環境生長，因此，在光伏設施下進行芋頭種植可行性極大，但是對于光伏芋頭生長發育的研究未見報道。

為了探索光伏基地種植芋頭的生長發育特點，本研究以綠芽芋為試驗材料，開展光伏芋頭生長發育特點研究試驗，分析驗證了光伏設施對芋頭生長發育、產品產量及光溫環境的影響，對光伏芋頭生產成本效益進行綜合測算，以期為光伏芋頭生產應用提供科學的技術參數和指導方案。

1 材料與方法

1.1 材料

芋頭供試品種為綠芽芋。

1.2 方法

1.2.1 試驗地點

試驗于2022年在江蘇省連云港市灌云縣南崗鎮張興村光伏基地進行。光伏基地的光伏發電板為單立柱結構支撐，太陽能板安裝傾角為27°左右，前排立柱與后排立柱間距為6.5 m，每排光伏板均為前低后高，光伏板間空地寬度為3.5 m左右(圖1)。

圖1 試驗處理示意圖Fig.1 Schematic diagram of the test treatment

本試驗設置2個處理，處理組為光伏板陣列間空地種植，以常規露地種植為對照(CK)。試驗按照隨機區組設計，每個小區面積200 m2，設置3次重復。采用大小行種植，大行行距約90 cm，小行行距約60 cm，株距35～40 cm，壟高15 cm左右。播種時間為2022年4月22日，播種后壟面噴封閉除草劑，覆蓋黑色全生物降解地膜，厚度0.01 mm，其他田間管理措施均保持一致。

1.2.2 植株生長勢測定

每個小區選取長勢一致且連續的植株10株，記錄出苗期，統計出苗率。在生長旺盛期(7月初)測量株高、葉鞘長度、葉片長度和葉片寬度。

1.2.3 膜下土壤溫度測定

采用精創RC-4型自動溫度記錄儀，間隔2 h記錄芋頭生長期膜下表層0 cm和土層10 cm深度的土壤溫度。

1.2.4 光照度測定

分別在晴天、陰天和多云天氣條件下，采用光照度計(特安斯TA8133型)測定不同處理區的光照度，測定時間為6：00—18：00，每隔1 h記錄1次數據。測定高度均為地表1 m，每處理重復3次。

1.2.5 芋頭產量測定

收獲期按小區測定連續20株芋頭產量，分別計算單株子孫芋產量、單株子孫芋數、單個子孫芋質量，折算每667 m2產量。

1.2.6 成本效益核算

按照小區統計芋頭生產各環節的用工人次和物資投入，核算單位面積生產成本和經濟效益。

1.3 數據處理

使用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 光伏陣列對芋頭產量的影響

由表1可知，各處理的芋頭植株密度基本一致，無顯著差異。但光伏板間種植的子孫芋產量高于露地種植，理論產量和實際產量分別較對照增加26.1%和15.5%。分析產量構成因素可知，光伏板間種植的單個母芋質量、單株子孫芋數和單個子孫芋質量均高于露地種植對照。表明光伏板間種植有利于芋頭塊莖膨大，提高單株結芋數量，具有增產效果。

2.2 光伏陣列對芋頭植株生長的影響

從表2可以看出，光伏板間種植的芋頭各項生長指標均高于對照。光伏板間種植的芋頭出苗期較露地種植晚3 d，但收獲期一致。因此，光伏種植芋頭的生育期更短。從營養生長情況看，光伏板間種植的芋頭出苗率、株高和葉鞘長高于對照，而葉長和葉寬也明顯高于對照，分別提高9.2%和11.0%。由此可見，光伏板間種植可明顯促進芋頭苗期發棵和營養體生長。

2.3 光伏陣列對芋頭生長環境的影響

2.3.1 對光照的影響

由表3可知，在晴天、多云和陰天下，光伏板間的日最高光照度、日最低光照度和日平均光照度均較低。其中，在陰天天氣條件下，光伏板間的日平均光照度衰減最少，較對照降低13.66%；其次是多云天氣。在晴天條件下，光伏板間種植和露地種植之間的日平均光照度的差值最大。以上結果表明，光伏陣列對板間空地的芋頭生長具有遮蓋效應，其中晴天條件的光照遮蓋效果最明顯。

表3 不同處理的光照強度Table 3 Light intensity for different treatments

2.3.2 對土溫的影響

由表4可知，光伏板間的表層土壤和土層10 cm深處土壤的日最高溫度均較低，較對照分別降低6.5和2.4 ℃，而表層土壤和土層10 cm土壤的日最低溫度較對照分別升高4.6和5.9 ℃，而2個處理同一土層的平均土壤溫度基本相同。但光伏板間表層與土層10 cm的土壤日極差溫度的落差較少，僅降低2.6 ℃，而對照相同土層的日極差溫度落差為5.4 ℃。

表4 不同處理的土壤溫度Table 4 Soil temperature for different treatments

以上結果表明，土壤溫度環境對芋頭出苗和生長影響較大，光伏板間空地的土層10 cm環境的溫度極差較小，有助于促進芋頭根系生長發育和地上植株發棵，促進芋頭植株地上部營養體生長和地下部塊莖膨大。

2.4 光伏芋頭種植經濟效益比較

對播種、灌溉、除草、收獲等人工成本，以及肥料、地膜、農藥等農資成本進行統計。由表5可知，光伏板間種植的生產成本較低，每667 m2生產成本僅為1 098元，主要是灌溉次數較少。收獲的多子芋按照4元·kg-1的銷售價格進行計算，光伏板間種植的每667 m2銷售收入最高，達2 976元；扣除生產成本，光伏板間種植667 m2的純利潤為1 878元。以上結果表明，光伏板間空地適宜種植芋頭，具有明顯的節本增收效果。

表5 不同處理的芋頭經濟效益Table 5 Economic benefits of taro under different treatments

3 討論

3.1 光伏板間的光溫環境特征

與常規露地環境相比，光伏陣列的架設會遮擋陽光，導致光伏板間的光照減少，氣溫降低，對作物生長造成不利影響，因此，選擇適宜弱光環境的作物類型和品種是光伏農業發展的前提[2-3]。本試驗結果表明，光伏板間空地的光照度明顯低于露地環境，尤其是晴天天氣，平均光照度損失達22.33%。但光照板間空地的土壤溫度比較穩定，表層和土層10 cm的土壤最低溫度均明顯高于露地環境，而相對穩定的土壤溫度更有利于芋頭根系發育和出苗發棵，光伏板間的芋頭出苗率較對照提高3.00%。由于光伏陣列抵擋了夏季高溫對芋頭葉片的灼傷危害，芋頭株高、葉長、葉寬較露地種植分別增加13.8%、9.2%和11.0%，營養體長勢顯著增強。這表明光伏陣列行間的弱光和低溫特性，可以為芋頭植株生長提供更有利的生長環境，因此，光伏板間空地可作為光伏芋頭種植的最佳地點。

3.2 光伏板間種植芋頭的產效表現

本研究表明，光伏板間種植芋頭可實現高產增收。光伏板間種植的單個母芋質量、單株子孫芋數和單個子孫芋質量均明顯高于對照，說明光伏板間的散射光仍能為芋頭提供足夠的光照，可以滿足芋頭塊莖膨大需要，該結果與甘薯研究結果類似[4]。本試驗中，覆蓋黑色全生物降解地膜后，除草成本降低，而且地膜可直接還田、無需回收，因此，光伏板間和露地種植的生產成本均較低。而光伏板間灌溉次數減少，用水成本降低，表明光伏板間的弱光和低溫環境減少了芋頭植株的水分散失，有利于芋頭營養體生長和產量形成。與露地種植相比，光伏板間種植的芋頭產量更高，因此，光伏芋頭種植利潤明顯提高，每667 m2純利潤超過1 800元，與魏來等[5]研究結果一致。這表明，在光伏板間空地種植芋頭可進一步提高光伏設施的經濟效益和土地資源利用率，具有明顯的經濟、社會和生態效益。