山地光伏遮陰對(duì)白魔芋產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

中圖分類號(hào)：S632.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2025）08-0091-06

Effects of Photovoltaic Shading on the Yield and Quality of White Konjac in Hilly and Mountainous Areas

LUO Xi-zhe1，QIN Si-hai1，HUANG Meng-jiao1， ZHANG Hao-dong1，XIE Jun12，XIE Gui-xian1，2 （1.HunanAgricultural University，Changsha4128，PRC;2.YuelushanLaboratory，Changsha400，C）

Abstract：Thisstudyaims toscreeoutsuitablepointsforthecultivationofwhitekonjacinthephotovoltaicshadingareas.With the planting point （D） not affected byphotovoltaic shadingas the control，the effects of1/4 （A），1/2 （B），and 3/4 （C） below the photovoltaicpanelmoduleonthephotosyntheticproperties，growth，yield，andqualityofwhiteonjacwereexplored.Teresults showed thatthelight intensityunder the photovoltaic panels at diffrent meterorologicalconditions followed the trendof Dgt;Cgt;Agt; B.Atthe uber expansionstageand matuitystage，thenetphotosyntheticrate，transpirationrate，andstomatalconductance werein the order of Cgt;Agt;Bgt;D ，while the intercellular CO₂ concentration followed the trend of Dgt;Bgt;Agt;C. At the maturity stage， the leafdiscdiameterand plant height atpointCwere significantlyhigher than those atotherpoints.Compared with pointDpoint C showed significant increases of 84.57% ， 20.77% 3.68% ，and 14.84% in the yield， glucomannan， soluble protein， and soluble sugar， respectively，of white konjac.Inconclusion，it is recommended that white konjaccanbe cultivated atthe point 3/4 below photovoltaic panels. Key words： photovoltaic shading; white konjac; yield; quality; photosynthetic properties

光伏農(nóng)業(yè)是將太陽(yáng)能發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)耦合的新型發(fā)展模式。隨著可再生能源的推廣和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化需求的增長(zhǎng)，該模式在全球范圍內(nèi)得到了快速推廣[1-2]。國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2023年6月，我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)達(dá)4.7億 kW^[3] 。在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下，《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》要求積極推進(jìn)“光伏 +^， 綜合利用行動(dòng)，鼓勵(lì)農(nóng)（牧）光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等復(fù)合開(kāi)發(fā)模式。其中，農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)將食物、水和能源3種要素集于一體，既能滿足糧食生產(chǎn)和節(jié)約用水的需求，推動(dòng)能源生產(chǎn)，還能有效緩解光伏大規(guī)模開(kāi)發(fā)帶來(lái)的土地利用矛盾[5]。

光伏板的架設(shè)會(huì)導(dǎo)致局部遮陰效應(yīng)、微氣候改變以及土壤環(huán)境變化[。光伏組件可遮擋 25%～95% 的太陽(yáng)輻射[7]，降低甘薯[8]、卷心菜[和小麥[1]等作物的產(chǎn)量，但也能為喜陰作物創(chuàng)造適宜的生長(zhǎng)條件。因此，在農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)中，選擇適配遮陰環(huán)境的經(jīng)濟(jì)作物及其種植方式至關(guān)重要。

魔芋（AmorphophalluskonjacK.Koch）為半陰性植物，喜散光、弱光，忌強(qiáng)光，是自然界中唯一能大量合成葡甘聚糖的植物[1]。研究表明，適度遮陰能提高魔芋產(chǎn)量，降低發(fā)病率[12]。然而，不同遮陰位點(diǎn)對(duì)魔芋產(chǎn)量和品質(zhì)的影響還有待系統(tǒng)研究。因此，本研究在光伏組件下方的不同位置種植白魔芋，探究不同遮陰位點(diǎn)對(duì)光照強(qiáng)度、白魔芋生長(zhǎng)發(fā)育、光合特性、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期篩選出光伏區(qū)域內(nèi)最適宜種植白魔芋的遮陰位點(diǎn)，為農(nóng)光互補(bǔ)模式下魔芋產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)于2024年5—10月在省婁底市冷水江市錫礦山街道樟木村光伏場(chǎng)區(qū)（ 111^°32^′07^′′E 27^°48^′29^′′N ）進(jìn)行。試驗(yàn)地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔 840m ，年均氣溫 16^°C ，年均降水量 1 418mm 。供試土壤為紅黃壤， 0～20cm 土壤的基本理化性質(zhì)如下： pH 值6.36，有機(jī)質(zhì)含量 24.61g/kg ，堿解氮含量 75.01mg/kg ，有效磷含量 17.90mg/kg ，速效鉀含量 251.12mg/kg ，全氮含量 0.51g/kg ，全磷含量0.62g/kg ，全鉀含量 11.41g/kg ，土壤容重 1.10g/cm³ 。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

如圖1所示，以全光照位點(diǎn)（D點(diǎn)）為對(duì)照，從光伏板低端開(kāi)始，分別在光伏板下1/4處（A點(diǎn)）1/2處（B點(diǎn)）和3/4處（C點(diǎn)）設(shè)置種植小區(qū)，每個(gè)位點(diǎn)3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積為 60m² （ 15m×4m ），株行距為 30cm× 80cm 。白魔芋于5月5日播種，播種前曬種 2d 用農(nóng)用多菌靈浸泡種芋，撒施生石灰 750kg/hm² 進(jìn)行土壤消毒；移栽前基施有機(jī)肥 30 000kg/hm² 展葉期和塊莖肥大期均施用 45% 復(fù)合肥（ N-P-K= 15-15-15） 375kg/hm² 。田間管理采用水肥一體化系統(tǒng)，其他管理與當(dāng)?shù)卮筇锍Ｒ?guī)管理一致。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

1.3.1田間光照強(qiáng)度測(cè)定使用TES-1332A數(shù)字式照度計(jì)（臺(tái)灣泰仕電子工業(yè)股份有限公司）測(cè)定光照強(qiáng)度，于2024年6—9月魔芋生長(zhǎng)旺盛期，選取晴天、多云和陰雨3種典型天氣測(cè)定 6：00-18：00 田間的光照強(qiáng)度。

1.3.2光合參數(shù)測(cè)定在白魔芋膨大期和成熟期，選擇持續(xù)晴天的 9：00-11：00 ，采用LI-6800便攜式光合測(cè)量系統(tǒng)（美國(guó)LI-COR公司）測(cè)定植株葉片頂部第2片功能葉的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間 CO₂ 濃度和蒸騰速率，重復(fù)3次，取平均值。

1.3.3生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量測(cè)定在魔芋換頭期、塊莖膨大期和成熟期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10株白魔芋，測(cè)定葉柄長(zhǎng)度、葉柄直徑、葉盤(pán)直徑和株高，取平均值。白魔芋收獲后，采挖球莖，去除表面泥土后稱重計(jì)產(chǎn)。

1.3.4魔芋品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定葡甘聚糖含量，采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定可溶性蛋白含量，采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖和淀粉含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2021整理數(shù)據(jù)和制圖，采用SPSS軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光伏遮陰對(duì)田間光照強(qiáng)度的影響

由圖2可知，試驗(yàn)分別于6月29日（小雨轉(zhuǎn)陰）8月6日（晴天）和9月6日（多云）測(cè)定了田間光照強(qiáng)度，不同天氣下的光照強(qiáng)度均表現(xiàn)為D點(diǎn) gt; C點(diǎn) gt;A 點(diǎn) gt;B 點(diǎn)。劉佩瑛等[13]的研究表明，魔芋生育期內(nèi)的光補(bǔ)償點(diǎn)為 2000lx ，光飽和點(diǎn)則在 17000- 22000lx 范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)變化。陰雨天氣下， 6：00- 11：00 光伏板下A、B和C點(diǎn)的光照強(qiáng)度均低于魔芋的光補(bǔ)償點(diǎn)， 12：00-16：00 ，A、C和D點(diǎn)的光照強(qiáng)度均超過(guò)魔芋光補(bǔ)償點(diǎn)；所有位點(diǎn)的光照強(qiáng)度均低于魔芋的光飽和點(diǎn)。晴天條件下， 7：00- 17：00 ，D點(diǎn)的光照強(qiáng)度均高于魔芋的光補(bǔ)償點(diǎn)，其中 8：00-16：00 ，D點(diǎn)的光照強(qiáng)度高于魔芋光飽和點(diǎn)； 8：00-17：00 ，光伏板下A、B和C點(diǎn)的光照強(qiáng)度均高于光補(bǔ)償點(diǎn)。多云天氣下， 12：00-15：00 ，D點(diǎn)的光照強(qiáng)度高于光飽和點(diǎn)，9：00—17：00 ，A點(diǎn)和C點(diǎn)的光照強(qiáng)度均高于光補(bǔ)償點(diǎn)，10：00-16：00 ，B點(diǎn)的光照強(qiáng)度高于光補(bǔ)償點(diǎn)。

圖1白魔芋種植位置

圖2不同天氣下6：00—18：00田間光照強(qiáng)度的變化情況（A：陰雨；B：晴天；C：多云）

2.2 光伏遮陰對(duì)白魔芋光合特性的影響

由圖3可知，塊莖成熟期不同種植位置白魔芋的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均低于塊莖膨大期，且2個(gè)時(shí)期不同種植位置白魔芋的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度表現(xiàn)為C點(diǎn) gt;A 點(diǎn) gt;B 點(diǎn) gt; D點(diǎn)。塊莖膨大期，A點(diǎn)和C點(diǎn)的凈光合速率顯著高于D點(diǎn)；塊莖成熟期，相較于D點(diǎn)，A、B和C點(diǎn)的凈光合速率分別顯著提高了 44.44% 、 27.62% 和49.52% 。塊莖膨大期和成熟期A、B和C點(diǎn)的蒸騰速率均顯著高于D點(diǎn)，其中C點(diǎn)的蒸騰速率最高，分別較D點(diǎn)顯著提高了 23.76% 和 91.34% 。塊莖膨大期和成熟期A點(diǎn)和C點(diǎn)的氣孔導(dǎo)度顯著高于D點(diǎn)，而B(niǎo)點(diǎn)和D點(diǎn)的氣孔導(dǎo)度無(wú)顯著差異。塊莖膨大期和成熟期不同種植位置白魔芋的胞間 CO₂ 濃度表現(xiàn)為D點(diǎn) gt;B 點(diǎn) gt;A 點(diǎn) gt;C 點(diǎn)。

2.3光伏遮陰對(duì)白魔芋生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由圖4可知，白魔芋換頭期和膨大期A、B、C和D點(diǎn)的葉柄長(zhǎng)度、葉柄直徑、葉盤(pán)直徑和株高均無(wú)顯著差異。在白魔芋成熟期，A點(diǎn)和C點(diǎn)白魔芋的葉柄長(zhǎng)度顯著大于B點(diǎn)和D點(diǎn)，不同位點(diǎn)的葉柄直徑無(wú)顯著差異，C點(diǎn)白魔芋的葉盤(pán)直徑和株高顯著大于其他位點(diǎn)，且較D點(diǎn)分別顯著增加了 66.82% 和 38.57% ，而A、B和D點(diǎn)白魔芋的葉盤(pán)直徑和株高無(wú)顯著差異。

2.4光伏遮陰對(duì)白魔芋產(chǎn)量的影響

由圖5可知，A點(diǎn)和C點(diǎn)的白魔芋產(chǎn)量顯著高于D點(diǎn)，B點(diǎn)的產(chǎn)量與D點(diǎn)無(wú)顯著差異，其中C點(diǎn)的產(chǎn)量最高，達(dá)到 30.03t/hm² ，較D點(diǎn)顯著提高了84.57% 。

2.5 光伏遮陰對(duì)白魔芋品質(zhì)的影響

由圖6可知，A點(diǎn)和C點(diǎn)白魔芋的葡甘聚糖含量顯著高于B點(diǎn)和D點(diǎn)；C點(diǎn)的可溶性蛋白含量顯著高于A、B和D點(diǎn)，且后三者的可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異；C點(diǎn)白魔芋的可溶性糖含量最高（ 3.56% ），較D點(diǎn)顯著增加了 14.84% ；不同位點(diǎn)白魔芋的淀粉含量無(wú)顯著差異。

3 討論與結(jié)論

光照強(qiáng)度影響植物的光合作用，進(jìn)而影響植物形態(tài)建成、生理代謝和生物量積累等[14]。光伏板的架設(shè)會(huì)改變田間光環(huán)境，顯著影響植物對(duì)光的利用[15]。本研究中，不同天氣下D點(diǎn)的光照強(qiáng)度均最大，尤其是晴天，其光照強(qiáng)度超過(guò)白魔芋的光飽和點(diǎn)，抑制白魔芋的生長(zhǎng)發(fā)育[。光伏板下各位置的光照強(qiáng)度均表現(xiàn)為C點(diǎn) gt;A 點(diǎn) gt;B 點(diǎn)，在晴天 10：00-- 15：00 時(shí)段，C點(diǎn)的光照強(qiáng)度接近光飽和點(diǎn)，凈光合速率高，有利于白魔芋的光合產(chǎn)物積累[17]。陰雨天氣下，A點(diǎn)和C點(diǎn)在 12：00-16：00 的光照強(qiáng)度可滿足白魔芋光合需求，而B(niǎo)點(diǎn)僅在 13：00 短暫達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)。多云天氣下，A、B和C點(diǎn)的白魔芋可正常進(jìn)行光合作用，但光合速率低于晴天，這與陳開(kāi)俊等[18]的研究結(jié)果一致。

圖3不同種植位置白魔芋的凈光合速率（A）、蒸騰速率（B）、氣孔導(dǎo)度（C）和胞間 CO₂ 濃度（D）［圖中不同小寫(xiě)字母表示不同位點(diǎn)間差異顯著（ Plt;0.05? ，下同]

圖4不同種植位置白魔芋的葉柄長(zhǎng)度（A）、葉柄直徑（B）、葉盤(pán)直徑（C）和株高（D）

圖5不同種植位置白魔芋的產(chǎn)量

植物光合效率受自身特性及光照、溫度、 CO₂ 濃度等環(huán)境因子共同調(diào)控[19]。本研究中，不同種植位置白魔芋膨大期的凈光合速率高于成熟期，這與梁艷麗等[20的研究結(jié)果一致。姜生秀等[21研究發(fā)現(xiàn)，蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度通常與凈光合速率的變化趨勢(shì)相似，本研究中塊莖膨大期和成熟期各位點(diǎn)白魔芋的凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均表現(xiàn)為C點(diǎn) gt; A點(diǎn) gt;B 點(diǎn) gt;D 點(diǎn)，驗(yàn)證了其結(jié)果。而且，膨大期和成熟期C點(diǎn)白魔芋的胞間 CO₂ 濃度顯著低于D點(diǎn)，說(shuō)明C點(diǎn)更有利于白魔芋進(jìn)行光合作用。此外，B點(diǎn)和D點(diǎn)的氣孔導(dǎo)度和胞間 CO₂ 濃度均無(wú)顯著差異，這可能是因?yàn)槿豕猸h(huán)境限制了氣孔調(diào)控功能，導(dǎo)致白魔芋的正常光合作用受到抑制[22]。

成熟期C點(diǎn)白魔芋的葉柄長(zhǎng)度、葉柄直徑、葉盤(pán)直徑和株高均明顯大于其他位點(diǎn)，而各時(shí)期B點(diǎn)與D點(diǎn)的生長(zhǎng)指標(biāo)無(wú)顯著差異，這可能因?yàn)橄碴幹参镌诠鈴?qiáng)超過(guò)其光飽和點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，而低于光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)則無(wú)法維持基礎(chǔ)代謝，二者均會(huì)限制白魔芋正常生長(zhǎng)發(fā)育[23]。本研究中，在A點(diǎn)和C點(diǎn)種植白魔芋可顯著增加其產(chǎn)量，其中C點(diǎn)的增產(chǎn)效果最優(yōu)，這說(shuō)明適度遮陰有利于增加作物產(chǎn)量[24-25]。此外，B點(diǎn)與D點(diǎn)的產(chǎn)量無(wú)顯著差異，這是因?yàn)锽點(diǎn)長(zhǎng)期處于弱光環(huán)境，植株光合產(chǎn)物合成不足，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受限，同化物質(zhì)向塊莖的轉(zhuǎn)運(yùn)效率降低，最終造成產(chǎn)量下降[2。葡甘聚糖含量是評(píng)價(jià)魔芋品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)[27]。本研究表明，在C點(diǎn)種植白魔芋可顯著提高葡甘聚糖、可溶性蛋白和可溶性糖含量，這一發(fā)現(xiàn)與前人研究得到的適度遮陰可改善作物品質(zhì)的結(jié)論相符[28-29]。

圖6不同種植位置白魔芋的葡甘聚糖（A）、可溶性蛋白（B）、可溶性糖（C）和淀粉（D）含量

綜上所述，與全光照對(duì)照（D點(diǎn)）相比，在光伏板下3/4處（C點(diǎn)）種植白魔芋，其凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、葉柄長(zhǎng)度、葉柄直徑、葉盤(pán)直徑和株高均明顯提高，產(chǎn)量提高了 84.57% ，葡甘聚糖、可溶性蛋白和可溶性糖含量分別增加了20.77%.3.68% 和 14.84% 。因此，在農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)中，推薦在光伏板下3/4處種植白魔芋，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

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