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    光伏农业有机耦合蔬菜作物种植适应性

    时间:2021-06-15 10:37来源:未知 作者:mac 点击:
    摘要:为高效利用光伏扶贫电站的土地资源,实现光伏发电和农业利用有机耦合,增加单位土地面积经济效益,选取2个扶贫重点村的光伏电站作为试验点,选择多种常见蔬菜在光伏板下种植,进行适应性研究,并设电站周边空地同步作种植对比试验。观测蔬菜生长势、产
      
      摘要:为高效利用光伏扶贫电站的土地资源,实现光伏发电和农业利用有机耦合,增加单位土地面积经济效益,选取2个扶贫重点村的光伏电站作为试验点,选择多种常见蔬菜在光伏板下种植,进行适应性研究,并设电站周边空地同步作种植对比试验。观测蔬菜生长势、产量、品质等指标,结果表明,光伏板的架设影响光照条件,对蔬菜的产量和品质均有不同程度的影响,但供试作物均能适应光伏电站内的生长环境并获得产出。
      
      关键词:光伏农业;蔬菜种植;精准扶贫
      
      2015年开始,杭州市市级财政安排专项资金利用荒山、荒地、荒滩等建设光伏发电扶贫电站,累计已完成57个光伏扶贫试点项目,装机规模约为10MW,年发电约1000万kW•h,各区(县、市)也积极安排资金,建设光伏扶贫电站约50个。每个村集体每年可增收10万元以上,平均投资收益率10%以上,极大地促进消薄增收工作[1]。国内外的研究与实践表明[2],土地资源一直是光伏电站建设中的重要限制因素。光伏电站建设原则上以荒山、荒地、荒滩为主,但在人口密集的长三角地区,荒山、荒地资源十分紧缺,因此,高效利用光伏电站下的土地资源,将光伏发电和农业利用有机耦合,增加单位土地面积的经济效益,是实现光伏发电电站可持续发展的重要途径。作者于2019年开始进行光伏农业有机耦合的蔬菜种植适应性研究,在杭州地区2个扶贫重点村光伏电站光伏板下进行常见蔬菜种植,同时在电站周边空地同步开展种植对比试验,通过分析蔬菜生长势、产量、品质等指标,探讨光伏板下蔬菜种植的可行性和适宜性,为其推广应用提供科学依据。
     
      光伏农业有机耦合蔬菜作物种植适应性
      1材料与方法
      
      1.1试验时间与地点
      
      试验于2019年9月至2020年11月进行。地点1:浙江省杭州市建德市扶贫重点村A的光伏电站,电站装机总容量200kW,占地面积3500m2;土地利用性质为平整改造后的荒山坡地。光伏电站按照浙江省“农光互补”标准进行设计(图1)。太阳能板安装倾角为22°,支撑采用双立柱结构,后排前立柱与前排后立柱间距3.5~6.5m,每排光伏板整体抬高,前低后高,前端离地面高度为2.0m,后端离地面高度为3.34m。 地点2:浙江省杭州市淳安县扶贫重点村B的光伏电站,电站装机总容量160kW,占地面积2400m2;土地利用性质为荒地。光伏电站按照浙江省“农光互补”标准进行设计,依山而建(图2)。太阳能板安装倾角为22°,支撑采用单立柱结构,前排立柱与后排立柱间距3.5m,每排光伏板整体抬高,前低后高,前端离地面高度为2.0m,后端离地面高度为3.34m。
      
      1.2处理设计
      
      选取辣椒、茄子、番茄、生菜、大白菜5种常见蔬菜在光伏板下进行小区试验,同时在电站周边无光伏板遮阴空地设置同等面积的对照区。辣椒试验在A村(3排光伏板下)进行,小区面积100m2,育苗移栽800株。茄子试验在A村(4排光伏板下)进行,小区面积130m2,育苗移栽800株。番茄试验在B村(2排光伏板下)进行,小区面积60m2,育苗移栽280株。生菜试验在B村(1排光伏板下)进行,小区面积40m2。大白菜试验B村(1排光伏板下)进行,小区面积40m2。试验期间的施肥、除草、防虫、浇水等田间管理以人工操作为主,光伏板下和外围处理区除光照条件不同之外,其他生长环境及条件和田间管理措施基本相同。
      
      1.3观察测定
      
      生长过程。定期跟踪测量、记录蔬菜生长长势。产量与品质。通过称重法比较蔬菜的产量;通过目测和品尝对蔬菜的形态和商品性、风味等进行描述和评价。营养成分。采集1kg番茄产品送至实验室测定可溶性固形物、总酸等指标。
      
      2结果与分析
      
      2.1对蔬菜生长情况的影响
      
      晶硅电池组件的透光率为零,非晶硅薄膜电池组件的光能转换率略低于晶硅电池组件,其透光率根据生产工艺为10%左右,最高可达到40%[3]。光伏电站受光伏电板的遮挡作用,光伏电板下和项目区外围在土壤含水量、光照和温度等方面有差异,形成了不同的小气候类型,对植物的生长发育产生深刻影响[4-5]。表1可见,光伏板的架设对蔬菜的生长有影响。处理组的植株对抗自然灾害能力更强,旱涝、大风天气对其干扰小,但对病虫害的抵抗能力弱,果实易蛀虫,植株易死亡。结果分析:辣椒、茄子、番茄生长期前2周长势基本无差异,中期对照组长势快且健壮,开花结果提早3~5d,病虫害轻,对照组后期植株更高大;处理组辣椒落果严重且无再生,处理组番茄表面斑点面积大,未成熟就开始在树上烂果;生菜和大白菜对照组种子发芽率高,植株长势较快,处理组植株因为光照条件差,接收不到自然雨水,生长受影响,植株矮小稀疏;但在寒冬恶劣天气下,光伏板对下方的大白菜有一定的保护作用,延缓成活时间。
      
      2.2对蔬菜产量与品质的影响
      
      光伏板下处理组和对照组中的蔬菜作物的产量、外观、品质等指标对比见表2。可见,处理组蔬菜产量和品质均比对照组要差。辣椒和茄子对照组产量比处理组增加20%左右,对照组外观明显比处理组好,加工后口感对照组较好;番茄、生菜、大白菜2组产量相差60%左右,光伏板遮挡对其生长影响较大,外观和食用口感明显比对照组差。
      
      2.3对番茄营养成分的影响
      
      果实中可溶性固形物含量是评价番茄营养价值的重要指标,可溶性固形物含量越高,营养价值越高;果实中可溶性糖和有机酸的含量比值是评价番茄品质的指标,一般情况下,糖酸比越小,果实风味品质越差[6]。根据表3结果,处理组番茄的可溶性固形物和糖酸比均小于对照组,可见,光伏板的架设对番茄风味口感影响较大。
      
      3小结与讨论
      
      对5种常见蔬菜的种植适应性对比试验结果表明,符合浙江省光伏扶贫建设要求的光伏电站,因支架较高,光伏方阵前后阵列中心间距较宽,空气流通,既满足采光要求,也有充分的种植空间,适合多种作物种植。光伏板架设影响光照条件,对蔬菜的产量和品质均有不同程度的影响,但供试作物均能适应光伏电站内的生长环境并获得产出。光伏扶贫电站一般建设在荒山、荒地、荒滩上,土壤有机质含量较低,土地相对贫瘠,生产上可以通过改良土壤、适当增施有机肥料、提升地力、改进种植方式等措施增加作物产量,提高作物品质。光伏发电和农业生产在土地使用上的共性和互补,顶层光伏发电+地面栽培作物,空间上独立存在,2个产业不发生冲突,互惠互利,提高土地利用率,更不会改变土地性质,实现一地多用[7]。在光伏电站内应种植适宜的农作物品种,既可以保障光伏发电的收益,如本文中扶贫重点村A的光伏电站建设投资100万元,每年可为村集体增加10万元发电收益,又增加了农作物收益,进一步提高土地利用效率,将光伏发电和农业利用有机耦合,实现了“光伏+农业”的双赢效果,具有广阔的应用前景。本次试验蔬菜均为喜光作物,没有对喜阴作物进行对比试验,可进一步深入研究,筛选适合的喜阴作物,高效利用光伏板下的土地资源,增加农业收益。光伏板的遮阳具有一定的降温作用,对夏季种植有利,在寒冬恶劣天气下,光伏板对下方作物也有一定的保护作用,因此,可以针对光伏板对下方季节性作物种植进行品种筛选研究。
      
      参考文献:
      
      [1]华永新,覃舟,唐洪兴.杭州地区光伏农业典型模式与发展对策[J].浙江农业科学,2021,62(1):233-236.
      
      [2]魏来,余明艳,覃楠楠,等.农光耦合系统对田间光照条件和甘薯生长的影响[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2019,45(3):288-295.
      
      [3]周长吉,高秀清.光伏技术在农业中的应用[M].北京:中国农业大学出版社,2014:67.
      
      [4]孙艳萍,张晓萍,徐金鹏,等.黄土高原水蚀风蚀交错带植被覆盖时空演变分析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2012,40(2):143-150,156.
      
      [5]王建国,樊军,王全九,等.黄土高原水蚀风蚀交错区植被地上生物量及其影响因素[J].应用生态学报,2011,22(3):556-564.
      
      [6]罗颖,薛琳,黄帅,等.番茄果实可溶性固形物含量与果实指标的相关性研究[J].石河子大学学报(自然科学版),2010,28(1):23-27.
      
      [7]石艳荣.凌源地区光伏发电与经济作物培育模式[J].江西农业,2018(12):42.
      
      作者:华永新 覃舟 唐洪兴 宋云蔚 屠翰 单位:杭州市乡村振兴服务中心
    (责任编辑:mac)
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