光伏農業有機耦合的蔬菜作物種植適應性研究初探

華永新，覃舟，唐洪興，宋云蔚，屠翰

(杭州市鄉村振興服務中心, 浙江 杭州 310026)

2015年開始，杭州市市級財政安排專項資金利用荒山、荒地、荒灘等建設光伏發電扶貧電站，累計已完成57個光伏扶貧試點項目，裝機規模約為10 MW，年發電約1 000萬kW·h，各區(縣、市)也積極安排資金，建設光伏扶貧電站約50個。每個村集體每年可增收10萬元以上，平均投資收益率10%以上，極大地促進消薄增收工作[1]。國內外的研究與實踐表明[2]，土地資源一直是光伏電站建設中的重要限制因素。光伏電站建設原則上以荒山、荒地、荒灘為主，但在人口密集的長三角地區，荒山、荒地資源十分緊缺，因此，高效利用光伏電站下的土地資源，將光伏發電和農業利用有機耦合，增加單位土地面積的經濟效益，是實現光伏發電電站可持續發展的重要途徑。

作者于2019年開始進行光伏農業有機耦合的蔬菜種植適應性研究，在杭州地區2個扶貧重點村光伏電站光伏板下進行常見蔬菜種植，同時在電站周邊空地同步開展種植對比試驗，通過分析蔬菜生長勢、產量、品質等指標，探討光伏板下蔬菜種植的可行性和適宜性，為其推廣應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2019年9月至2020年11月進行。

地點1：浙江省杭州市建德市扶貧重點村A的光伏電站，電站裝機總容量200 kW，占地面積3 500 m2；土地利用性質為平整改造后的荒山坡地。光伏電站按照浙江省“農光互補”標準進行設計(圖1)。太陽能板安裝傾角為22°，支撐采用雙立柱結構，后排前立柱與前排后立柱間距3.5～6.5 m，每排光伏板整體抬高，前低后高，前端離地面高度為2.0 m，后端離地面高度為3.34 m。

單位：mm。

地點2：浙江省杭州市淳安縣扶貧重點村B的光伏電站，電站裝機總容量160 kW，占地面積2 400 m2；土地利用性質為荒地。光伏電站按照浙江省“農光互補”標準進行設計，依山而建(圖2)。太陽能板安裝傾角為22°，支撐采用單立柱結構，前排立柱與后排立柱間距3.5 m，每排光伏板整體抬高，前低后高，前端離地面高度為2.0 m，后端離地面高度為3.34 m。

單位：mm。

1.2 處理設計

選取辣椒、茄子、番茄、生菜、大白菜5種常見蔬菜在光伏板下進行小區試驗，同時在電站周邊無光伏板遮陰空地設置同等面積的對照區。

辣椒試驗在A村(3排光伏板下)進行，小區面積100 m2，育苗移栽800株。茄子試驗在A村(4排光伏板下)進行，小區面積130 m2，育苗移栽800株。番茄試驗在B村(2排光伏板下)進行，小區面積60 m2，育苗移栽280株。生菜試驗在B村(1排光伏板下)進行，小區面積40 m2。大白菜試驗B村(1排光伏板下)進行，小區面積40 m2。

試驗期間的施肥、除草、防蟲、澆水等田間管理以人工操作為主，光伏板下和外圍處理區除光照條件不同之外，其他生長環境及條件和田間管理措施基本相同。

1.3 觀察測定

生長過程。定期跟蹤測量、記錄蔬菜生長長勢。

產量與品質。通過稱重法比較蔬菜的產量；通過目測和品嘗對蔬菜的形態和商品性、風味等進行描述和評價。

營養成分。采集1 kg番茄產品送至實驗室測定可溶性固形物、總酸等指標。

2 結果與分析

2.1 對蔬菜生長情況的影響

晶硅電池組件的透光率為零，非晶硅薄膜電池組件的光能轉換率略低于晶硅電池組件，其透光率根據生產工藝為10%左右，最高可達到40%[3]。光伏電站受光伏電板的遮擋作用，光伏電板下和項目區外圍在土壤含水量、光照和溫度等方面有差異，形成了不同的小氣候類型，對植物的生長發育產生深刻影響[4-5]。表1可見，光伏板的架設對蔬菜的生長有影響。處理組的植株對抗自然災害能力更強，旱澇、大風天氣對其干擾小，但對病蟲害的抵抗能力弱，果實易蛀蟲，植株易死亡。

表1 光伏電站種植蔬菜等作物的生長情況

結果分析：辣椒、茄子、番茄生長期前2周長勢基本無差異，中期對照組長勢快且健壯，開花結果提早3～5 d，病蟲害輕，對照組后期植株更高大；處理組辣椒落果嚴重且無再生，處理組番茄表面斑點面積大，未成熟就開始在樹上爛果；生菜和大白菜對照組種子發芽率高，植株長勢較快，處理組植株因為光照條件差，接收不到自然雨水，生長受影響，植株矮小稀疏；但在寒冬惡劣天氣下，光伏板對下方的大白菜有一定的保護作用，延緩成活時間。

2.2 對蔬菜產量與品質的影響

光伏板下處理組和對照組中的蔬菜作物的產量、外觀、品質等指標對比見表2。可見，處理組蔬菜產量和品質均比對照組要差。辣椒和茄子對照組產量比處理組增加20%左右，對照組外觀明顯比處理組好，加工后口感對照組較好；番茄、生菜、大白菜2組產量相差60%左右，光伏板遮擋對其生長影響較大，外觀和食用口感明顯比對照組差。

表2 光伏電站種植蔬菜等作物的產量、品質情況

2.3 對番茄營養成分的影響

果實中可溶性固形物含量是評價番茄營養價值的重要指標，可溶性固形物含量越高，營養價值越高；果實中可溶性糖和有機酸的含量比值是評價番茄品質的指標，一般情況下，糖酸比越小，果實風味品質越差[6]。根據表3結果，處理組番茄的可溶性固形物和糖酸比均小于對照組，可見，光伏板的架設對番茄風味口感影響較大。

表3 光伏電站番茄的營養成分含量情況

3 小結與討論

對5種常見蔬菜的種植適應性對比試驗結果表明，符合浙江省光伏扶貧建設要求的光伏電站，因支架較高，光伏方陣前后陣列中心間距較寬，空氣流通，既滿足采光要求，也有充分的種植空間，適合多種作物種植。光伏板架設影響光照條件，對蔬菜的產量和品質均有不同程度的影響，但供試作物均能適應光伏電站內的生長環境并獲得產出。光伏扶貧電站一般建設在荒山、荒地、荒灘上，土壤有機質含量較低，土地相對貧瘠，生產上可以通過改良土壤、適當增施有機肥料、提升地力、改進種植方式等措施增加作物產量，提高作物品質。

光伏發電和農業生產在土地使用上的共性和互補，頂層光伏發電+地面栽培作物，空間上獨立存在，2個產業不發生沖突，互惠互利，提高土地利用率，更不會改變土地性質，實現一地多用[7]。在光伏電站內應種植適宜的農作物品種，既可以保障光伏發電的收益，如本文中扶貧重點村A的光伏電站建設投資100萬元，每年可為村集體增加10萬元發電收益，又增加了農作物收益，進一步提高土地利用效率，將光伏發電和農業利用有機耦合，實現了“光伏+農業”的雙贏效果，具有廣闊的應用前景。

本次試驗蔬菜均為喜光作物，沒有對喜陰作物進行對比試驗，可進一步深入研究，篩選適合的喜陰作物，高效利用光伏板下的土地資源，增加農業收益。光伏板的遮陽具有一定的降溫作用，對夏季種植有利，在寒冬惡劣天氣下，光伏板對下方作物也有一定的保護作用，因此，可以針對光伏板對下方季節性作物種植進行品種篩選研究。