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(zhēng)先農(nóng)業(yè)科技有限公司，江蘇 南通 226299；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 經(jīng)濟(jì)作物研究所，江蘇 南京 210014)

芋頭是江蘇省傳統(tǒng)特色經(jīng)濟(jì)作物，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、風(fēng)味獨(dú)特，深受消費(fèi)市場(chǎng)歡迎。隨著徐州、連云港等地區(qū)芋頭北引種植的成功，蘇北地區(qū)芋頭生產(chǎn)規(guī)模逐步擴(kuò)大。徐州、連云港等蘇北地區(qū)同時(shí)也是江蘇光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展核心區(qū)，現(xiàn)有光伏設(shè)施占地面積近10 000 hm2[1]，但光伏設(shè)施土地資源利用率較低，尚未形成可復(fù)制、能推廣的光伏農(nóng)業(yè)高效種植技術(shù)模式。芋頭具有喜濕、耐陰等特性，可在林下環(huán)境生長(zhǎng)，因此，在光伏設(shè)施下進(jìn)行芋頭種植可行性極大，但是對(duì)于光伏芋頭生長(zhǎng)發(fā)育的研究未見(jiàn)報(bào)道。

為了探索光伏基地種植芋頭的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)，本研究以綠芽芋為試驗(yàn)材料，開(kāi)展光伏芋頭生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)研究試驗(yàn)，分析驗(yàn)證了光伏設(shè)施對(duì)芋頭生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)品產(chǎn)量及光溫環(huán)境的影響，對(duì)光伏芋頭生產(chǎn)成本效益進(jìn)行綜合測(cè)算，以期為光伏芋頭生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)的技術(shù)參數(shù)和指導(dǎo)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(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2022年在江蘇省連云港市灌云縣南崗鎮(zhèn)張興村光伏基地進(jìn)行。光伏基地的光伏發(fā)電板為單立柱結(jié)構(gòu)支撐，太陽(yáng)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(yàn)處理示意圖Fig.1 Schematic diagram of the test treatment

本試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理，處理組為光伏板陣列間空地種植，以常規(guī)露地種植為對(duì)照(CK)。試驗(yàn)按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積200 m2，設(shè)置3次重復(fù)。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(shí)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(zhǎng)勢(shì)測(cè)定

每個(gè)小區(qū)選取長(zhǎng)勢(shì)一致且連續(xù)的植株10株，記錄出苗期，統(tǒng)計(jì)出苗率。在生長(zhǎng)旺盛期(7月初)測(cè)量株高、葉鞘長(zhǎng)度、葉片長(zhǎng)度和葉片寬度。

1.2.3 膜下土壤溫度測(cè)定

采用精創(chuàng)RC-4型自動(dòng)溫度記錄儀，間隔2 h記錄芋頭生長(zhǎng)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(cè)定

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

1.2.5 芋頭產(chǎn)量測(cè)定

收獲期按小區(qū)測(cè)定連續(xù)20株芋頭產(chǎn)量，分別計(jì)算單株子孫芋產(chǎn)量、單株子孫芋數(shù)、單個(gè)子孫芋質(zhì)量，折算每667 m2產(chǎn)量。

1.2.6 成本效益核算

按照小區(qū)統(tǒng)計(jì)芋頭生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的用工人次和物資投入，核算單位面積生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 光伏陣列對(duì)芋頭產(chǎn)量的影響

由表1可知，各處理的芋頭植株密度基本一致，無(wú)顯著差異。但光伏板間種植的子孫芋產(chǎn)量高于露地種植，理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量分別較對(duì)照增加26.1%和15.5%。分析產(chǎn)量構(gòu)成因素可知，光伏板間種植的單個(gè)母芋質(zhì)量、單株子孫芋數(shù)和單個(gè)子孫芋質(zhì)量均高于露地種植對(duì)照。表明光伏板間種植有利于芋頭塊莖膨大，提高單株結(jié)芋數(shù)量，具有增產(chǎn)效果。

2.2 光伏陣列對(duì)芋頭植株生長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，光伏板間種植的芋頭各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)均高于對(duì)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)情況看，光伏板間種植的芋頭出苗率、株高和葉鞘長(zhǎng)高于對(duì)照，而葉長(zhǎng)和葉寬也明顯高于對(duì)照，分別提高9.2%和11.0%。由此可見(jiàn)，光伏板間種植可明顯促進(jìn)芋頭苗期發(fā)棵和營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)。

2.3 光伏陣列對(duì)芋頭生長(zhǎng)環(huán)境的影響

2.3.1 對(duì)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(duì)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(jié)果表明，光伏陣列對(duì)板間空地的芋頭生長(zhǎng)具有遮蓋效應(yīng)，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(qiáng)度Table 3 Light intensity for different treatments

2.3.2 對(duì)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(duì)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(duì)照分別升高4.6和5.9 ℃，而2個(gè)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(duì)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(jié)果表明，土壤溫度環(huán)境對(duì)芋頭出苗和生長(zhǎng)影響較大，光伏板間空地的土層10 cm環(huán)境的溫度極差較小，有助于促進(jìn)芋頭根系生長(zhǎng)發(fā)育和地上植株發(fā)棵，促進(jìn)芋頭植株地上部營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)和地下部塊莖膨大。

2.4 光伏芋頭種植經(jīng)濟(jì)效益比較

對(duì)播種、灌溉、除草、收獲等人工成本，以及肥料、地膜、農(nóng)藥等農(nóng)資成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由表5可知，光伏板間種植的生產(chǎn)成本較低，每667 m2生產(chǎn)成本僅為1 098元，主要是灌溉次數(shù)較少。收獲的多子芋按照4元·kg-1的銷售價(jià)格進(jìn)行計(jì)算，光伏板間種植的每667 m2銷售收入最高，達(dá)2 976元；扣除生產(chǎn)成本，光伏板間種植667 m2的純利潤(rùn)為1 878元。以上結(jié)果表明，光伏板間空地適宜種植芋頭，具有明顯的節(jié)本增收效果。

表5 不同處理的芋頭經(jīng)濟(jì)效益Table 5 Economic benefits of taro under different treatments

3 討論

3.1 光伏板間的光溫環(huán)境特征

與常規(guī)露地環(huán)境相比，光伏陣列的架設(shè)會(huì)遮擋陽(yáng)光，導(dǎo)致光伏板間的光照減少，氣溫降低，對(duì)作物生長(zhǎng)造成不利影響，因此，選擇適宜弱光環(huán)境的作物類型和品種是光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展的前提[2-3]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，光伏板間空地的光照度明顯低于露地環(huán)境，尤其是晴天天氣，平均光照度損失達(dá)22.33%。但光照板間空地的土壤溫度比較穩(wěn)定，表層和土層10 cm的土壤最低溫度均明顯高于露地環(huán)境，而相對(duì)穩(wěn)定的土壤溫度更有利于芋頭根系發(fā)育和出苗發(fā)棵，光伏板間的芋頭出苗率較對(duì)照提高3.00%。由于光伏陣列抵擋了夏季高溫對(duì)芋頭葉片的灼傷危害，芋頭株高、葉長(zhǎng)、葉寬較露地種植分別增加13.8%、9.2%和11.0%，營(yíng)養(yǎng)體長(zhǎng)勢(shì)顯著增強(qiáng)。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(zhǎng)提供更有利的生長(zhǎng)環(huán)境，因此，光伏板間空地可作為光伏芋頭種植的最佳地點(diǎn)。

3.2 光伏板間種植芋頭的產(chǎn)效表現(xiàn)

本研究表明，光伏板間種植芋頭可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)增收。光伏板間種植的單個(gè)母芋質(zhì)量、單株子孫芋數(shù)和單個(gè)子孫芋質(zhì)量均明顯高于對(duì)照，說(shuō)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(jié)果與甘薯研究結(jié)果類似[4]。本試驗(yàn)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(wú)需回收，因此，光伏板間和露地種植的生產(chǎn)成本均較低。而光伏板間灌溉次數(shù)減少，用水成本降低，表明光伏板間的弱光和低溫環(huán)境減少了芋頭植株的水分散失，有利于芋頭營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成。與露地種植相比，光伏板間種植的芋頭產(chǎn)量更高，因此，光伏芋頭種植利潤(rùn)明顯提高，每667 m2純利潤(rùn)超過(guò)1 800元，與魏來(lái)等[5]研究結(jié)果一致。這表明，在光伏板間空地種植芋頭可進(jìn)一步提高光伏設(shè)施的經(jīng)濟(jì)效益和土地資源利用率，具有明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。