苏北地区光伏设施地芋头生长发育特点研究

王璞，李百成，王立，郭文琦，韩晓勇，殷剑美，金林，蒋璐，张培通*

(1.江苏争先农业科技有限公司，江苏 南通 226299；2.江苏省农业科学院 经济作物研究所，江苏 南京 210014)

芋头是江苏省传统特色经济作物，优质高产、风味独特，深受消费市场欢迎。随着徐州、连云港等地区芋头北引种植的成功，苏北地区芋头生产规模逐步扩大。徐州、连云港等苏北地区同时也是江苏光伏产业发展核心区，现有光伏设施占地面积近10 000 hm2[1]，但光伏设施土地资源利用率较低，尚未形成可复制、能推广的光伏农业高效种植技术模式。芋头具有喜湿、耐阴等特性，可在林下环境生长，因此，在光伏设施下进行芋头种植可行性极大，但是对于光伏芋头生长发育的研究未见报道。

为了探索光伏基地种植芋头的生长发育特点，本研究以绿芽芋为试验材料，开展光伏芋头生长发育特点研究试验，分析验证了光伏设施对芋头生长发育、产品产量及光温环境的影响，对光伏芋头生产成本效益进行综合测算，以期为光伏芋头生产应用提供科学的技术参数和指导方案。

1 材料与方法

1.1 材料

芋头供试品种为绿芽芋。

1.2 方法

1.2.1 试验地点

试验于2022年在江苏省连云港市灌云县南岗镇张兴村光伏基地进行。光伏基地的光伏发电板为单立柱结构支撑，太阳能板安装倾角为27°左右，前排立柱与后排立柱间距为6.5 m，每排光伏板均为前低后高，光伏板间空地宽度为3.5 m左右(图1)。

图1 试验处理示意图Fig.1 Schematic diagram of the test treatment

本试验设置2个处理，处理组为光伏板阵列间空地种植，以常规露地种植为对照(CK)。试验按照随机区组设计，每个小区面积200 m2，设置3次重复。采用大小行种植，大行行距约90 cm，小行行距约60 cm，株距35～40 cm，垄高15 cm左右。播种时间为2022年4月22日，播种后垄面喷封闭除草剂，覆盖黑色全生物降解地膜，厚度0.01 mm，其他田间管理措施均保持一致。

1.2.2 植株生长势测定

每个小区选取长势一致且连续的植株10株，记录出苗期，统计出苗率。在生长旺盛期(7月初)测量株高、叶鞘长度、叶片长度和叶片宽度。

1.2.3 膜下土壤温度测定

采用精创RC-4型自动温度记录仪，间隔2 h记录芋头生长期膜下表层0 cm和土层10 cm深度的土壤温度。

1.2.4 光照度测定

分别在晴天、阴天和多云天气条件下，采用光照度计(特安斯TA8133型)测定不同处理区的光照度，测定时间为6：00—18：00，每隔1 h记录1次数据。测定高度均为地表1 m，每处理重复3次。

1.2.5 芋头产量测定

收获期按小区测定连续20株芋头产量，分别计算单株子孙芋产量、单株子孙芋数、单个子孙芋质量，折算每667 m2产量。

1.2.6 成本效益核算

按照小区统计芋头生产各环节的用工人次和物资投入，核算单位面积生产成本和经济效益。

1.3 数据处理

使用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 光伏阵列对芋头产量的影响

由表1可知，各处理的芋头植株密度基本一致，无显著差异。但光伏板间种植的子孙芋产量高于露地种植，理论产量和实际产量分别较对照增加26.1%和15.5%。分析产量构成因素可知，光伏板间种植的单个母芋质量、单株子孙芋数和单个子孙芋质量均高于露地种植对照。表明光伏板间种植有利于芋头块茎膨大，提高单株结芋数量，具有增产效果。

2.2 光伏阵列对芋头植株生长的影响

从表2可以看出，光伏板间种植的芋头各项生长指标均高于对照。光伏板间种植的芋头出苗期较露地种植晚3 d，但收获期一致。因此，光伏种植芋头的生育期更短。从营养生长情况看，光伏板间种植的芋头出苗率、株高和叶鞘长高于对照，而叶长和叶宽也明显高于对照，分别提高9.2%和11.0%。由此可见，光伏板间种植可明显促进芋头苗期发棵和营养体生长。

2.3 光伏阵列对芋头生长环境的影响

2.3.1 对光照的影响

由表3可知，在晴天、多云和阴天下，光伏板间的日最高光照度、日最低光照度和日平均光照度均较低。其中，在阴天天气条件下，光伏板间的日平均光照度衰减最少，较对照降低13.66%；其次是多云天气。在晴天条件下，光伏板间种植和露地种植之间的日平均光照度的差值最大。以上结果表明，光伏阵列对板间空地的芋头生长具有遮盖效应，其中晴天条件的光照遮盖效果最明显。

表3 不同处理的光照强度Table 3 Light intensity for different treatments

2.3.2 对土温的影响

由表4可知，光伏板间的表层土壤和土层10 cm深处土壤的日最高温度均较低，较对照分别降低6.5和2.4 ℃，而表层土壤和土层10 cm土壤的日最低温度较对照分别升高4.6和5.9 ℃，而2个处理同一土层的平均土壤温度基本相同。但光伏板间表层与土层10 cm的土壤日极差温度的落差较少，仅降低2.6 ℃，而对照相同土层的日极差温度落差为5.4 ℃。

表4 不同处理的土壤温度Table 4 Soil temperature for different treatments

以上结果表明，土壤温度环境对芋头出苗和生长影响较大，光伏板间空地的土层10 cm环境的温度极差较小，有助于促进芋头根系生长发育和地上植株发棵，促进芋头植株地上部营养体生长和地下部块茎膨大。

2.4 光伏芋头种植经济效益比较

对播种、灌溉、除草、收获等人工成本，以及肥料、地膜、农药等农资成本进行统计。由表5可知，光伏板间种植的生产成本较低，每667 m2生产成本仅为1 098元，主要是灌溉次数较少。收获的多子芋按照4元·kg-1的销售价格进行计算，光伏板间种植的每667 m2销售收入最高，达2 976元；扣除生产成本，光伏板间种植667 m2的纯利润为1 878元。以上结果表明，光伏板间空地适宜种植芋头，具有明显的节本增收效果。

表5 不同处理的芋头经济效益Table 5 Economic benefits of taro under different treatments

3 讨论

3.1 光伏板间的光温环境特征

与常规露地环境相比，光伏阵列的架设会遮挡阳光，导致光伏板间的光照减少，气温降低，对作物生长造成不利影响，因此，选择适宜弱光环境的作物类型和品种是光伏农业发展的前提[2-3]。本试验结果表明，光伏板间空地的光照度明显低于露地环境，尤其是晴天天气，平均光照度损失达22.33%。但光照板间空地的土壤温度比较稳定，表层和土层10 cm的土壤最低温度均明显高于露地环境，而相对稳定的土壤温度更有利于芋头根系发育和出苗发棵，光伏板间的芋头出苗率较对照提高3.00%。由于光伏阵列抵挡了夏季高温对芋头叶片的灼伤危害，芋头株高、叶长、叶宽较露地种植分别增加13.8%、9.2%和11.0%，营养体长势显著增强。这表明光伏阵列行间的弱光和低温特性，可以为芋头植株生长提供更有利的生长环境，因此，光伏板间空地可作为光伏芋头种植的最佳地点。

3.2 光伏板间种植芋头的产效表现

本研究表明，光伏板间种植芋头可实现高产增收。光伏板间种植的单个母芋质量、单株子孙芋数和单个子孙芋质量均明显高于对照，说明光伏板间的散射光仍能为芋头提供足够的光照，可以满足芋头块茎膨大需要，该结果与甘薯研究结果类似[4]。本试验中，覆盖黑色全生物降解地膜后，除草成本降低，而且地膜可直接还田、无需回收，因此，光伏板间和露地种植的生产成本均较低。而光伏板间灌溉次数减少，用水成本降低，表明光伏板间的弱光和低温环境减少了芋头植株的水分散失，有利于芋头营养体生长和产量形成。与露地种植相比，光伏板间种植的芋头产量更高，因此，光伏芋头种植利润明显提高，每667 m2纯利润超过1 800元，与魏来等[5]研究结果一致。这表明，在光伏板间空地种植芋头可进一步提高光伏设施的经济效益和土地资源利用率，具有明显的经济、社会和生态效益。