六种植物在光伏大棚条件下的适生性评价研究

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发展光伏农业是兼具生态和经济效益的绿色产业,是现代农业的制高点。光伏农业的发展具可持续性。但光伏大棚结合植物工厂化生产,如何高效提升产出品质,其建造光伏大棚的合理遮光率,以解除弱光限制,以及配置种植的植物品种的筛选,是成功的关键。本试验以龙血树(Dracaena cambodiana)、红苞喜林芋(Philodendron erubescens)、金钱树(Zamioculcas zamiifolia)和绿萝(Epipremnum aureum)四种园林植物,以及生姜(Zingiber officinale)和番薯(Ipomoea batatas)两种经济作物,共六种植物为研究对象。试验测定了叶绿素含量、叶绿素荧光参数、叶形状、生物量、生物量分配、植株相对含水量和植株生长形态等评价指标,综合评价了其在发电光伏板设置比例分别为50%、75%和100%3种遮光率光伏大棚下的适生表现的差异。主要结论如下:(1)6参试植物的叶绿素含量、叶绿素荧光参数、叶性状、生物量、生物量分配、植株相对含水量和植株生长形态在50%遮光率、75%遮光率和100%遮光率光伏大棚下均显现出统计学差异,表明植物通过改变自身生理生态学形态来适应外界光照变化,可概括为:随遮光率增加,植物通过增加叶绿素含量、提高光化学效率,增加PSII反应中心的开放比例,减少热耗散、提高电子传递速率和光能捕获率来适应弱光环境。随遮光率增加,植物通过增加叶宽、叶面积、比叶面积,减小叶厚、叶干质量比和比叶重,以获取更多的光能;而在相对强光环境下,植物会通过减小叶面积、比叶面积,增加叶厚、叶干质量比和比叶重,以避免光抑制的伤害。随遮光率增加,植物蒸腾作用减小,植株相对含水量随之下降;遮光率增加导致植物根冠比和根生物量比下降、叶生物量比和茎生物量比增加,植物通过增加地上部分的比例、减小地下部分的比例以获取更多的光照;植物生物量和生长形态的差异基本与植物生长表现的优劣成正比。(2)6种植物在不同遮光率光伏大棚下的评价指标值差异的主要表现,因植物种类不同而异。在不同遮光率光伏大棚下的差异显著性评价指标,龙血树为叶绿素荧光参数和生长形态;红苞喜林芋为生物量分配和生长形态;金钱树为叶性状;绿萝为叶绿素荧光参数和植株植株相对含水量;生姜为生物量;番薯为叶绿素荧光、生物量和叶性状。(3)在3种光伏大棚条件下种植,优选6种植物适生的遮光率,其生长优劣次序因植物种类不同而异。对于块茎类经济作物生姜和番薯,生姜适生的遮光率由好到差为:75%>50%>100%,番薯适生的遮光率由好到差为:50%>100%>75%。对于园林植物龙血树、红苞喜林芋、金钱树和绿萝,龙血树、红苞喜林芋和金钱树3种植物均表现出一致的适生表现,即由好到差为:100%>75%>50%;绿萝适生的遮光率由好到差为:为50%>75%>100%。鉴于100%遮光率的光伏大棚的发电经济效益最高,故认为龙血树、红苞喜林芋和金钱树等3种园林观赏植物可作为商品化光伏大棚内工厂生产。本文还结合试验的光伏大棚装机容量、发电量及其下的园林经济观赏植物适生表现的效益估算,对“光伏大棚+园林植物”的产业模式提出了生产指导建议。
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