光伏溫室對普通白菜生長、光合作用及品質(zhì)的影響

束 勝 余炅樺 陶美奇 俞 晟 孫 錦 郭世榮

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇南京 210095）

光伏溫室對普通白菜生長、光合作用及品質(zhì)的影響

束 勝 余炅樺 陶美奇 俞 晟 孫 錦 郭世榮*

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇南京 210095）

以普通白菜品種蘇州青為試驗材料，采用穴盤基質(zhì)栽培方法，研究溫室覆蓋不同光伏組件密度對普通白菜生長、光合作用、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：50%光伏板覆蓋處理的普通白菜株高、葉片數(shù)和葉面積比對照顯著降低了27.34%、12.50%和22.64%，而33%光伏板覆蓋處理對普通白菜生長的影響相對較?。怀扇苄蕴呛亢涂扇苄缘鞍缀匡@著下降外，光伏板覆蓋（33%和50%）處理對普通白菜有機酸、硝酸鹽、VC含量影響不顯著，對植株氣體交換參數(shù)及葉綠素a、葉綠素b含量的影響亦不顯著；50%光伏板覆蓋處理顯著降低了普通白菜單株質(zhì)量和單個穴盤產(chǎn)量，而33%光伏板覆蓋處理與對照差異不顯著。綜上，33%光伏板覆蓋溫室可用于普通白菜栽培生產(chǎn)。

光伏溫室；普通白菜；生長；光合作用；品質(zhì)

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)（劉立功 等，2013）。近年來，將光伏發(fā)電與設(shè)施農(nóng)業(yè)相結(jié)合在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。荷蘭Wageningen大學(xué)采用可反射近紅外輻射（NIR）并透過光合有效輻射（PAR）的材料附著于溫室玻璃上，將采光面設(shè)計為圓弧狀，從而使太陽光中的近紅外輻射反射匯聚到焦點中，并在焦點處安裝光伏組件用于發(fā)電（魏曉明，2015）。Yano等（2007）在拱形大棚側(cè)墻附近安裝太陽能薄膜電池，結(jié)果表明光伏電力系統(tǒng)可用于側(cè)窗的開啟，并能滿足溫室內(nèi)溫度環(huán)境的控制。董微等（2015）研究溫室棚頂布置間隔式光伏板對夏季室內(nèi)環(huán)境的影響，在濕簾風(fēng)機降溫系統(tǒng)開啟的條件下，覆蓋光伏板后溫室內(nèi)透光率明顯降低，且室內(nèi)溫度可比室外低7 ℃左右。這些研究主要集中在光伏溫室設(shè)備研發(fā)及溫室內(nèi)環(huán)境調(diào)控方面，而對于光伏溫室在作物生產(chǎn)上的應(yīng)用效果仍處在理論研究階段。

溫室屋面覆蓋非晶硅電池組件可吸收太陽輻射，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，但其降低了溫室可見光的透過率。普通白菜〔Brassica campestrisL. ssp.chinensis（L.）Makino var.communisTsen et Lee〕俗稱小白菜、小青菜、小油菜，是我國南方居民喜食的主要綠葉蔬菜之一。相對于茄果類蔬菜和瓜類蔬菜，普通白菜較耐陰，其是否適合在光伏溫室內(nèi)生產(chǎn)？目前尚未有光伏溫室用于葉菜類蔬菜栽培生產(chǎn)方面的研究報道。為此，本試驗以普通白菜品種蘇州青為試材，比較不同光伏組件密度覆蓋下溫室內(nèi)普通白菜生長、光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)，旨在找到適合普通白菜生長的最佳光伏組件布置密度和栽培方式，以期在獲取高效農(nóng)業(yè)、綠色發(fā)電經(jīng)濟效益的同時，為光伏溫室在葉菜類蔬菜栽培生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2016年10～11月在江蘇省常州市漢能基地光伏溫室內(nèi)進行，供試溫室為單棟雙屋面塑料溫室，長28.8 m、寬8 m，東西走向，鉑陽光伏板組件覆蓋在南屋面上。

供試普通白菜品種為蘇州青，購自南京綠領(lǐng)種業(yè)有限公司。種子經(jīng)消毒、浸種、催芽后播于裝有基質(zhì)的32孔穴盤中，共播種288盤。溫室內(nèi)晝、夜溫度控制在25 ℃/18 ℃，自然光照，澆清水。幼苗二葉一心時，挑選生長一致的穴盤苗，整盤移到不同光伏組件密度覆蓋處理區(qū)，每處理96盤。

試驗用基質(zhì)為葉菜專用商品化基質(zhì)，購于鎮(zhèn)江培蕾基質(zhì)科技發(fā)展有限公司；pH值6.5，EC值1.8 mS·cm-1，容重0.3 g·cm-3，總孔隙度75.2%，氮含量9.2 g·kg-1，磷4.8 g·kg-1，鉀6.5 g·kg-1，鈣0.42 g·kg-1，鎂1.05 g·kg-1。

1.2試驗方法

設(shè)置3個處理：① 33%光伏覆蓋，溫室屋面覆蓋光伏板，占屋面的33%；② 50%光伏覆蓋，溫室屋面覆蓋光伏板，占屋面的50%；③ 對照，溫室屋面不覆蓋光伏組件。處理期間，晴天一天內(nèi)（8：00～18：00）室外、室內(nèi)對照、33%光伏板覆蓋和50%光伏板覆蓋下的光照強度均值分別為800、530、390、320 μmol·m-2·s-1，而陰天一天內(nèi)的光照強度均值分別為190、95、85、70 μmol·m-2·s-1。小區(qū)面積19.2 m2，3次重復(fù)，隨機排列，各小區(qū)間間隔1 m。根據(jù)幼苗生長狀況于晴天上午澆清水，其他管理同常規(guī)。處理20 d后，測定植株各項生長指標(biāo)、生理指標(biāo)及品質(zhì)指標(biāo)。

1.3項目測定

1.3.1 生長指標(biāo) 采用直尺測定株高（根莖部到最高頂部的距離）、根長（最長根的長度）；采用葉面積/根系分析系統(tǒng)（Epson Expression 1680）掃描葉面積和總根長；采用電子天平測定單株質(zhì)量、單個穴盤產(chǎn)量。

1.3.2 葉綠素含量 采用Holden（1965）的方法，取新鮮葉片0.1 g，剪碎混勻后，加入10 mL混合提取液（乙醇∶丙酮∶水=4.5V∶4.5V∶1V），于黑暗中浸提24 h，然后采用分光光度計進行比色。

1.3.3 光合作用參數(shù) 采用美國Li-Cor公司的Li-6400便攜式光合儀，在晴天上午9：00～11：30測定植株從上向下數(shù)第3片完全展開葉基部的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細胞間隙CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。測定時葉室內(nèi)溫度為（25±1） ℃，光量子通量密度（PPFD）為600 μmol· m-2·s-1，CO2濃度為（380±10）μmol·mol-1，相對濕度（RH）為50%（魯瑩 等，2015）。

1.3.4 品質(zhì)指標(biāo) 采用2，6-二氯靛酚鈉鹽滴定法測定VC含量；采用酸堿中和滴定法測定有機酸含量；采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用酚二磺酸比色法測定硝酸鹽含量（李合生，2000）。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SAS 13.1軟件的Duncan’s多重比較法對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性測驗（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1不同光伏板覆蓋密度對普通白菜生長的影響

從表1可以看出，50%光伏板覆蓋處理的普通白菜株高、葉片數(shù)和葉面積顯著下降，與對照相比分別降低了27.34%、12.50%和22.64%；而根長和總根長顯著高于對照和33%光伏板覆蓋處理。33%光伏板覆蓋處理的株高亦顯著低于對照，根長和總根長顯著高于對照，但葉片數(shù)和葉面積與對照無顯著差異。

2.2不同光伏板覆蓋密度對普通白菜光合作用的影響

光伏板覆蓋（33%和50%）條件下，普通白菜凈光合速率下降，而胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率升高，但各項指標(biāo)各處理間均無顯著差異（表2），表明光伏板覆蓋對溫室內(nèi)普通白菜植株氣體交換參數(shù)沒有明顯的影響。

與對照相比，33%光伏板覆蓋處理的普通白菜葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b含量及葉綠素a/b變化不大；50%光伏板覆蓋處理的葉綠素a、葉綠素b含量及葉綠素a/b有所降低，但差異不顯著，而葉綠素a+b含量顯著下降了14.85%（表3）。

表1不同光伏板覆蓋密度對普通白菜生長的影響

表2不同光伏板覆蓋密度對普通白菜氣體交換參數(shù)的影響

2.3不同光伏板覆蓋密度對普通白菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

溫室覆蓋不同密度光伏板顯著降低了普通白菜葉片可溶性蛋白含量和可溶性糖含量，其中50%光伏板覆蓋處理降幅更大，與對照相比可溶性蛋白含量和可溶性糖含量分別下降了8.08%和40.04%；不同密度光伏板覆蓋處理對有機酸、硝酸鹽和VC含量影響不顯著（表4）。

由圖1可見，覆蓋光伏板后，普通白菜單株質(zhì)量和單個穴盤產(chǎn)量均下降，尤其是50%光伏板覆蓋處理，單株質(zhì)量和單個穴盤產(chǎn)量分別比對照顯著降低了15.09%和15.08%。

表3不同光伏板覆蓋密度對普通白菜光合色素含量的影響 （FW）

表4不同光伏板覆蓋密度對普通白菜品質(zhì)的影響

圖1不同光伏板覆蓋密度對普通白菜產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

光伏溫室作為一種新型的設(shè)施類型，擁有傳統(tǒng)溫室不具備的優(yōu)點。光伏溫室既可用于發(fā)電，也可作為蔬菜作物生產(chǎn)的保護設(shè)施（鄭麗芳，2014）。但在實際生產(chǎn)上如何協(xié)調(diào)兩者，以獲得最大的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，成為光伏溫室在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中迫切需要解決的問題。本試驗中，50%光伏板覆蓋處理的普通白菜（較耐弱光植物）株高、葉面積和葉片數(shù)顯著下降，根長和總根長卻顯著增加；33%光伏板覆蓋處理對普通白菜生長的影響相對較小。說明普通白菜在較高密度（50%）光伏板覆蓋下生長受到抑制，而溫室覆蓋一定密度（33%）的光伏板對普通白菜生長無明顯影響。

葉綠素含量是反映光合強度的重要指標(biāo)。葉綠素包括葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素，在光合作用過程中不僅影響光能的吸收和轉(zhuǎn)化，而且能夠動態(tài)調(diào)節(jié)各類葉綠素的含量以適應(yīng)環(huán)境的變化，保證整個光合系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)（Plumley & Schmidt，1995）。本試驗中，除50%光伏板覆蓋顯著降低了葉綠素a+b含量外，兩種密度光伏板覆蓋處理的普通白菜光合色素含量與對照相比均無顯著差異，并且光伏板覆蓋對凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率也未產(chǎn)生顯著影響，說明不同光伏板覆蓋密度對普通白菜光合作用的影響較小。

有機酸、VC、可溶性蛋白、硝酸鹽和可溶性糖含量是反映葉菜類蔬菜品質(zhì)的重要營養(yǎng)指標(biāo)（魯瑩 等，2015）。研究表明，人體攝入的硝酸鹽有81.2%來自蔬菜，雖然硝酸鹽對人體的毒性較低，但其易被還原成亞硝酸鹽，使人體細胞失去與氧結(jié)合的能力而缺氧中毒（陳永勤 等，2016）。本試驗 中，溫室覆蓋光伏板顯著降低了普通白菜葉片中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量，不同程度地影響了有機酸、VC和硝酸鹽含量。其中，50%光伏板覆蓋處理的可溶性糖含量顯著低于33%光伏板覆蓋處理和對照；而33%光伏板覆蓋處理的有機酸、VC和硝酸鹽含量與對照相比均無顯著差異，且有機酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量均高于50%光伏板覆蓋處理。說明50%光伏板覆蓋處理降低了普通白菜的品質(zhì)，而33%光伏板覆蓋處理對普通白菜品質(zhì)的影響相對較小。

綜上所述，不同密度光伏板覆蓋對普通白菜葉綠素a、葉綠素b含量和氣體交換參數(shù)無顯著影 響；50%光伏板覆蓋下普通白菜生長受到顯著抑制，且品質(zhì)和產(chǎn)量下降；而33%光伏板覆蓋處理對普通白菜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響較小，說明該密度光伏板覆蓋溫室可用于普通白菜栽培生產(chǎn)。

陳永勤，馮勃，徐衛(wèi)紅，楊蕓，遲蓀琳，陳序根，王正銀，謝德 體．2016．小白菜硝酸鹽含量與光照度及氮代謝關(guān)鍵酶的相關(guān)性．食品科學(xué)，（13）：183-188．

董微，周增產(chǎn)，劉文璽，田風(fēng)，劉水麗，趙鑒．2015．光伏溫室室內(nèi)外環(huán)境條件對比．農(nóng)業(yè)工程，（5）：44-48．

李合生．2000．植物生理生化實驗原理和技術(shù)．北京：高等教育出版社．

劉立功，趙連法，劉超，尹希娟，丁卓．2013．光伏太陽能溫室的特點及應(yīng)用前景．中國蔬菜，（15）：1-4．

魯瑩，束勝，朱為民，郭世榮．2015．外源亞精胺對硝酸鈣脅迫下小白菜生長與光合作用及其品質(zhì)的影響．西北植物學(xué)報，35（4）：787-792．

魏曉明．2015．光伏溫室技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來方向．農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，（31）：25-28．

鄭麗芳．2014．光伏太陽能板在溫室屋面的使用前景．農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，（7）：52-53．

Holden M．1965．Chlorophylls//Goodwin T W．Chemistry and biochemistry of plant pigments．London：Academic Press：461-488．

Plumley F G，Schmidt G W．1995．Light-harvesting chlorophyll a/b complexes：interdependent pigment synthesis and protein assembly． The Plant Cell，7：689-704．

Yano A，Tsuchiya K，Nishi K，Moriyama T，Ideo O．2007．Development of a greenhouse side-ventilation controller driven by photovoltaic energy．Biosystems Engineering，4：633-641．

Effects of Photovoltaic Greenhouse on Growth，Photosynthesis and Quality of Pakchoi

SHU Sheng，YU Jiong-hua，TAO Mei-qi，YU Sheng，SUN Jin，GUO Shi-rong*

（CollegeofHorticulture，NanjingAgriculturalUniversity，Nanjing210095，Jiangsu，China）

Taking pakchoi〔Brassica campestrisL. ssp.chinensis（L.）Makino var.communisTsen et Lee〕cultivar‘Suzhouqing’as experiment material，this paper studied the effects of different photovoltaic panel layout density on growth，photosynthesis，yield and quality of pakchoi by plug substrate culture method．The result showed that photovoltaic greenhouse with 50% panel cover could significantly decrease the plant height，leaf number and leaf areas of pakchoi by 27.34%，12.50% and 22.64%，respectively．While with 33% photovoltaic panel cover，there were relatively smaller influence on the growth of pakchoi．Besides the significant decrease of soluble sugar and soluble protein contents，there were no significant effects on organic acid，nitrate，VC content by treatments of 33% or 50% photovoltaic panel cover．There were neither significant influences on plant gas exchange and contents of chlorophyll a and chlorophyll b．The weight per plant and the yield per plug of pakchoi were decreased by photovoltaic greenhouse with 50% panel cover，but no remarkable differences between treatment with 33% photovoltaic panel cover and the CK．These results suggest that greenhouse with 33% photovoltaic panel cover could be used to produce pakchoi．

Photovoltaic greenhouse；Pakchoi；Growth；Photosynthesis；Quality

束勝，男，博士，副教授，專業(yè)方向：設(shè)施蔬菜栽培生理，E-mail：shusheng@njau.edu.cn

*通訊作者（Corresponding author）：郭世榮，教授，博士生導(dǎo)師，專業(yè) 方向：蔬菜生理與設(shè)施園藝，E-mail：srguo@njau.edu.cn

2017-02-15；接受日期：2017-03-03

江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐計劃項目（BE2014375），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-25-C-03），江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程項目〔SXGC（2015）321，SXGC（2016）177〕