山東省光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)現(xiàn)狀及對(duì)策分析

焦 娟 徐慧媛 王 健 汪 喬 孔 怡

（泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 泰安 271000）

為了提高土地利用率，降低生產(chǎn)設(shè)施建設(shè)成本，農(nóng)戶借助南北向日光溫室的后墻，建設(shè)采光面朝北的同長度大棚，南北兩面的大棚組成連體陰陽型大棚，利用其可在南面陽棚種植蔬菜作物，在北面陰棚栽培食用菌[1-2]。近年來，利用陽棚蔬菜與陰棚食用菌在溫度、相對(duì)濕度、CO2和O2等方面的互補(bǔ)作用，同時(shí)根據(jù)季節(jié)安排品種實(shí)現(xiàn)周年生產(chǎn)，逐漸形成一種菌菜高效生產(chǎn)模式[3-4]。光伏產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)重要舉措之一，2018 年國務(wù)院發(fā)布的《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022 年）》中提出要大力發(fā)展太陽能，在國家“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略中，指出光伏成為推動(dòng)鄉(xiāng)村振興的重要著力點(diǎn)。將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)有機(jī)結(jié)合，利用光伏板下農(nóng)業(yè)設(shè)施開展菌菜陰陽棚栽培，進(jìn)一步創(chuàng)新光伏+陰陽棚菌菜生產(chǎn)模式，這種生產(chǎn)模式可以確保在光伏電站正常發(fā)電的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)低碳農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)技術(shù)模式的集成與創(chuàng)新，為農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐[5-6]，而且在耕地“非農(nóng)化”“非糧化”的政策要求下，將“光伏+菌菜生產(chǎn)”有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一地三用[7]。

目前，山東省德州、濟(jì)南、濰坊、東營、威海、菏澤、泰安等市已形成光伏產(chǎn)業(yè)集群，其中光伏農(nóng)業(yè)占50%以上，但因各種原因，導(dǎo)致光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)模式發(fā)展受到制約，其在光伏農(nóng)業(yè)中占10%以下，僅分布在濰坊、德州等市。因此，筆者以光伏陰陽棚研究為背景，總結(jié)山東省農(nóng)光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)勢和不足，以期更好地改進(jìn)光伏陰陽棚結(jié)構(gòu)和完善菌菜周年栽培模式，為加快此技術(shù)的推廣應(yīng)用提供借鑒。

1 山東省光伏陰陽棚發(fā)展概況

近年來，山東省光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，德州市、濟(jì)南市已發(fā)展成為全國重要的太陽能產(chǎn)業(yè)基地，濰坊市、東營市、威海市、菏澤市等也已形成太陽能產(chǎn)業(yè)集群。其中，泰安市被確定為國家首批分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范區(qū)，新泰市被列為全國首批沉陷區(qū)光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地?！渡綎|省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》要求聚力供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，促進(jìn)能源發(fā)展質(zhì)量變革、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、效率提升和生態(tài)環(huán)境改善，山東省以治理濟(jì)寧市、泰安市、棗莊市、菏澤市等地的采礦沉陷區(qū)為抓手，通過漁光互補(bǔ)、農(nóng)光互補(bǔ)、生態(tài)治理等融合發(fā)展模式，著重打造綜合新能源發(fā)展基地，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益全面提升。近年來，光伏食用菌大棚模式作為高效栽培模式之一，已經(jīng)在山東省即墨、莘縣、蘭陵等縣示范與推廣[8]。

2 光伏陰陽棚的主要結(jié)構(gòu)

陰陽棚有對(duì)稱型和非對(duì)稱型，但因?qū)ΨQ型陰陽棚較高的脊高影響了后棟溫室的采光，且陰陽棚中間的天溝影響了排水，為此人們摸索出最佳棚型為陰棚的脊高和跨度不超出同棟陽棚陰影區(qū)，將光伏發(fā)電組件支架設(shè)立于日光溫室北側(cè)的一定高度處，使發(fā)電組件與陽棚、陰棚內(nèi)各盡其能、互不干擾（圖1）。但這種結(jié)構(gòu)必須增加兩座溫室間的間距，以免太陽能組件支架對(duì)再建溫室遮擋[9]。一般在陰陽棚共用墻的上部、下部會(huì)設(shè)置通風(fēng)窗口，使空氣在陰陽棚之間流通以達(dá)到能量和物質(zhì)交換的目的。

圖1 光伏陰陽棚

3 光伏陰陽棚的優(yōu)勢與存在問題

3.1 優(yōu)勢

太陽能組件發(fā)電和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的跨界組合光伏陰陽棚，實(shí)現(xiàn)“棚上發(fā)電、棚下種植”的綠色低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，既推動(dòng)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，又實(shí)現(xiàn)循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，其優(yōu)勢較為顯著。

3.1.1 節(jié)約成本

有研究表明，不包括環(huán)境控制設(shè)備等輔助設(shè)施，陰陽棚的建造成本比同類結(jié)構(gòu)單體溫室增加30%～40%[10]。但更多的研究表明，光伏陰陽大棚可以減少建造成本，主要是因?yàn)殛庩柵镏虚g共用一堵墻，在不降低陽棚溫度要求條件下可適當(dāng)降低陽棚后墻的厚度，從而降低大棚建設(shè)的整體造價(jià)。蘇東屏等[11]通過對(duì)北緯40°地區(qū)20 棟溫室建造成本研究發(fā)現(xiàn)，陰陽型日光溫室比傳統(tǒng)溫室建筑材料節(jié)省二分之一，造價(jià)降低約三分之一，并顯著降低運(yùn)行能耗，改善設(shè)施環(huán)境。

3.1.2 有效提高土地利用率

光伏發(fā)電合理利用溫室上方空間，不占空地不改變土地使用性質(zhì)，不僅促進(jìn)蔬菜種植和發(fā)電的雙向收益，而且實(shí)現(xiàn)太陽能和土地資源立體高效利用的新途徑[12]。這種形式的溫室，陰棚正好利用傳統(tǒng)日光溫室后方的空地，提高日光溫室的土地利用率。傳統(tǒng)日光溫室多集中連片建設(shè)，為不影響北邊溫室的采光，兩座日光溫室之間的距離一般在5 m以上，因此此模式建造的陰棚是充分利用了兩溫室間的部分空地[13]。據(jù)測算，采用陰陽型日光溫室，溫室內(nèi)面積增加93%，比傳統(tǒng)日光溫室土地利用率提高30%以上[11]。王桂珍等[14]研究表明，陰陽型日光溫室土地利用率為80.1%，比普通日光溫室土地利用率提高了30.7%。

3.1.3 提高棚室內(nèi)溫度

陰陽棚借助同一墻體相互依靠，陰棚對(duì)陽棚具有顯著的保溫作用，陽棚內(nèi)最低氣溫比傳統(tǒng)日光溫室內(nèi)氣溫提高0.9～6 ℃，陰棚通過接受陽棚的對(duì)流散熱，可以滿足不同季節(jié)食用菌對(duì)溫度、相對(duì)濕度和通風(fēng)等要求。王世通等[1]研究表明，1 月陽棚6：00的平均氣溫比普通日光溫室高2.1 ℃，4月比普通日光溫室高0.9 ℃。周長吉等[15]研究發(fā)現(xiàn)，陰陽棚的陽棚平均溫度比傳統(tǒng)溫室提高5.9 ℃，陰棚平均溫度比室外高5 ℃。此外，陰棚栽培的食用菌還可以為陽棚蔬菜生長提供二氧化碳，促進(jìn)陽棚蔬菜生長，在一定程度上提升陰陽棚菌菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

3.1.4 提高經(jīng)濟(jì)效益

光伏生產(chǎn)的電能除了供溫室升溫、通風(fēng)、補(bǔ)光、澆灌以及棚內(nèi)環(huán)境監(jiān)測等所需，剩余的電能還可以并網(wǎng)輸出。據(jù)估算，1 m2的太陽能電池板1 個(gè)小時(shí)可產(chǎn)生0.14～0.15 kW·h電，剩余電輸出，可進(jìn)一步提高光伏陰陽棚的附加值。另外，光伏陰陽棚的全框架支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，外觀設(shè)計(jì)美觀，具有較高的觀光價(jià)值，與園區(qū)景觀、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境等各要素互相組合，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)+采摘旅游的有機(jī)結(jié)合，可以額外增加旅游收入[12]。

3.2 實(shí)施過程中存在問題

光伏菌菜陰陽棚的應(yīng)用在我國尚處于初步發(fā)展階段，特別是對(duì)陰陽棚的建造工藝、菌菜高效栽培模式、環(huán)控措施及能量交換、產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的研究還比較少，目前山東省實(shí)施光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)中亦存在較多問題。一是光伏陰陽棚雖然可實(shí)現(xiàn)菌菜一體化生產(chǎn)，但缺乏菌菜和諧共生條件的技術(shù)參數(shù)支撐；菌菜生產(chǎn)品種單一，周年生產(chǎn)困難，光伏棚周年利用率低，生產(chǎn)成本高，土地綜合收益少；光伏陰陽棚內(nèi)菌菜生產(chǎn)各自獨(dú)立，菌渣廢棄嚴(yán)重，未能形成菌菜循環(huán)高效生產(chǎn)。二是光伏陰陽棚作為光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的附屬設(shè)施，受栽培條件限制，如水澆條件等影響，無法提供菌菜和諧共生的優(yōu)化條件，同時(shí)發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的地區(qū)位置比較偏遠(yuǎn)，運(yùn)輸、產(chǎn)品儲(chǔ)存受影響，甚至部分地區(qū)未進(jìn)行可行性評(píng)估，盲目發(fā)展該產(chǎn)業(yè)造成一定經(jīng)濟(jì)損失。三是光伏菌菜生產(chǎn)作為一種新興的集約化、規(guī)?；r(nóng)業(yè)形式，相較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)其生產(chǎn)管理水平、從業(yè)人員技能素質(zhì)、科技支撐能力等未達(dá)到新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，同時(shí)該產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存在產(chǎn)業(yè)模式不完善、產(chǎn)業(yè)鏈延伸不足、一二三產(chǎn)融合不足等問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的提質(zhì)增效。四是光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)光互補(bǔ)，將綠色能源產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)發(fā)展緊密融合，也是落實(shí)“雙碳”政策的有效途徑，但圍繞產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展中還存在著政府引導(dǎo)不強(qiáng)、科學(xué)規(guī)劃不高、企業(yè)帶動(dòng)不足、科技支撐不夠、金融服務(wù)不完善等問題，亟須整合資源聚集發(fā)展優(yōu)勢，助力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

4 對(duì)策與建議

4.1 加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，建立光伏陰陽棚菌菜高效生產(chǎn)模式

圍繞山東省光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)的主產(chǎn)區(qū)及生產(chǎn)中急需攻克的技術(shù)難題，充分調(diào)動(dòng)山東省的科研資源力量，重點(diǎn)對(duì)高效光伏菌菜陰陽棚的設(shè)計(jì)、適宜光伏陰陽棚生產(chǎn)的菌菜品種的篩選、菌菜周年生產(chǎn)循環(huán)生產(chǎn)模式、菌渣循環(huán)利用等方面，進(jìn)行科技攻關(guān)、示范推廣，制定出經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、易于推廣的光伏菌菜陰陽棚的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，建立光伏陰陽棚菌菜高效生產(chǎn)模式，并推廣應(yīng)用，逐步形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展格局。

4.2 因地制宜，合理發(fā)展光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)模式

光伏設(shè)施多設(shè)在交通不太便利、地形多為丘陵、水澆條件不夠且不易發(fā)展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的地區(qū)。采用“棚頂發(fā)電、棚下菌菜”的生產(chǎn)模式，將光伏陰陽棚菌菜栽培和光伏發(fā)電完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)土地利用方式的創(chuàng)新，在不改變土地性質(zhì)的同時(shí)，大大提高土地利用率，增加收益[16]。由于菌菜是高需水植物和菌物，所以缺乏水澆條件的地區(qū)不宜發(fā)展該產(chǎn)業(yè)。另外，菌菜的保鮮期和貨架期較短，所以在偏遠(yuǎn)交通不便的地區(qū)也不宜發(fā)展該生產(chǎn)模式。因此，各地區(qū)在發(fā)展光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)前，應(yīng)進(jìn)行充分地實(shí)地調(diào)研和可行性論證，因地制宜，科學(xué)發(fā)展光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)模式。

4.3 拓寬思路，促進(jìn)一二三產(chǎn)深度融合

與傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)相比，光伏陰陽棚菌菜生產(chǎn)對(duì)經(jīng)營管理人員能力、生產(chǎn)勞動(dòng)者素質(zhì)技能、光伏陰陽棚維護(hù)人員能力等方面要求更高，科技投入也更多。為確保該產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，一是要拓寬工作思路，切實(shí)強(qiáng)化主體責(zé)任、提升管理水平、培養(yǎng)高素質(zhì)人才隊(duì)伍、提高科技支撐、探索創(chuàng)新經(jīng)營模式，促使光伏陰陽棚菌菜不僅種得上、管得好、賣得出，還要收益高。二是進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)模式，形成以光伏農(nóng)業(yè)綜合體為載體，實(shí)現(xiàn)新能源利用、高效農(nóng)業(yè)種植、鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興、休閑農(nóng)業(yè)旅游等一二三產(chǎn)聯(lián)動(dòng)發(fā)展模式，做強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈、優(yōu)化價(jià)值鏈和提升創(chuàng)新鏈，實(shí)現(xiàn)光伏陰陽棚菌菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展提質(zhì)增效，切實(shí)發(fā)揮該產(chǎn)業(yè)在助力鄉(xiāng)村振興的作用。

4.4 形成合力，推動(dòng)光伏陰陽棚菌菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

促進(jìn)該產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，應(yīng)高度重視創(chuàng)新要素的有效集聚和優(yōu)化配置。政府、企業(yè)、高校、科研院所、金融等各部門需形成工作合力，通過加強(qiáng)惠農(nóng)政策支持、發(fā)揮龍頭企業(yè)帶動(dòng)、強(qiáng)化人才培養(yǎng)、加大技術(shù)支持、改善金融服務(wù)、提高服務(wù)能力等舉措，促進(jìn)創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資金鏈和人才鏈的深度融合，切實(shí)推動(dòng)光伏陰陽棚菌菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。