光伏農(nóng)業(yè)“藥光互補”模式中耐陰中藥材品種選擇

郝心悅，許 濤，于遠航，莊心情，武淑娟，張 怡

（華北理工大學，a.中醫(yī)學院；b.電氣工程學院，河北 唐山 063210）

在推動碳達峰、碳中和戰(zhàn)略和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的背景下，國家和地方政府都在積極推進“新能源+鄉(xiāng)村振興”和“光伏+鄉(xiāng)村振興”。2022 年1 月6 日，國家能源局、農(nóng)村農(nóng)業(yè)部和國家鄉(xiāng)村振興局聯(lián)合頒發(fā)了《加快農(nóng)村能源發(fā)展助力鄉(xiāng)村振興的實施意見》，鞏固光伏扶貧工程成效。

耐陰性植物的種植在清潔能源建設與環(huán)境保護的有機結(jié)合中發(fā)揮重要作用，但傳統(tǒng)的植物種植在經(jīng)濟效益上存在一定的劣勢。本研究創(chuàng)造性地提出將耐陰性中藥與光伏發(fā)電技術結(jié)合，既能推進清潔能源建設，防治水土流失，又能提高經(jīng)濟效益。

中國光能資源豐富卻分布不均，各地氣候差異明顯，單一的中藥作物顯然無法滿足各區(qū)光伏工程的需求。本研究充分分析各種耐陰性中藥植物，根據(jù)其對溫度、濕度、降水和土壤等條件的要求綜合分析，將光伏扶貧工程重點區(qū)域按照地形和氣候大致劃分為東部、中部、西南部地區(qū)進行單獨論述。

1 東部、中部平原地區(qū)

東部、中部地區(qū)氣候差異較小，大部分作物可以引種栽培，中、東部地區(qū)的氣候和土壤條件相似，降水集中在夏季，土壤大多為沙質(zhì)土壤。根據(jù)文獻及調(diào)查研究，本研究總結(jié)出了適合在東部、中部地區(qū)與光伏發(fā)電相耦合的藥用植物。

1.1 板藍根

板藍根（Isatis tinctoria）作為東部、中部地區(qū)常見的二年生草本植物，喜溫暖，耐寒，全國各地均有種植，主產(chǎn)地為河北省安國市、江蘇省南通市。板藍根適宜在中等強度的光照下生長發(fā)育［1］，張勁松等［2］的研究發(fā)現(xiàn)過高的光合有效輻射強度會引發(fā)光抑制，造成板藍根葉片的光合作用下降。同樣有研究說明，在生長中期57.4%的郁閉度更有利于板藍根的生長［3］。

1.2 半夏

半夏［Pinellia ternata（Thunb.）Ten.ex Breitenb.］作為常見的植物性中藥，需求量大且野生半夏供給有限，適合人工種植。半夏喜溫耐陰喜濕，多種植在營養(yǎng)物質(zhì)豐富的沙質(zhì)土壤中，適應性強，廣泛分布在東北、華北及長江流域［4］，在國家劃出的光伏扶貧重點實施范圍中，河北省、遼寧省、吉林省、安徽省等地屬于溫帶季風性氣候，光照、溫度、降水量均符合標準且已有大范圍種植。張麗霞［5］在貴州省的研究中發(fā)現(xiàn)全光照處理下，半夏倒苗狀況明顯，99%遮陰下不利于其光合作用，但在遮陰95%處理下，半夏葉面積、葉綠素相對含量及葉片可溶性糖含量和不定根數(shù)量達到最高。孟祥海等［6］在陜關中地區(qū)進行半夏盆栽試驗，研究表明遮陰55%相較于遮陰80%，半夏產(chǎn)量及珠芽鮮重均有提升。薛建平等［7］在淮北的試驗中，研究發(fā)現(xiàn)70%遮陰下半夏塊莖鮮重及葉綠素熒光特征表現(xiàn)明顯優(yōu)于90%遮陰條件。由此可知，半夏的強適應性支持其在光伏扶貧產(chǎn)業(yè)中廣泛種植以配合光伏發(fā)電，但不同地區(qū)、不同水土條件下，半夏對于遮陰條件要求不同，必須根據(jù)當?shù)貙嶋H情況靈活調(diào)整。

2 西南部高原地區(qū)

高原地區(qū)主要包括西藏、青海等位于中國西南部的大部分地區(qū)，光照充足，降水地區(qū)差異較大。中藥種植可根據(jù)當?shù)販囟取穸?、地形及排水狀況等合理選擇。

2.1 黃連

黃連（Coptis chinensisFranch.）原生于海拔1 500 m的山地地區(qū)［8］，曾引種栽培于江蘇省［9］、吉林?。?0］兩地，與原產(chǎn)地氣候、土壤差異很大，但兩地收獲后，測定其有效成分小檗堿符合藥典標準，說明黃連具有很強的適應性。尹麗等［11］的研究表明，三年生黃連在45%遮陰率下，小檗堿的含量最高。黃連可在眾多環(huán)境氣候下生存，與光伏工程扶貧地區(qū)存在高度重合，主要種植于四川省，因此，本研究認為黃連可作為與光伏工程共生的草本植物之一。

2.2 天麻

天麻（Gastrodia elataBl.）為常用名貴中藥材，具有避光性，喜歡涼爽潮濕的環(huán)境［12］。野生天麻產(chǎn)量日益稀少，人工栽培天麻已初具規(guī)模，據(jù)研究，西南地區(qū)天麻素和羥基苯甲醇的總含量較西北、華中地區(qū)高［13］。楊婧等［14］的研究發(fā)現(xiàn)，在1 900 m 海拔范圍內(nèi)，紅天麻的有效成分最高，雜交天麻適合種植在1 600 m 的海拔范圍內(nèi)。同時有學者研究指出，相近緯度下，低海拔地區(qū)溫度高則會抑制天麻中消化酶的活性，蜜環(huán)菌胞外酶活性隨溫度的升高先增加后降低，溫度升高可能會破壞其共生關系［15］。綜合來看，天麻具有在西南地區(qū)發(fā)展藥光互補產(chǎn)業(yè)的潛力。

2.3 靈芝

靈芝［Ganoderma lucidum（Curtis）P. Karst.］自古便是名貴中藥材。靈芝為木腐生菌，多見于落葉闊葉林的枯木和樹樁上，由于其市場青睞度較高，人工培育不在少數(shù)，段木或其他糧食作物秸稈均可作為靈芝的栽種原料［16］。金鑫等［17］研究發(fā)現(xiàn)70%遮陰率下，靈芝的原基時間提前，活性氧積累較少，酶活性最高，有利于靈芝生長。袁學軍等［18］的試驗得出了類似的結(jié)論，中等光照有利于靈芝多糖和三萜的合成，同時靈芝的人工種植主要集中在東部、中部及南部地區(qū)，可在適當情況下與光伏發(fā)電結(jié)合。在光伏扶貧重點實施范圍中，段木栽培可在安徽省、東北三省、四川省、貴州省等地實施，在河南省、河北省可代料栽培，配合光伏發(fā)電形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

2.4 川貝母

川貝母（Fritillaria cirrhosaD.Don）耐寒喜溫涼，喜蔭蔽，降水量在700 mm 以上最宜，以土層深厚富含腐殖質(zhì)的沙土最佳［19］，根據(jù)《中國藥材產(chǎn)地生態(tài)適宜性區(qū)劃》，川貝母適合生長在海拔2 700～4 500 m的廣大高原地區(qū)［20］。王娟娟等［21］基于Maxent 和ArcGIS 預測出川貝母的潛在適宜分布區(qū)在四川省西南部、云南省西北部及西藏自治區(qū)的東南部等地區(qū)，更加驗證了這一點。光伏扶貧工程重點實施范圍中，四川的阿壩、西藏的林芝和日喀則也是川貝母的適宜分布區(qū)。李西文等［22］的研究表明，遮陰后川貝母光合效率增加了31.1%，有效光反應光強域值增加了331.5 μmol/（m2·s），提高了川貝母對光合作用的利用效率，也在一定程度上避免了強光對光合機構的破壞。同時有研究發(fā)現(xiàn)，川貝母、暗紫貝母等需精細化管理，根據(jù)其生長年限進行遮光度的調(diào)整，前3 年需要保證遮光率在30%～70%［23-25］，靈活根據(jù)天氣、日照情況進行實時調(diào)整更能促進植株生長。而馬靖等［24，26］提出3 年以上的川貝母需適量提高光照強度，傳統(tǒng)遮陰棚仍需人力進行調(diào)整，耗材多，弊端明顯。本研究則認為可以通過光伏發(fā)電設備的自動化、智能化加以改善，循環(huán)利用設備，減少棚網(wǎng)耗材，清潔環(huán)境的同時加快川貝母種植科學化、規(guī)范化。

2.5 魚腥草

魚腥草（Houttuynia cordataThunb.）作為常見的藥食同源中藥材，喜溫喜濕，耐旱耐澇，適應性較強，廣泛分布于中國中部、東南及西南各省區(qū)。齊帥等［27］基于Maxent 模型預測出魚腥草在中國的潛在適生區(qū)隨著氣候變暖將逐漸擴大。遮陰率為40%時，土壤單位面積地上部分產(chǎn)量最高，地下部分產(chǎn)量降低，揮發(fā)油含量降低，但地上、地下總黃酮成分差異不大［28］。石文婷［29］的研究發(fā)現(xiàn)60%以下的遮陰率與全光照對揮發(fā)油的影響類似。魚腥草食用多為地下根莖，但常以全草入藥。對藥用魚腥草可進行適當?shù)恼诠馓幚?，以靈活適應市場，提高經(jīng)濟效益。

2.6 絞股藍

絞股藍［Gynostemma pentaphyllum（Thunb.）Makino］為多年生草質(zhì)攀援性藤本植物，屬葫蘆科絞股藍屬，喜溫濕、不耐旱，主要分布在長江以南地區(qū)［30］。研究表明，棚網(wǎng)70%遮陰率下絞股藍葉面積增大，葉綠素含量上升，具有陰生植物葉特點，這種特點比全日照下的中生葉結(jié)構特征的絞股藍凈光合速率高［31］，且光照強度為100 μmol/（m2·s）條件下，20 ℃/30 ℃變溫處理的環(huán)境有利于絞股藍生物量和總皂苷含量的增加［32］，綜合來看，絞股藍具備參與光伏發(fā)電的特性。同時邵周玲等［33］基于MaxEnt 模型預測絞股藍生長的極適宜區(qū)和高適宜區(qū)主要分布在云南東北部、長江中下游平原四川盆地西南邊緣、大巴山-武陵山山區(qū)及雅魯藏布江谷地及周圍地區(qū)。絞股藍對豐富四川省、云南省、西藏自治區(qū)光伏扶貧工程的作物選擇大有裨益。

3 討論

光伏扶貧項目是中國一項福利性社會工程，在“雙碳”的大背景下，國家不斷出臺政策在電價、光伏發(fā)電項目國家補貼競價等方面予以支持［34］。截至2019 年底，中國全面完成光伏扶貧建設任務，建成光伏電站2 636 萬kW，受益農(nóng)戶達415 萬戶。但光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展良莠不齊，農(nóng)村電網(wǎng)管理是分布式屋頂光伏電站發(fā)電，基本是自產(chǎn)自銷，供大于求，產(chǎn)業(yè)化比例較低［35］，而且部分發(fā)電設備占用耕地，影響農(nóng)村居民的積極性，也阻滯光伏扶貧的發(fā)展。

為鞏固光伏扶貧成果，本研究依據(jù)各地地理情況選取最適宜的耐陰中藥材，耐陰中藥材通過光伏組件的鋪設改善生長環(huán)境，光伏發(fā)電與傳統(tǒng)溫室大棚結(jié)合，探索出一條可持續(xù)發(fā)展的新型高科技農(nóng)業(yè)生態(tài)建設道路。不僅有助于“雙碳”新問題的推進，而且可以促進光伏企業(yè)產(chǎn)業(yè)技術、管理能力的全面升級，增加光伏產(chǎn)業(yè)成果，為世界范圍內(nèi)的能源貧困提供新示范。