光伏温室对普通白菜生长、光合作用及品质的影响

束 胜 余炅桦 陶美奇 俞 晟 孙 锦 郭世荣

（南京农业大学园艺学院，江苏南京 210095）

光伏温室对普通白菜生长、光合作用及品质的影响

束 胜 余炅桦 陶美奇 俞 晟 孙 锦 郭世荣*

（南京农业大学园艺学院，江苏南京 210095）

以普通白菜品种苏州青为试验材料，采用穴盘基质栽培方法，研究温室覆盖不同光伏组件密度对普通白菜生长、光合作用、产量及品质的影响。结果表明：50%光伏板覆盖处理的普通白菜株高、叶片数和叶面积比对照显著降低了27.34%、12.50%和22.64%，而33%光伏板覆盖处理对普通白菜生长的影响相对较小；除可溶性糖含量和可溶性蛋白含量显著下降外，光伏板覆盖（33%和50%）处理对普通白菜有机酸、硝酸盐、VC含量影响不显著，对植株气体交换参数及叶绿素a、叶绿素b含量的影响亦不显著；50%光伏板覆盖处理显著降低了普通白菜单株质量和单个穴盘产量，而33%光伏板覆盖处理与对照差异不显著。综上，33%光伏板覆盖温室可用于普通白菜栽培生产。

光伏温室；普通白菜；生长；光合作用；品质

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的一种技术（刘立功 等，2013）。近年来，将光伏发电与设施农业相结合在世界范围内得到了广泛的关注。荷兰Wageningen大学采用可反射近红外辐射（NIR）并透过光合有效辐射（PAR）的材料附着于温室玻璃上，将采光面设计为圆弧状，从而使太阳光中的近红外辐射反射汇聚到焦点中，并在焦点处安装光伏组件用于发电（魏晓明，2015）。Yano等（2007）在拱形大棚侧墙附近安装太阳能薄膜电池，结果表明光伏电力系统可用于侧窗的开启，并能满足温室内温度环境的控制。董微等（2015）研究温室棚顶布置间隔式光伏板对夏季室内环境的影响，在湿帘风机降温系统开启的条件下，覆盖光伏板后温室内透光率明显降低，且室内温度可比室外低7 ℃左右。这些研究主要集中在光伏温室设备研发及温室内环境调控方面，而对于光伏温室在作物生产上的应用效果仍处在理论研究阶段。

温室屋面覆盖非晶硅电池组件可吸收太阳辐射，将太阳能转化为电能，但其降低了温室可见光的透过率。普通白菜〔Brassica campestrisL. ssp.chinensis（L.）Makino var.communisTsen et Lee〕俗称小白菜、小青菜、小油菜，是我国南方居民喜食的主要绿叶蔬菜之一。相对于茄果类蔬菜和瓜类蔬菜，普通白菜较耐阴，其是否适合在光伏温室内生产？目前尚未有光伏温室用于叶菜类蔬菜栽培生产方面的研究报道。为此，本试验以普通白菜品种苏州青为试材，比较不同光伏组件密度覆盖下温室内普通白菜生长、光合作用、产量和品质指标，旨在找到适合普通白菜生长的最佳光伏组件布置密度和栽培方式，以期在获取高效农业、绿色发电经济效益的同时，为光伏温室在叶菜类蔬菜栽培生产上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

试验于2016年10～11月在江苏省常州市汉能基地光伏温室内进行，供试温室为单栋双屋面塑料温室，长28.8 m、宽8 m，东西走向，铂阳光伏板组件覆盖在南屋面上。

供试普通白菜品种为苏州青，购自南京绿领种业有限公司。种子经消毒、浸种、催芽后播于装有基质的32孔穴盘中，共播种288盘。温室内昼、夜温度控制在25 ℃/18 ℃，自然光照，浇清水。幼苗二叶一心时，挑选生长一致的穴盘苗，整盘移到不同光伏组件密度覆盖处理区，每处理96盘。

试验用基质为叶菜专用商品化基质，购于镇江培蕾基质科技发展有限公司；pH值6.5，EC值1.8 mS·cm-1，容重0.3 g·cm-3，总孔隙度75.2%，氮含量9.2 g·kg-1，磷4.8 g·kg-1，钾6.5 g·kg-1，钙0.42 g·kg-1，镁1.05 g·kg-1。

1.2试验方法

设置3个处理：① 33%光伏覆盖，温室屋面覆盖光伏板，占屋面的33%；② 50%光伏覆盖，温室屋面覆盖光伏板，占屋面的50%；③ 对照，温室屋面不覆盖光伏组件。处理期间，晴天一天内（8：00～18：00）室外、室内对照、33%光伏板覆盖和50%光伏板覆盖下的光照强度均值分别为800、530、390、320 μmol·m-2·s-1，而阴天一天内的光照强度均值分别为190、95、85、70 μmol·m-2·s-1。小区面积19.2 m2，3次重复，随机排列，各小区间间隔1 m。根据幼苗生长状况于晴天上午浇清水，其他管理同常规。处理20 d后，测定植株各项生长指标、生理指标及品质指标。

1.3项目测定

1.3.1 生长指标 采用直尺测定株高（根茎部到最高顶部的距离）、根长（最长根的长度）；采用叶面积/根系分析系统（Epson Expression 1680）扫描叶面积和总根长；采用电子天平测定单株质量、单个穴盘产量。

1.3.2 叶绿素含量 采用Holden（1965）的方法，取新鲜叶片0.1 g，剪碎混匀后，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，然后采用分光光度计进行比色。

1.3.3 光合作用参数 采用美国Li-Cor公司的Li-6400便携式光合仪，在晴天上午9：00～11：30测定植株从上向下数第3片完全展开叶基部的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）。测定时叶室内温度为（25±1） ℃，光量子通量密度（PPFD）为600 μmol· m-2·s-1，CO2浓度为（380±10）μmol·mol-1，相对湿度（RH）为50%（鲁莹 等，2015）。

1.3.4 品质指标 采用2，6-二氯靛酚钠盐滴定法测定VC含量；采用酸碱中和滴定法测定有机酸含量；采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用酚二磺酸比色法测定硝酸盐含量（李合生，2000）。

1.4数据处理

采用SAS 13.1软件的Duncan’s多重比较法对试验数据进行显著性测验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1不同光伏板覆盖密度对普通白菜生长的影响

从表1可以看出，50%光伏板覆盖处理的普通白菜株高、叶片数和叶面积显著下降，与对照相比分别降低了27.34%、12.50%和22.64%；而根长和总根长显著高于对照和33%光伏板覆盖处理。33%光伏板覆盖处理的株高亦显著低于对照，根长和总根长显著高于对照，但叶片数和叶面积与对照无显著差异。

2.2不同光伏板覆盖密度对普通白菜光合作用的影响

光伏板覆盖（33%和50%）条件下，普通白菜净光合速率下降，而胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率升高，但各项指标各处理间均无显著差异（表2），表明光伏板覆盖对温室内普通白菜植株气体交换参数没有明显的影响。

与对照相比，33%光伏板覆盖处理的普通白菜叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b含量及叶绿素a/b变化不大；50%光伏板覆盖处理的叶绿素a、叶绿素b含量及叶绿素a/b有所降低，但差异不显著，而叶绿素a+b含量显著下降了14.85%（表3）。

表1不同光伏板覆盖密度对普通白菜生长的影响

表2不同光伏板覆盖密度对普通白菜气体交换参数的影响

2.3不同光伏板覆盖密度对普通白菜产量和品质的影响

温室覆盖不同密度光伏板显著降低了普通白菜叶片可溶性蛋白含量和可溶性糖含量，其中50%光伏板覆盖处理降幅更大，与对照相比可溶性蛋白含量和可溶性糖含量分别下降了8.08%和40.04%；不同密度光伏板覆盖处理对有机酸、硝酸盐和VC含量影响不显著（表4）。

由图1可见，覆盖光伏板后，普通白菜单株质量和单个穴盘产量均下降，尤其是50%光伏板覆盖处理，单株质量和单个穴盘产量分别比对照显著降低了15.09%和15.08%。

表3不同光伏板覆盖密度对普通白菜光合色素含量的影响 （FW）

表4不同光伏板覆盖密度对普通白菜品质的影响

图1不同光伏板覆盖密度对普通白菜产量的影响

3 结论与讨论

光伏温室作为一种新型的设施类型，拥有传统温室不具备的优点。光伏温室既可用于发电，也可作为蔬菜作物生产的保护设施（郑丽芳，2014）。但在实际生产上如何协调两者，以获得最大的经济效益、社会效益和生态效益，成为光伏温室在农业生产应用中迫切需要解决的问题。本试验中，50%光伏板覆盖处理的普通白菜（较耐弱光植物）株高、叶面积和叶片数显著下降，根长和总根长却显著增加；33%光伏板覆盖处理对普通白菜生长的影响相对较小。说明普通白菜在较高密度（50%）光伏板覆盖下生长受到抑制，而温室覆盖一定密度（33%）的光伏板对普通白菜生长无明显影响。

叶绿素含量是反映光合强度的重要指标。叶绿素包括叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素，在光合作用过程中不仅影响光能的吸收和转化，而且能够动态调节各类叶绿素的含量以适应环境的变化，保证整个光合系统的正常运转（Plumley & Schmidt，1995）。本试验中，除50%光伏板覆盖显著降低了叶绿素a+b含量外，两种密度光伏板覆盖处理的普通白菜光合色素含量与对照相比均无显著差异，并且光伏板覆盖对净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率也未产生显著影响，说明不同光伏板覆盖密度对普通白菜光合作用的影响较小。

有机酸、VC、可溶性蛋白、硝酸盐和可溶性糖含量是反映叶菜类蔬菜品质的重要营养指标（鲁莹 等，2015）。研究表明，人体摄入的硝酸盐有81.2%来自蔬菜，虽然硝酸盐对人体的毒性较低，但其易被还原成亚硝酸盐，使人体细胞失去与氧结合的能力而缺氧中毒（陈永勤 等，2016）。本试验 中，温室覆盖光伏板显著降低了普通白菜叶片中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量，不同程度地影响了有机酸、VC和硝酸盐含量。其中，50%光伏板覆盖处理的可溶性糖含量显著低于33%光伏板覆盖处理和对照；而33%光伏板覆盖处理的有机酸、VC和硝酸盐含量与对照相比均无显著差异，且有机酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量均高于50%光伏板覆盖处理。说明50%光伏板覆盖处理降低了普通白菜的品质，而33%光伏板覆盖处理对普通白菜品质的影响相对较小。

综上所述，不同密度光伏板覆盖对普通白菜叶绿素a、叶绿素b含量和气体交换参数无显著影 响；50%光伏板覆盖下普通白菜生长受到显著抑制，且品质和产量下降；而33%光伏板覆盖处理对普通白菜生长、产量和品质的影响较小，说明该密度光伏板覆盖温室可用于普通白菜栽培生产。

陈永勤，冯勃，徐卫红，杨芸，迟荪琳，陈序根，王正银，谢德 体．2016．小白菜硝酸盐含量与光照度及氮代谢关键酶的相关性．食品科学，（13）：183-188．

董微，周增产，刘文玺，田风，刘水丽，赵鉴．2015．光伏温室室内外环境条件对比．农业工程，（5）：44-48．

李合生．2000．植物生理生化实验原理和技术．北京：高等教育出版社．

刘立功，赵连法，刘超，尹希娟，丁卓．2013．光伏太阳能温室的特点及应用前景．中国蔬菜，（15）：1-4．

鲁莹，束胜，朱为民，郭世荣．2015．外源亚精胺对硝酸钙胁迫下小白菜生长与光合作用及其品质的影响．西北植物学报，35（4）：787-792．

魏晓明．2015．光伏温室技术的发展现状与未来方向．农业工程技术，（31）：25-28．

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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

束胜，男，博士，副教授，专业方向：设施蔬菜栽培生理，E-mail：shusheng@njau.edu.cn

*通讯作者（Corresponding author）：郭世荣，教授，博士生导师，专业 方向：蔬菜生理与设施园艺，E-mail：srguo@njau.edu.cn

2017-02-15；接受日期：2017-03-03

江苏省农业科技支撑计划项目（BE2014375），现代农业产业技术体系建设专项（CARS-25-C-03），江苏省农业三新工程项目〔SXGC（2015）321，SXGC（2016）177〕