如何實現(xiàn)光伏大棚農(nóng)光效益雙豐收？

廣闊農(nóng)村機遇無限-----光伏與農(nóng)業(yè)相結(jié)合本來是一件特別好的事，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)可以迎來巨大的發(fā)展機會，光伏可以有更多的利用空間。但是筆者觀察到的卻不是憧憬中的那么美麗。某設(shè)計院設(shè)計的河南某山地食用菌生產(chǎn)基地，其實就是假借種蘑菇圈了一大片山地。某國企江蘇的1000畝農(nóng)業(yè)大棚已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電，但是大棚地下卻是野草…… 西北的地面電站的配額審批越來越難，并網(wǎng)后限電越來越嚴(yán)重。2013年以來大型項目漸漸往中東部傾斜。假借農(nóng)業(yè)項目圈地的情況越來越多，其中90%的項目是按“種蘑菇”申報的。造成這種現(xiàn)象的原因主要是，搞光伏和搞農(nóng)業(yè)跨界太大，大部分光伏人都不懂農(nóng)業(yè)。大家片面的認(rèn)為“種蘑菇”可以不用考慮光照，電池組件可以滿鋪，是非常適合光伏的“傻瓜農(nóng)業(yè)”。 國家對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的定義是:物理技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有機結(jié)合，利用具有生物效應(yīng)的電、光、磁、熱等物理技術(shù)操控動植物的生活環(huán)境及其生長發(fā)育，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)擺脫對農(nóng)藥、肥料、抗生素的依賴。更加重要的是拜托自然環(huán)境的束縛?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的核心是環(huán)境安全型農(nóng)業(yè)，即環(huán)境安全型畜禽舍，環(huán)境安全型溫室。 1.1什么是溫室、大棚 溫室是以采光覆蓋材料作為全部或部分圍護結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其它不適宜露地植物生長的季節(jié)供栽培植物的建筑。 在名稱上溫室和大棚沒有分別，日光溫室俗稱暖棚。日光溫室東西北三面都有保溫結(jié)構(gòu)，朝南面用采光農(nóng)膜覆蓋。夜間用卷簾機放下棉被進行保溫。冬季日間，棚內(nèi)溫度大于棚外溫度15-20℃。夜間棚內(nèi)溫度大于棚外溫度5-10℃有利于反季節(jié)蔬菜瓜果的成長。 大棚又稱為冷棚，東西南北四個方向全部用采光農(nóng)膜覆蓋，沒有保溫結(jié)構(gòu)。冷棚可以設(shè)計成大跨度大面積，有利于工廠化種植。 常見的溫室最大的面積2畝，約1200-1300平方米;常見的大棚面積可以做的很大，筆者見過的最大的聯(lián)棟大棚占地面積有6.2畝4200平方米。 根據(jù)全國各地氣候和地質(zhì)條件，各地適宜建設(shè)的蔬菜溫室大棚可分為九類(包括八種溫室和一種拱棚)：山東棚型、華北棚型、高寒棚型、高原棚型、極寒棚型、中原棚型、江淮棚型、江南棚型、華南棚型。 1.2溫室和大棚的經(jīng)濟對比 筆者有朋友在沈陽、大連一帶從事歐洲櫻桃(甜櫻桃)種植。甜櫻桃原產(chǎn)于西亞和歐洲等地，適應(yīng)比較涼爽干燥的氣候。夏季高溫干燥對甜櫻桃生長不利。冬季最低溫度不能低于-20，過低的溫度會引起大枝縱裂和流膠。另外花芽易受凍害。在開花期溫度降到-3℃以下花即受凍害，所以在發(fā)展甜櫻桃時，不宜在過分寒冷的地區(qū)。 2014暖棚(日光溫室)大櫻桃從4月初起陸續(xù)上市，前期優(yōu)質(zhì)紅燈、美早價格每斤在80元，紅燈、先鋒早期一般價格在每斤50元左右，中期價格每斤在35元左右，后期價格每斤在20元左右，平均畝產(chǎn)量為1400斤，平均價格為32元，每畝毛收入44800元。 冷棚(聯(lián)棟大棚)栽培大櫻4月底5月初起陸續(xù)上市，前期價格每斤48元，中期價格每斤32元左右，后期價格每斤27元左右，今年全區(qū)平均畝產(chǎn)量為400斤左右，平均價格在24元左右，每畝毛收入9600元。 可見日光溫室在冬季的優(yōu)勢大于聯(lián)棟大棚。 2影響農(nóng)作物生長的因素 陽光、溫度、水、空氣濕度、土壤中的養(yǎng)肥、空氣中的氣體成分。陽光和溫度對作物的影響最大。 2.1光合作用 光合作用是植物利用葉綠素等光合色素和某些細(xì)菌在可見光的照射下，將二氧化碳和水(細(xì)菌為硫化氫和水)轉(zhuǎn)化為儲存著能量的有機物，并釋放出氧氣(細(xì)菌釋放氫氣)的生化過程。同時也有將光能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C物中化學(xué)能的能量轉(zhuǎn)化過程。植物之所以被稱為食物鏈的生產(chǎn)者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產(chǎn)有機物并且貯存能量。 光合作用是一個光生物化學(xué)反應(yīng)，所以光合速率隨著光照強度的增加而加快。但超過一定范圍之后，光合速率的增加變慢，直到不再增加。光合速率可以用CO2的吸收量來表示，CO2的吸收量越大，表示光合速率越快。 植物中都含有葉綠素α的存在。葉綠素α對太陽光有兩個吸收高峰,分別是440納米附近的藍(lán)區(qū)和680納米附近的紅區(qū),一個位于藍(lán)光區(qū)域,一個位于紫光區(qū)域。而對于處在500-600納米之間的綠光吸收的甚少,所以我們看到的植物基本上都是綠色。 2.2溫度對作物的影響 植物的生理活動、生化反應(yīng)，都必須在一定的溫度條件下才能進行。一般而言，溫度升高，升理生化反應(yīng)加快、生長發(fā)育加速;溫度下降，生理生化反應(yīng)變慢，生長發(fā)育遲緩。當(dāng)溫度低于或高于植物所能忍受的溫度范圍時，生長逐漸緩慢、停止，發(fā)育受阻，植物開始受害甚至死亡。 2.3光伏大棚的認(rèn)識誤區(qū) 溫度和光照是影響植物生長的重要兩個因素。電池組件安裝在大棚上以后，溫度和光照都受到了影響。我們通常認(rèn)為，植物的的光合作用受到的影響最大。所以光伏大棚里盡量種植喜陰植物，或者直接種植蘑菇。往往都忽略了溫度對植物的影響。 本文的2.1節(jié)指出，“葉綠素α對太陽光有兩個吸收高峰,分別是440納米附近的藍(lán)區(qū)和680納米附近的紅區(qū),一個位于藍(lán)光區(qū)域,一個位于紫光區(qū)域”。其實這個區(qū)域的光譜是可以人為模擬出來的。市場上已經(jīng)有了很成熟的植物生長燈。 3現(xiàn)代集約農(nóng)業(yè) 3.1植物生長燈 植物生長燈是種特殊的燈具，根據(jù)植物光合作用的光譜。用燈光代替太陽光給植物生長發(fā)育環(huán)境的一種燈具。 把這種高效光源系統(tǒng)應(yīng)用到大棚、溫室等設(shè)施等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，一方面可以解決日照不足導(dǎo)致蔬菜口感下降的弊端，另一方面還可以使冬季大棚茄果類蔬菜提前到春節(jié)前后上市，從而達(dá)到反季節(jié)培植的目的。 做為補充光照，在一天的任何時間都可以增強光照，可以延長有效照明時間。無論在黃昏或是夜晚，可以有效延長和科學(xué)控制植物所需要的光照。在溫室或植物實驗室，可完全替代自然光，促進植物生長。 目前國內(nèi)已推廣運用較多的就是植物生長燈是一種熒光光源的補光燈，較為節(jié)能，而且發(fā)光光譜可按植物所需進行科學(xué)搭配。目前主要有兩種被廣泛運用，就是藍(lán)光與紅光的植物生長燈，因為對植物光合作用來說，紅光與藍(lán)光是光合效率最高的兩種可見光，運用這兩種光源，在同樣耗電量情況下，可取得更好的效果，也就是說光轉(zhuǎn)化率大大地被提高。LED植物生長燈國外植物工廠內(nèi)已被大面積使用。 3.2立體無土栽培 立體栽培有利于提高光能利用率。植物的生存發(fā)育都離不開太陽，植物的總干物質(zhì)90%以上是來自光合作用，只有5%～10%來自土壤。目前世界各國的光能利用率只有0.3%～0.4%，如果我們把光能利用率提高到1%～2%，產(chǎn)量可以增加一倍以上。光合產(chǎn)物的總量主要受葉面積、凈同化率、光合作用時間的影響。其中葉面積最重要，在一定范圍內(nèi)增加蔬菜群體的葉面積可以提高蔬菜的產(chǎn)量。但平面栽培葉面積增加有限，超過了一定限度，互相蔭蔽反而減產(chǎn)，如果立體栽培，分層利用空間差，葉面積系數(shù)可達(dá)土地面積的5～6倍，產(chǎn)量即可大幅增長。 無土栽培是指不用天然土壤而用營養(yǎng)液澆灌的栽培方法。在蔬菜生產(chǎn)上，具有產(chǎn)量高、早熟、省水、病害輕，可以生產(chǎn)無污染的優(yōu)質(zhì)蔬菜等優(yōu)點。據(jù)試驗，每生產(chǎn)1公斤蔬菜所用的營養(yǎng)液的成本只需幾分錢。城市居民可利用陽臺、屋頂無土栽培蔬菜，方法簡便、效益大。 3.3冬季加溫與夏季降溫 3.3.1冬季加溫 長江以北地區(qū)冬季夜間溫度很低，普通大棚棚內(nèi)溫度只比棚外溫度高大約5℃。由于光伏大棚白天吸收了太陽能的能量，所以光伏大棚的溫度比普通大棚溫度低，如果種植反季節(jié)蔬菜，越冬蔬菜。需要給棚內(nèi)加溫。 比較簡單的辦法是在棚內(nèi)使用普通的煤爐子，一方面可以加溫，另一方面可以補充二氧化碳。這種方式適合小面積的大棚。緩解寒流、霜凍等氣象災(zāi)害及陰天無光照的不良天氣對大棚作物正常生長的影響，可用暖風(fēng)機。 在地?zé)豳Y源豐富的地區(qū)，可以使用地源熱泵作為冷/熱源。 3.3.2夏季降溫 在夏季，打開窗戶和通風(fēng)口，可以促使外部氣流涌入，及時更換溫室中的空氣。在外界氣溫不高的情況下比較適用，但是酷熱的夏季，并不能起到有效的降溫目的。比如：初夏室外溫度30℃是，棚內(nèi)溫度往往在45℃左右，這時就需要冷卻降溫。噴霧降溫設(shè)備利用蒸發(fā)降溫的原理，通過產(chǎn)生超細(xì)顆粒水霧，吸收周圍區(qū)域內(nèi)的熱能，及時蒸發(fā)，從而降低周圍的溫度，是理想的新型降溫設(shè)備。噴霧降溫設(shè)備應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。傳統(tǒng)的大棚夏季需要用黑色遮陽篷，但是光伏大棚組件遮擋了部分太陽光，所以不適合使用。 如果只用光伏農(nóng)業(yè)的名義去圈地，那就是本末倒置。時間長了不但會被行業(yè)淘汰，而且也會對整個光伏行業(yè)帶來負(fù)面影響。如果花一些與農(nóng)業(yè)研究機構(gòu)合作，(全國各個省和主要城市都有自己的農(nóng)業(yè)研究院所，比如江蘇省農(nóng)業(yè)研究院下轄的蔬菜研究所，就是全國最有名的設(shè)施農(nóng)業(yè)研究中心。)大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，不但會帶動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)往集約方向發(fā)展，也會獲得巨大的農(nóng)業(yè)收益。民以食為天。