“药光互补”模式下中草药种植研究概述_许涛.pdf
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1、LOW CARBON WORLD 2022/11“药光互补”模式下中草药种植研究概述许涛1,郝心悦1,于远航1,庄心情1,武淑娟1,张怡2(1.华北理工大学中医学院,河北 唐山 063210;2.华北理工大学电气工程学院,河北 唐山 063210)【摘要】随着光伏装机总容量的增加,光伏发电与农业种植之间“争地”矛盾日益凸显。在“农光互补”模式下,分析影响耐阴性中药生长的因素,寻求光伏发电与中草药种植的最佳协作模式,并对近年来耐阴性中药研究及光伏发电设备研究两方面进行综述,以期为“药光互补”种植模式提供新思路。【关键词】药光互补;耐阴性中药;“双碳”【中图分类号】S123【文献标识码】A【文章编
2、号】2095-2066(2022)11-0169-031研究背景“双碳”目标是对能源发展的全新要求,更是对整个经济社会发展模式、前进方向和动力的重新动员,“双碳”目标的提出对能源转型边界做了更为清晰的划定,同时也引发了能源界全面而深入的讨论。各行各业对如何有效推进能源革命进程,实现“双碳”目标进行了深入细致的研究。目前,比较常见的非化石能源主要为水电、核电、风电和光伏发电。但是,水电的大规模发展受到水力资源的限制,风电受地理环境影响也存在一定的局限性,核电的发展也存在一定的不确定性,因此,上述发电形式均难以满足未来规模巨大的能源消耗。而太阳能光伏发电过程简单,资源分布广泛。与风电、核电等新型发
3、电技术相比,光伏发电具备最丰富的资源和最洁净的发电过程,未来必将会成为非化石能源中的主力军。根据专家预测,在我国“双碳”战略目标下,到2050 年,太阳能发电将取代火电成为中国最大发电单元。原则上,露天环境下光伏发电设备光电转化效率是最高的。然而,露天安装光伏发电装置势必会占用大量土地资源,导致部分农业用地被占用,从而引发光伏发电与农业种植之间的“争地”矛盾。为了解决二者之间的矛盾,寻求农业生产与绿色发电之间的平衡协作,“农光互补”模式应运而生。其主要内容是在同一块土地上进行光伏发电和农业生产,其原理是利用太阳能光伏板的下方空间进行农作物种植,在进行光伏发电的同时,为下方的某种特定植物提供适当
4、的遮阴环境,以满足其正常生长发育的环境需求。2011 年至今,“农光互补”模式在全世界得以广泛发展,在中国、韩国、美国等国家,“农光互补”市场已远远领先于其他地区,其中尤以我国规模最大1。在我国光伏农业的基础上,逐渐衍生出了光伏温室、光伏渔业、光伏畜牧业等新型模式,均在绿色发电的同时取得了可观的经济效益2。但是,要想真正实现生产高效化,生硬地将农作物种植与光伏发电捆绑是不可取的。因此,作物的选择十分重要。“药光互补”模式依据上述模式的原理,将传统的粮食作物替换为耐阴性中药,充分利用光伏板下方的遮阴环境,既为中药的生长提供了适宜的环境,又完成了绿色发电的要求,两者之间完美配合,实现了 1+12
5、的效果。2耐阴性中药研究2.1影响耐阴性中药生长的因素影响植物生长发育的关键因素是光照,植物的生长发育、营养吸收和次生代谢都与光照有着密切关系。相关研究表明,光照强度主要对植物的形态学特性及生物学特性产生影响,从而改变植物中主要次生代谢产物含量。光照强度的改变还可以影响植物的蒸腾作用、呼吸作用、光合作用等多项生理过程,从而改变植物的主要成分含量及其产量3。在弱光环境下,植物本身会进行一系列的适应性改变,其叶片会变薄,叶片面积增大,输导组织的相对比例提高,从而导致呼吸速率下降。不同的中药有其所适宜生长的环境,尤其在光照条件方面,有一部分中药喜欢生长在阴冷潮湿的地方,过多的光照并不适合它们的生长发
6、育,对于光照需求量少的这部分中药可称为喜阴性中药或耐阴性中药。当然,并不是遮光度越高中药生长情况越好,耐阴性中药的综合论述169DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.042LOW CARBON WORLD 2022/11生长也需要一个最适宜的遮光度。2.2耐阴性中药生长适宜遮光度的具体研究在颜家雄等4进行的光照强度对中药淫羊藿生长情况的实验中,该团队设置了 3 个不同的遮光梯度对箭叶淫羊藿进行照射,结果发现:随着遮光率的提高,箭叶淫羊霍的株高、叶长、叶宽、叶面积、叶鲜质量和叶干质量呈现出先增大后减小的趋势,而其有效成分(总黄酮、总黄酮醇苷等)的含量则呈现高峰-低谷-次
7、高峰的变化趋势。通过隶属函数法得出如下结论,70%左右的遮光率是箭叶淫羊藿比较适宜的遮阴环境。在陈文等5对于中药七叶一枝花的研究中发现:其中 80%遮阴处理有利于其有效成分重楼皂苷的合成和积累,有利于光合色素和可溶性蛋白质含量的提高;较高或较低遮阴对七叶一枝花生长和重楼皂苷的含量均产生不利影响。薛建平等6在遮阴对半夏光合特性的影响中发现:在 70%、90%两个不同遮阴条件下,半夏的长势、生理过程、单位面积叶重及某些次生代谢产物含量有较大差异,其中,当遮光度为 70%时,半夏的根茎鲜重显著提高。因此,在该遮光度下,半夏生长发育情况良好。童龙等7的研究中发现适当遮阴可以改善黄精的生理过程进行速率、
8、提高气孔张开程度,但在全光照或遮阴程度较强时,均会导致这三者数值降低。上述数据都明确指出,每一种特定中草药都存在着适宜其生长的最优遮光度,这对其长势、产量、质量的高低起到关键作用。2.3研究结论由以上研究结果可知,将传统“农光互补”模式中的农作物替换为耐阴性中药能进一步提高该系统的整体价值。因此,光伏发电与中草药种植之间的耦合可以是高效率的,耦合的关键点在于光伏板下方遮光度的选取。在该系统中,可以通过调整光伏板本身的参数,譬如光伏发电板的倾斜角度、距离地面的高度、光伏板排列的密度等,以达到某种特定的耐阴性中药生长发育所需的最佳遮光度,实现该系统效率的最大化。3光伏发电系统研究传统的光伏发电装置
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