适应猕猴桃避雨栽培的光伏滴灌技术研究

发布时间：2020-06-12 18:38

【摘要】：传统的光伏发电占用耕地资源,而将光伏发电与作物避雨栽培有机结合对解决光伏用地与农业耕地相冲突的问题具有前瞻性意义。本文选取金艳猕猴桃为研究对象,设置光伏覆盖比例为19.8%(T1)、31.6%(T2)、39.5%(T3)和露天(CK)共4个处理,为了探明不同光伏覆盖比例对猕猴桃生长规律、产量和品质的影响,利用Li-6400XT、SPAD等仪器设备对猕猴桃生长规律、光合作用、产量和品质进行测试分析。针对无电网供电进行灌溉的地区,为了探究光伏滴灌系统的集成及应用,对光伏阵列输出的直流电压、直流电流、功率、灌溉首部系统的出口压力、流量、田间灌水的均匀性等进行测量分析。同时,为了探讨新形势下光伏发电与猕猴桃避雨栽培有机结合的环境、经济效益,以25年为生命周期,系统分析了CO_2净减排当量,并对经济效益指标进行分析计算。基于以上试验、分析,取得以下结果:(1)揭示了不同光伏覆盖比例对猕猴桃生长规律的影响。不同光伏覆盖比例对猕猴桃SPAD值、生育期末的新梢直径、新梢摘心前的新梢累计生长长度无显著影响。生长后期的SPAD值一般稳定在60±5;生育期末,各处理的平均新梢的直径为12.06~12.21 mm;新梢摘心前各处理新梢长度平均生长速率为2.67~2.82 cm/d。T1、T2、T3之间的叶片平均面积无显著差异,T1与CK无显著差异,T2、T3均显著高于CK(P0.05)。采收时测得T3的猕猴桃体积显著低于CK(P0.05),T1、T2与CK之间的猕猴桃体积无显著性差异。(2)定量比较了不同光伏覆盖比例下猕猴桃光合作用、产量及品质的差异。从光合作用日变化平均值来看,T1、T2、T3的净光合速率(Pn)相对CK分别降低了10.99%、18.22%、40.82%;T1、T2的蒸腾速率(Tr)相对CK增加了1.41%、6.97%,T3的Tr相对CK降低了18.24%;T1、T2、T3的瞬时水分利用效率(WUE_i)相对CK降低了11.72%、22.72%、27.14%。T1与CK的猕猴桃产量无显著差异,T2的产量较CK约减产21.89%(P0.05),T3的产量较CK约减产38.52%(P0.05)。采用主成分权重法对品质指标综合分析,得到T1、T2、T3、CK的得分值分别为98.80、95.68、94.00、93.63,即光伏避雨栽培能提高猕猴桃品质,但随着光伏覆盖比例的增大,品质提高的程度逐渐下降。(3)优化了弱光照地区无高位蓄水池和无蓄电池的光伏滴灌系统技术参数。在本研究中,光伏阵列朝南安装,安装倾角为16°。压力补偿式滴头正常工作的水头范围为10-30 m,地势高差为5 m,因此可调压的范围为15 m。对于3个轮灌区的条件下,每个轮灌区的面积为10亩,系统的流量为10.58 m~3/h。光伏发电系统采用11个光伏组件串联组成1串,共8串进行并联(共88块组件),在此条件下,为满足滴灌系统需求,首部系统出口压力水头最小为17.27 m、最大为32.27 m,相应的设置最低运行频率为33.60 Hz、最高运行频率为38.61 Hz。(4)评估了光伏避雨栽培猕猴桃的环境及经济效益。结果表明试验区内CK、T1、T2、T3的净减排CO_2当量分别为3.44、88.31、143.93、180.74 t hm~-22 year~(-1),T1、T2、T3净减排CO_2当量分别约为CK的26倍、42倍、53倍。T1、T2、T3的经济净现值(ENPV)均大于0,表明光伏避雨栽培猕猴桃在经济上可行。考虑环境效益时,CK、T1、T2、T3的ENPV分别为277796、292514、686221、905938元,其大小顺序为T3T2T1CK;忽略环境效益时,CK、T1、T2、T3的ENPV分别为270839、117467、401091、547951元,其大小顺序为T3T2CKT1。相对而言,低光伏覆盖比例在经济上抗风险的能力较弱,而高光伏覆盖比例减产比例较高,适中的光伏覆盖比例(31.6%)能保证在减产量不大的情况下增加综合的经济效益。综合猕猴桃产量、品质、环境和经济效益来看,适中的光伏覆盖比例(31.6%)为本研究中最佳的光伏覆盖比例。
【图文】：

直流水,光伏,灌溉系统

“皖翠”猕猴桃在水分正常的情况下，一定的遮阴（50%的遮阴比例）可提高净光合胁迫的条件下，50%~80%的遮阴比例下，净光合速率均大于不遮阴的情况。在猕猴大期，猕猴桃对水分亏缺最为敏感，应避免出现水分胁迫（王昌，2018）。在成熟低土壤水分，对猕猴桃产量影响不大，适当的控制水分还能提高猕猴桃品质（黄龙，2018）。综上，国内外大量试验均表明避雨栽培条件下，能提高相关作物的产量和光伏避雨栽培对猕猴桃产量和品质的相关研究报道较少。光伏滴灌技术研究进展1）光伏滴灌技术原理与装备伏滴灌技术将光伏发电技术与滴灌技术有机接合，利用太阳能电池将太阳能转换为箱汇流后，通过控制器（控制逆变器）后驱动光伏直流（交流）水泵系统扬水，并进行灌溉的一种新型灌溉技术，由光伏发电系统、扬水系统及滴灌系统组成。常见设备：太阳能电池、太阳追踪器（可选）、控制器（可选）、蓄电池（可选）、太阳选）、最大功率点追踪器（可选）、光伏水泵、高位蓄水池（可选）、以及滴灌所用的灌水器等设备设施或材料等（Deveci et al., 2015）。Chandel et al.（2015）指出，当模式主要有三种，如图 1-1、图 1-2、图 1-3 所示。

灌溉系统,光伏,蓄电池,水泵

图 1-2 无蓄电池的光伏交流水泵灌溉系统Fig. 1-2 Photovoltaic AC water pump irrigation system without batteries图 1-3 有蓄电池的光伏交流水泵灌溉系统Fig. 1-3 Photovoltaic AC water pump irrigation system with batteries太阳能电池工作的基本原理光伏效应(Photovoltaic Effect) 是 1839 年被发现的，后来经世纪的发展，直到 20 世纪 70 年代中后期，光伏发电技术才得到不断的完善、成本逐渐争鸣等，，2005）。单个太阳能组件的发电的功率很小，需要将诸多的太阳能组件串并联一个可以利用的太阳能电池。按照形态可分为块状太阳能电池和薄膜太阳能电池，薄膜
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S663.4;S275.6

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