农业光伏系统中甘蓝型油菜生长阶段特异性资源调控机制及其增产效应研究

为解决农业光伏系统(APV)中作物生长与能源生产的土地竞争问题，研究人员通过代谢组学分析了甘蓝型油菜在幼苗期和开花期的适应性策略。研究发现APV通过调节土壤温度、光合效率及代谢通路（如有机酸上调和防御代谢下调），促进资源获取与储存策略的阶段性转换，最终提升产量。该研究为优化APV-作物协同模式提供了理论依据。

　　

在全球气候变化与土地资源紧张的背景下，农业光伏系统（APV）作为整合太阳能发电与农作物生产的新模式，成为缓解能源与粮食竞争的关键技术。然而，APV通过改变地表辐射平衡和微气候环境（如遮阴与土壤温度调节），对作物生长产生复杂影响。尤其对于越冬作物如甘蓝型油菜（Brassica napus L.），其幼苗期的低温适应与开花期的光能利用效率直接决定产量，但APV如何通过阶段性微环境调控影响其资源分配策略尚不明确。

中国广核集团宁晋光伏电站的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表论文，通过田间试验结合代谢组学分析，揭示了APV下甘蓝型油菜生长阶段特异性适应机制。研究选取幼苗期和开花期两个关键阶段，测定空气/土壤温度、光合参数（如PAR）、形态功能性状（如比根长SRL、叶质量比LMA），并利用代谢组学解析激素（如脱落酸ABA）与代谢物（如苯丙烷类）的动态变化。

研究结果

微环境特征
APV在冬季通过减少地表净长波辐射损失，使土壤温度升高0.04°C，缓解幼苗低温胁迫；开花期遮阴导致冠层光合有效辐射(PAR)降低，但土壤温度上升0.3°C，形成“保温-遮阴”双重效应。

APV通过改变功能性状与资源策略提高产量
幼苗期：油菜采取资源获取策略，降低SRL和根组织密度(RTD)，增加叶绿素含量以提升光合速率；代谢上调有机酸（如柠檬酸）并下调防御性苯丙烷类，促进养分积累。开花期：转为资源保守策略，增加LMA和RTD，减少SRL以提高资源利用效率；光合产物向叶片淀粉储存倾斜，脂质代谢增强，最终单株产量提升12.3%。

激素与代谢调控网络
ABA和吲哚乙酸(IAA)协调生长-防御权衡：幼苗期低ABA促进生长投资，开花期高ABA诱导淀粉储存；防御代谢物（如黄酮类）的阶段性下调进一步优化资源分配。

结论与意义
该研究首次阐明APV通过季节性微环境调控驱动油菜阶段性资源策略转换，其核心机制涉及形态可塑性、光合碳分配与激素-代谢网络协同。成果为APV系统设计提供了关键参数：冬季保温可保障越冬作物存活，而花期适度遮阴通过优化光能利用提升产量。这一发现不仅推动“光伏-农业”协同模式的标准化应用，也为应对极端气候下的粮食安全生产提供了新思路。