热带农光互补系统对大豆产量的季节调控效应与微气候缓冲机制研究

《Agronomy》：Agrivoltaics in the Tropics: Soybean Yield Stability and Microclimate Buffering Across Wet and Dry Seasons

本文系统评估了热带季风气候下农光互补（APV）系统对大豆（Glycine max）微气候、生长及产量的影响，揭示APV通过降低太阳辐射约35%、维持较高土壤湿度并降低土壤温度，在湿季和干季分别实现106%和17%的产量增益，为热带地区粮食-能源-土地协同发展提供实证依据。

　　

微气候调控机制

研究通过连续监测湿季（1–3月）和干季（7–9月）数据，发现APV结构使太阳辐射显著降低33.9%（湿季）至37.4%（干季）。尽管最高气温在APV下反而升高（湿季：32.1°C vs. 31.2°C；干季：34.0°C vs. 32.6°C），但土壤温度显著降低约1°C（湿季：27.6°C vs. 28.4°C；干季：27.5°C vs. 28.5°C），土壤体积含水量提高2.3%（湿季）至1.7%（干季）。这种"土壤缓冲效应"源于光伏板对直射辐射的拦截，减少土壤蒸发并延缓水分流失，尤其在干季间歇性暴雨条件下更为显著。

作物生理响应与表型稳定性

APV遮荫未延迟大豆物候发育，R1（始花期）、R3（始荚期）和R5（始粒期）在湿季和干季均无显著差异。株高在APV下表现出季节性增强：湿季4周后株高增加30%（37.4 cm vs. 28.8 cm），干季早期增长32%（17.6 cm vs. 13.3 cm）。节点数保持稳定，表明35%遮荫未引发避荫综合征（SAS），生殖架构未受破坏。

产量形成通路解析

湿季APV使单株荚数增加58%（70.9 vs. 44.8），地上生物量提高70%（107.7 g vs. 63.2 g），最终产量达3528.8 kg ha^?1（开放田间1708.3 kg ha^?1）。干季虽增幅收窄，但收获指数（HI）显著提升（36.2% vs. 30.3%），产量稳定在2025.6 kg ha^?1（开放田间1724.4 kg ha^?1）。产量优势归因于：（1）湿季辐射胁迫缓解促进荚粒保留；（2）干季水分利用优化提升同化物分配效率。

热带农光互补系统的气候韧性启示

与传统温带APV研究不同，热带环境下遮荫的"胁迫缓冲"效益超越"光限制"成本。APV通过调节辐射组分（增加漫射光比例）增强光能利用效率（RUE），同时降低高温诱导的花荚败育。研究建议未来设计需平衡结构高度（≥3.1 m）与通风性能，并关注雨季集中排水导致的局部倒伏风险。

工程与经济可行性挑战

高架APV结构需应对热带气旋荷载（如模块抗风评级提升使成本增加0.4–1.0 USD/W），且农艺操作空间（最小净高3.2–5.0 m）与机械转弯半径需专门设计。成本效益分析应整合发电收益与农业风险规避价值，尤其考虑气候变暖下极端热浪导致的产量损失缓解效应。