《npj Sustainable Agriculture》：On-farm agrivoltaic impacts on main crop yield: the roles of shade avoidance, cultivation practices, and varieties
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本研究针对农光互补系统(AVS)中主粮作物产量变异机制不清的问题，通过田间试验系统评估了水稻、大豆和甘薯在遮荫条件下的产量表现与形态生理响应。研究发现作物间及品种间存在显著差异：水稻在27%遮荫下产量稳定，而大豆和甘薯分别减产30-65%，且减产程度与遮荫回避反应(SAR)强度显著相关。研究首次揭示了SAR在AVS产量形成中的关键作用，为作物品种选育和栽培管理优化提供了理论依据。
随着全球能源转型加速，光伏发电与农业生产争地矛盾日益凸显。农光互补系统(Agrivoltaic Systems, AVS)作为解决这一矛盾的双赢方案，通过在农田上方架设太阳能板实现"板上发电、板下种植"，但其核心难题在于遮荫对作物产量的影响。尽管已有研究关注园艺作物，但对水稻、大豆、甘薯等主粮作物在真实农场环境中的响应机制，特别是遮荫回避反应(Shade Avoidance Response, SAR)与栽培措施的交互作用，仍缺乏系统认知。
为破解这一难题，研究人员在千叶县的农场开展了系列田间试验，成果发表于《npj Sustainable Agriculture》。研究团队创新性地将传统栽培与有机农业实践相结合，通过多地点、多品种对比，揭示了不同作物对AVS遮荫的适应性差异及其生理生态机制。
研究主要采用田间原位观测法，在真实农场环境中设置不同遮荫强度（27%-49%）的处理组与对照组，系统监测了作物生长指标、产量构成要素及生理参数。通过广义线性模型(GLMs)和广义线性混合模型(GLMMs)进行统计分析，重点考察了品种差异、杂草控制时机和微肥施用等栽培措施的影响。
水稻（常规栽培）研究结果
在27%遮荫条件下，水稻产量保持稳定（AVS: 5.5±0.3 t ha-1vs 对照: 5.8±0.6 t ha-1），但表现出典型SAR特征：株高增加9.7cm，穗数减少，通过每穗粒数和千粒重的补偿效应维持产量平衡。遮荫使抽穗期延迟5天，糙米粗蛋白含量显著升高但仍低于8%的优质标准。
大豆（常规栽培）研究结果
33%遮荫导致大豆产量降低31%（AVS: 2.0±0.5 t ha-1vs 对照: 2.9±0.6 t ha-1）。SAR表现为株高增加6.9cm、分枝数减少3.2，主茎直径、节数、荚果数等产量构成要素均显著下降，表明该品种（福优高）对遮荫敏感。
甘薯（常规栽培）研究结果
31%遮荫使块茎产量降低40%，49%遮荫下减产更甚。SAR表现为蔓长增加72cm，地上部/地下部鲜重比(T/R)持续升高，且随遮荫强度加剧。月度动态监测显示T/R比从移栽后30天至150天均保持较高水平。
甘薯（有机栽培）研究结果
两年有机试验表明，40%遮荫下不同品种减产幅度为26-65%。品种间SAR强度差异显著：安浓和红春香表现出T/R比升高和明显减产，而甘藷田和丝甜品种则保持产量稳定。杂草控制时机和微肥施用对产量无显著影响，黑色地膜有效抑制了杂草竞争。
研究首次系统论证了SAR在AVS产量形成中的核心作用。作物通过调节株高、分枝数和生物量分配来应对遮荫，但过度SAR会导致生殖生长受限。水稻的稳定产量得益于其补偿机制和耐倒伏特性，而大豆和甘薯的品种选择尤为关键。在有机栽培体系中，品种的遮荫耐受性差异比管理措施影响更大。
该研究为AVS的作物配置提供了科学依据：选择SAR较弱、耐荫性强的品种（如水稻福寿糯、甘薯甘藷田），优化光伏板布局控制遮荫强度在30%以内，可实现粮食生产与能源收获的双赢。研究结果对保障粮食安全、推动农业碳中和具有重要实践意义，也为后续作物改良提供了关键靶点。
