农业与太阳能的互利共生

不断增长的人口需要更多的食物和能源，而这些都在争夺有限的空间……除非能改变这样的竞争局面。

农业光伏装置将农业和太阳能生产结合起来。 

农业光伏 (AV) 是 20 世纪 80 年代提出的概念，它在同一块土地上将农业和太阳能生产结合起来。 从业者在太阳能电池板下种植农作物，并可以控制通过光合作用的光量和波长。 光合作用不需要的光可以提供清洁能源生产。 与此同时，当植物进行光合作用时，它们会通过蒸腾作用失去水分。 水分的流失可以冷却空气并提高电池板的发电效率。 这是一个双赢的局面——至少在理论上是这样。

然而，AV 面临的重大挑战阻碍了其广泛应用。 一个紧迫的问题是AV 技术如何最大限度地提高作物生产力和能源发电量，同时最大限度地减少植物水分损失和灌溉需求。这对一块土地的要求很高。

在之前的一项研究中，科学家们认为，成功的AV装置可以将光划分为对能源生产或光合作用有效的波长，例如，红色用于农作物，蓝色用于太阳能电池板。在这项工作的基础上，Katul开发了一个数学框架来量化单个植物如何在光合作用中利用不同波长的光。该研究旨在探寻光伏系统与农业相结合将如何影响地上生物量，这是研究人员用来估计作物产量的依据。

该模型考虑了单个植物并引入了变量，例如植物的耐荫程度，这些变量可能会影响其在光伏装置下的生长。 该框架假设光等资源是根据叶面积获取的，但呼吸成本与植物的大小成正比。 该研究还考虑了太阳能电池板如何改变其电池下方的微气候和光可用性。

评论文章强调，AV的候选作物具有耐荫性，且地上叶面积大。光伏系统下降低的空气温度和较高的土壤湿度使得植物可以将更多的碳分配到地上生物量，从而产生更大的叶面积。这一特征在耐荫植物中很常见，这表明像芝麻菜、羽衣甘蓝和西红柿这样的大叶作物可能更有可能在AV设置中获得成功。

作者说，下一步是考虑像农作物拥挤密度这样的因素，从而将研究结果扩大到单一作物之外。(Earth’s Future, https://doi.org/10.1029/2023EF003512, 2023)

—科学撰稿人 Aaron Sidder