2019-09-03 23:00:01
Agrivoltaics证明食物水能量关系的互惠互利

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在当今不断变化的世界中,尤其是在易受炎热和干旱影响的地区,建立可再生能源和粮食生产的复原力是一项根本挑战。 Agrivoltaics是农业和太阳能光伏板的共同定位,提供了一种可能的解决方案,亚利桑那大学领导的新研究报告报告了对粮食生产,节水和电力生产效率的积极影响。

Agrivoltaics,也被称为太阳能共享,是近年来一直受到关注的一个想法;然而,很少有研究监测相关食品,能源和水系统的所有方面,也没有研究关注干旱地区 - 经历粮食生产挑战和水资源短缺但却拥有过多太阳能的地区。

“我们中的许多人都想要更多的可再生能源,但你们把所有这些面板放在哪里?随着太阳能装置的增长,它们往往会出现在城市的边缘,而这在历史上我们已经在种植我们的食物,” Greg Barron-Gafford是地理与发展学院的副教授,也是今天在Nature Sustainability上发表的论文的第一作者。

最近在自然界进行的一项高调研究发现,根据对入射阳光,气温和相对湿度的广泛分析,目前的农田是“具有最大太阳能光伏发电潜力的土地覆盖”。

“那么你更喜欢哪种土地用途 - 食物或能源生产?这种挑战正好在人与环境的交汇处,而这正是地理学家们发光的地方!” Barron-Gafford说,他也是Biosphere 2的研究员。“我们开始问,'为什么不在同一个地方生产?'从那以后,我们一直在太阳能电池板的树荫下种植西红柿,辣椒,甜菜,羽衣甘蓝和草药等作物。“

利用太阳能光伏,光伏,面板和区域蔬菜,该团队在生物圈2创建了第一个农业研究基地。教授和学生,无论是本科生还是研究生,都测量了从植物萌发到碳植物吸收量的所有内容。大气和它们释放的水,以及整个生长季节的食物总产量。

该研究的重点是位于光伏阵列下的chiltepin辣椒,墨西哥辣椒和樱桃番茄植物。在整个平均三个月的夏季生长季中,研究人员使用安装在土壤表面上方的传感器以及5厘米深的土壤表面温度和湿度持续监测入射光水平,气温和相对湿度。传统种植区和农业系统都获得了相同的灌溉率,并使用两种灌溉方案进行了测试 - 每天灌溉和灌溉。

他们发现农业系统显着影响了影响植物生长和繁殖的三个因素 - 气温,阳光直射和大气对水的需求。与传统的露天种植系统相比,光伏电池板提供的遮阳使白天气温更低,夜间温度更高。在农业系统中也存在较低的蒸气压不足,这意味着空气中的水分更多。

“我们发现许多粮食作物在太阳能电池板的阴影下做得更好,因为它们不受阳光直射,”Baron-Gafford说。 “事实上,在农业光伏系统中,光伏电池板的总产量是产量的三倍,番茄产量是其两倍!”

墨西哥胡椒在农业系统和传统土地上都产生了相似数量的水果,但蒸发水分减少了65%。

“与此同时,我们发现每次灌溉事件都可以支持作物生长数天,而不仅仅是数小时,就像目前的农业实践一样。这一发现表明我们可以减少用水量,但仍保持粮食产量水平,”Barron-Gafford补充说,注意到农业电力系统的土壤水分比对照每隔一天灌溉高出约15%。

除了对植物的益处外,研究人员还发现农业系统提高了能源生产的效率。太阳能电池板本身对温度敏感 - 当它们变暖时,它们的效率会下降。通过在光伏电池板下面种植作物,研究人员能够降低电池板的温度。

“过热的太阳能电池板实际上是因为下面的农作物通过自然的蒸腾过程排出水 - 这就像你最喜欢的餐厅露台上的水一样,”Barron-Gafford说。 “总而言之,在改善我们如何种植食物,利用宝贵的水资源和生产可再生能源方面,这是双赢的。”

巴伦 - 加夫福德(Barron-Gafford)对农业电力的研究已经扩展到包括图森联合学区(Tucson Unified School District,TUSD)的几个太阳能装置。在TUSD和UA地理与发展学院之间分配时间的Moses Thompson指出,该团队还使用TUSD太阳能装置与K-12学生进行交流。

“吸引我参与这项工作的是当K-12学习者的参与是相应的,并且研究存在于他们的社区中时,会发生什么。”汤普森说。 “动态的这种转变创造了那些有能力应对气候变化等重大挑战的学生。”

作者说,需要对其他植物进行更多的研究。他们还注意到目前未开发的农业综合影响可能对农业劳动力的物质和社会良好带来影响。初步数据显示,在农业区工作时,皮肤温度可能比传统农业低约18华氏度。

“气候变化已经破坏了亚利桑那州的粮食生产和农场工人的健康,”UA西南中心的农业生态学家Gary Nabhan说道,他是该论文的共同作者。 “美国西南部的农业劳动者看到了很多中暑和与热有关的死亡;这也可能对他们产生直接影响。”

Barron-Gafford和该团队正在与美国能源部的国家可再生能源实验室合作,评估农业综合治理方法在该国其他地区的运作情况,以及区域政策如何促进采用新方法来解决这些普遍存在的问题。

“这是UA的最佳创新 - 一个跨学科的研究团队,致力于解决我们最具挑战性的环境困境,”共同作者,社会和行为科学学院地理与发展学院教授Andrea Gerlak说。 。 “想象一下,通过更具创造性地思考农业和可再生能源生产,我们可以在社区和更大的世界中产生影响。”

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