农业光伏(AV)是20世纪80年代发展起来的一个概念，将农业和太阳能生产结合在同一块土地上。从业者在太阳能电池板下种植作物，可以控制通过光合作用的光的数量和波长。光合作用不需要的光可以提供清洁能源生产。同时，当植物进行光合作用时，它们通过蒸腾作用失去水分。水分的流失冷却了空气，提高了电池板的发电效率。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采用。一个紧迫的问题是，AV技术如何在最大限度地提高作物生产力和能源生产的同时，最大限度地减少植物水分损失和灌溉需求。在一块土地上要价太高了。
在之前的一项研究中，科学家们认为，成功的自动驾驶装置可以将光分成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，Gabriel Katul开发了一个数学框架来量化单个植物在光合作用中如何使用不同波长的光。这项发表在《地球的未来》杂志上的研究试图找出将光伏系统与农业相结合将如何影响地上生物量，研究人员利用地上生物量来估计作物产量。
该模型考虑了单个植物，并引入了变量，例如植物的遮荫耐受性，这些变量可能会影响光伏装置下植物的生长。该框架假设光等资源是基于叶面积获得的，但呼吸成本与植物大小成正比。该研究还考虑了太阳能电池板如何改变其电池下的小气候和光线可用性。
综述文章强调AV候选作物具有耐阴性和地上叶面积大。在光伏系统下，降低的空气温度和更高的土壤湿度允许植物将更多的碳分配给地上的生物质，从而产生更大的叶面积。这种特性在耐阴植物中很常见，这表明像芝麻菜、羽衣甘蓝和西红柿这样的大叶作物在AV环境中更有可能成功。
作者说，下一步是通过考虑作物拥挤密度等因素，将研究结果扩展到单一作物之外。
本文由Eos重新发布，由美国地球物理联合会主办。点击这里阅读原文。
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