دراسة متعددة السنوات للذرة تحت نظام أغريفولتيك متتبع مرتفع ونمذجة إنتاج مبسطة

زراعة الغذاء وحصاد ضوء الشمس معًا

تواجه الأراضي الزراعية طلبًا مزدوجًا: يجب أن تطعم سكانًا متزايدين وفي الوقت نفسه تستضيف الألواح الشمسية التي تزوِّد منازلنا وسياراتنا وصناعاتنا بالطاقة. تستكشف هذه الدراسة ما إذا كان أحد أهم المحاصيل عالميًا—الذرة—يمكن أن ينمو جيدًا تحت الألواح الشمسية المرتفعة، مما يتيح للمزارعين الحصول على دخل من الحبوب والكهرباء في نفس الحقل.

لماذا تتنافس الزراعة والطاقة الشمسية على المساحة

مع ارتفاع عدد السكان واحتدام الاحترار المناخي، يتعرَّض المزارعون لضغوط ناجمة عن موجات حرارة أكثر تكرارًا، وتغير في مواسم النمو، وهطول أمطار غير مؤكد. وفي الوقت نفسه، تتسابق المجتمعات لتركيب المزيد من مصادر الطاقة النظيفة، وخاصة الطاقة الشمسية، لخفض انبعاثات غازات الدفيئة. غالبًا ما تكون الأراضي الزراعية المستوية والمفتوحة هي المكان العملي الأكثر لوضع مجموعات شمسية كبيرة، لكن تغطية الحقول تمامًا بالألواح ستقلل المساحة المتاحة للمحاصيل. تقدِّم أنظمة الأغريفولتيكس حلًا وسطًا: ألواح شمسية مرفوعة بما يكفي كي تزدهر المحاصيل أو الماشية تحتها، بحيث تُستخدم الأرض لغرضين في آن واحد.

اختبار الذرة تحت ظل متحرك

أجرى الباحثون تجربة متعددة السنوات في مزرعة بحثية بولاية إنديانا، في قلب "حزام الذرة" الأمريكي. نصّبوا ألواحًا شمسية عالية ذات محور واحد متحرك فوق أجزاء من حقل الذرة. امتدت بعض المناطق مباشرة تحت صفوف صلبة من الألواح، وبعضها تحت نمط رقعة الشطرنج الذي يسمح بمرور مزيد من الشمس، وبقيت بقية الحقل كضابط غير مظلّل. خلقت الألواح نمطًا متغيرًا من الضوء والظل خلال النهار، يتغير مع حركة الشمس ونمو نباتات الذرة. على مدار أربعة مواسم زراعية، سجّل الفريق بعناية تطور النباتات، وارتفاعها، وإنتاج الحبوب، وبيانات مفصّلة عن الطقس ورطوبة التربة.

كيف غيّر الظل نمو النبات والمحصول

نضجت الذرة تحت الألواح بعد قليل مقارنة بالذرة غير المظللة، عادة بفارق يوم إلى ثلاثة أيام. كانت النباتات في مناطق الظل أقصر قليلًا—ببضع سنتيمترات في المتوسط—لكنها ظلت بصحة جيدة. والأهم للمزارعين، أن الحبوب المحصودة تحت ظل بنسبة 20–25% كانت أقل إنتاجًا بشكل معتدل مقارنة بالمربعات المشمسة بالكامل. عبر السنوات الأربع، كان متوسط انخفاض المحصول في المنطقة الأكثر ظلًا 7.7% فقط. في بعض المواسم كان الفارق أكبر، وفي مواسم أخرى كان صغيرًا جدًا، مما يعكس التقلبات الطبيعية بين السنوات في الطقس. ومن المثير للاهتمام أن المناطق ذات الظل الأكثر ثباتًا أبلت بلاءً أفضل قليلًا في عدة سنوات مقارنة بالمناطق ذات الظل الخفيف، مشيرة إلى أن تأثير الظل في التبريد والحفاظ على الرطوبة قد يعوّض جزئيًا فقدان ضوء الشمس.

ربط الضوء والماء والحصاد بطريقة بسيطة

لمساعدة المصممين والمخططين، أراد الفريق أكثر من قياسات خام: هدفوا إلى بناء نموذج إرشادي بسيط يربط ظروف الطقس بالإنتاج المتوقع للذرة تحت أنظمة الأغريفولتيكس. بدلاً من استخدام نماذج محاصيل معقدة تتطلب العديد من المدخلات، جمعوا تأثيرين أساسيين فقط—الضوء الذي يصل إلى الحقل ورطوبة التربة—في متغير واحد "مشترك". باستخدام قياسات ميدانية ومحاكاة حاسوبية لحركة الظلال عبر مظلة الذرة، حسبوا، للعديد من المواقع داخل الحقل، مقدار موارد الضوء-والماء المشتركة التي تعرضت لها النباتات على مدار الموسم. أظهر هذا المؤشر المشترك ارتباطًا معتدلاً مع محاصيل الحبوب الفعلية وقادرًا على تفسير حصة كبيرة من التباين بين النقاط والسنوات، على الرغم من تجاهله لكثير من التفاصيل البيولوجية الدقيقة.

الحصول على المزيد من كل فدان من الأراضي

بمقارنة الانخفاض الطفيف في محصول الذرة مع الزيادة الكبيرة في توليد الكهرباء من الألواح، قدَّرت الدراسة عامل كفاءة استخدام الأراضي، المسمى نسبة معادلة الأرض، بنحو 1.37 في المتوسط. ببساطة، أنتج نفس المرْبع من الأرض ما يعادل 37% إنتاجًا مركبًا أكثر مما لو اُستخدم للذرة أو للطاقة الشمسية منفردين. يشير هذا نتيجةً إلى أنه، مع تصميم مدروس—ارتفاع كافٍ للألواح، وتباعد يسمح بمرور الآلات الزراعية، والاهتمام بالمناخ المحلي—يمكن أن تكون الذرة محصولًا عمليًا لأنظمة الأغريفولتيكس. وبينما سيحتاج النموذج إلى اختبار في مناطق أخرى وتحت الري أو مع محاصيل مختلفة، فإن الرسالة الأساسية واضحة: ليس علينا دائمًا الاختيار بين الغذاء والطاقة النظيفة. مع مجموعات شمسية مرتفعة، قد يتمكن المزارعون من زراعة محاصيل ذرة قوية وتوليد طاقة متجددة مهمة من نفس الحقول.

الاستشهاد: Sanchez, G., Agrawal, R., Brouder, S. et al. Multi-year study of maize under elevated tracking agrivoltaic system and simplified yield modeling. npj Sustain. Agric. 4, 25 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00141-0

الكلمات المفتاحية: الأغريفولتيكس, الذرة, الطاقة الشمسية, استخدام الأرض, محصول المحاصيل