Многолетнее исследование кукурузы под поднятой отслеживающей агривольтаической системой и упрощённое моделирование урожайности

Выращивание пищи и сбор солнца вместе

Сельскохозяйственные земли сталкиваются с двойным требованием: они должны прокормить растущее население и одновременно разместить солнечные панели, обеспечивающие энергией наши дома, автомобили и предприятия. В этом исследовании рассматривается, может ли одна из важнейших мировых культур — кукуруза — успешно расти под поднятыми солнечными панелями, позволяя фермерам получать доход и от зерна, и от электричества на одном и том же поле.

Почему сельское хозяйство и солнечная энергетика конкурируют за пространство

По мере роста населения и потепления климата фермеры испытывают давление из‑за более частых волн тепла, сдвигов сезонов и непредсказуемых осадков. Одновременно общества стремятся быстрее устанавливать чистую энергию, прежде всего солнечную, чтобы сократить выбросы парниковых газов. Равнинные открытые поля часто оказываются самым практичным местом для крупных солнечных массивов, но полное покрытие полей панелями сократило бы площадь, доступную для посевов. Агривольтаические системы предлагают компромисс: панели поднимают достаточно высоко, чтобы под ними могли развиваться культуры или пастись животные, давая возможность использовать одну и ту же землю в двух целях.

Испытание кукурузы в условиях движущейся тени

Исследователи провели многолетний эксперимент на опытной ферме в Индиане, в самом сердце американского «кукурузного пояса». Они установили высокие одноосные отслеживающие солнечные панели над участками кукурузного поля. Некоторые зоны находились непосредственно под сплошными рядами панелей, другие — под шахматным рисунком, пропускавшим больше света, а оставшаяся часть поля служила незащищённым контролем. Панели создавали меняющуюся в течение дня мозаику света и тени, которая изменялась по мере движения солнца и роста растений. В течение четырёх вегетационных сезонов команда тщательно фиксировала развитие растений, их высоту, урожай зерна, а также подробные данные о погоде и влажности почвы.

Как тень изменила рост растений и урожайность

Кукуруза под панелями созревала немного позже, чем незащищённая — обычно на один‑три дня. Растения в затенённых зонах были немного ниже — на несколько сантиметров в среднем — но оставались здоровыми. Что наиболее важно для фермеров, зерно, собранное при затемнении 20–25%, было лишь умеренно ниже по сравнению с полностью освещёнными участками. За четыре года среднее снижение урожайности в наиболее затенённой зоне составило всего 7,7%. В некоторые сезоны разница была больше, в другие — очень мала, что отражает естественные годовые колебания погоды. Любопытно, что в несколько лет зоны с более постоянной тенью давали немного лучшие урожаи, чем слабее затенённые участки, намекая на то, что небольшое охлаждение и сохранение влаги под тенью частично компенсируют потерю света.

Простая связь света, воды и сбора урожая

Чтобы помочь проектировщикам и планировщикам, команда хотела получить не только сырые измерения: они стремились создать простую эвристическую модель, связывающую погодные условия с ожидаемой урожайностью кукурузы под агривольтаикой. Вместо использования очень сложных моделей культур, требующих множества входных данных, они объединили всего два ключевых фактора — свет, достигающий поля, и влажность почвы — в одну «совместную» переменную. Используя полевые измерения и компьютерное моделирование движения теней над пологом кукурузы, они рассчитали для множества точек поля, какое комбинированное «ресурсное» воздействие света и воды испытывали растения в течение сезона. Этот объединённый показатель показал умеренную корреляцию с фактической урожайностью и смог объяснить значительную долю вариации между точками и годами, несмотря на то, что игнорировал многие более тонкие биологические детали.

Больше отдачи с каждого акра земли

Сравнивая небольшое падение урожайности кукурузы с существенным приростом электроэнергии от панелей, исследование оценило показатель эффективности использования земли, называемый коэффициентом земельной эквивалентности, примерно в 1,37 в среднем. Проще говоря, тот же участок земли производил эквивалент на 37% больше комбинированного «продукта», чем если бы он использовался либо только для кукурузы, либо только для солнечной энергии. Этот результат позволяет предположить, что при вдумчивом проектировании — достаточной высоте панелей, расположении, которое позволяет работать сельскохозяйственной технике, и учёте местного климата — кукуруза может быть практичной культурой для агривольтаических систем. Хотя модель потребуется протестировать в других регионах и при орошении или для других культур, основная мысль проста: нам не всегда нужно выбирать между продовольствием и чистой энергией. С поднятыми солнечными массивами фермеры могут одновременно получать хорошие урожаи кукурузы и значительную возобновляемую энергию с тех же полей.

Цитирование: 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

Ключевые слова: агривольтаика, кукуруза, солнечная энергия, использование земель, урожайность