城市农业光伏在变化中的气候下增强作物韧性并促进粮食与能源协同

在同一城市空间种植食物与发电

世界各地的城市正同时面临两大难题：为居民提供新鲜、负担得起的食物，以及在不加剧全球变暖的前提下维持供电。本研究探讨了一种利用同一城市土地同时应对这两项挑战的方法——将太阳能面板与社区式菜园结合。研究表明，经过精心设计的系统可以将屋顶和空置地转变为提供遮阴、电力和具韧性的作物的场所，即便在热浪愈发频繁的情况下也如此。

太阳能面板与菜园如何共享空间

研究团队在费城附近的一个田间试验站测试了“城市农业光伏”布局。他们将成排太阳能板抬高数米，下面是种有生菜、豆类、萝卜、罗勒和樱桃番茄的高架菜床。作为对照，旁边的一组菜床则完全暴露在阳光下。传感器持续监测光照、温度、湿度、土壤含水量和降雨量，研究人员则仔细记录植物高度、叶片大小、产量，甚至收获作物的维生素与矿物质含量。这使他们不仅能看到食物产量，还能判断植物如何应对面板创造出的新遮阴小气候。

作物的早期挫折与后期优势

乍看之下，配备太阳能的菜园并不显得是粮食生产的明显胜利。在生长季节较凉的早期，大多数遮荫下的作物产量低于全日照栽培。较低的光照和略凉的条件延缓了发芽与早期生长，导致若干品种植株更小、花期推迟。一些植物，如罗勒和某些生菜，在遮荫区发芽较晚，并在数周内落后于全日照对照。这些早季损失可能会让依赖快速收获的农户感到担忧。

遮荫作为对抗高温和干旱的屏障

一旦炎热干燥的天气到来，情况便发生了显著变化。热浪来袭时，许多全日照作物出现胁迫、停止产出或未能达到收获规模。然而在面板下，作物受益于更凉的空气、更高的湿度以及保持水分更久的土壤。在此期间，遮荫地块常常是仍能产出生菜、萝卜、豆类和罗勒的唯一地块。有些品种在结构边缘表现尤其良好，在那里它们既能得到部分直射光也有遮阴。总体来看，农业光伏下的产量在最热月份回升得足以延长收获期并部分弥补早先的损失，这是随着夏季愈发极端的一项关键韧性体现。

营养、植物健康与全市潜力

除了单纯的产量之外，团队还考察了新环境如何影响植物化学成分与营养价值。尽管某些营养水平发生了变化，但遮荫作物的大多数维生素和矿物质仍处于健康范围内，在许多情况下，轻微的营养缺失实际上比全日照作物更不严重。研究人员还发现，面板下的叶片会调整结构以更有效地捕获可用光照，同时不至于变得营养匮乏。放眼更广，团队绘制了费城的空置地和屋顶地图并估算了可容纳此类系统的数量。他们的分析表明，将部分此类空间转为农业光伏花园可为数万户家庭供电，同时为许多目前难以获得健康食物的社区提供新鲜农产品。

这对未来城市意味着什么

对非专业读者来说，主要结论很明确：在城市菜园上方抬高太阳能面板，可以将闲置的城市土地转变为兼顾粮食与清洁能源的复合空间。虽然后期从面板产生的遮阴会在早季减缓作物生长，但在高温和干旱可能导致作物停产时，遮荫为植物提供了关键优势。研究表明，经过精心规划的城市农业光伏可以提高收成可靠性、延长生长季并改善低收入地区对新鲜农产品与电力的获取，且无需额外用地。随着城市变暖和空间愈发紧缺，这类共享屋顶与地面的设计可能成为更健康、更可持续社区的务实组成部分。

引用: Merheb, C., Caplan, J.S., Phuyal, P. et al. Urban agrivoltaics enhance crop resilience and food-energy synergies in a changing climate. npj Urban Sustain 6, 78 (2026). https://doi.org/10.1038/s42949-026-00381-6

关键词: 城市农业光伏, 太阳能面板, 城市农业, 粮食安全, 气候韧性