Tăng khả năng phục hồi của sản xuất lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang diễn ra và tăng cường sản xuất năng lượng tái tạo đều là những thách thức cơ bản trong thế giới ngày nay.
Tuy nhiên, việc sản xuất năng lượng mặt trời đang trở thành một cách sử dụng ngày càng có lợi cho đất trồng trọt, dẫn đến lo ngại rằng các trang trại năng lượng mặt trời sẽ thay thế sản xuất lương thực.
Một giải pháp khả thi là nông nghiệp – nơi đặt các tấm pin quang điện mặt trời và nông nghiệp – có thể duy trì sản xuất cây trồng, sản xuất năng lượng tái tạo, giảm lượng nước sử dụng và tăng lợi nhuận cho trang trại.
Tuy nhiên, nông dân cần được hỗ trợ trong việc xác định các loại cây trồng và địa điểm phù hợp nhất cho hệ thống nông nghiệp, cũng như thiết kế và bố trí các tấm pin mặt trời để duy trì hoặc tăng năng suất cây trồng.
Khoản tài trợ mới trị giá 10 triệu USD từ Viện Thực phẩm và Nông nghiệp Quốc gia thuộc Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ sẽ cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu cách tối ưu hóa tốt nhất thiết kế cho các hệ thống nông nghiệp ở nhiều loại đất và các kịch bản khí hậu khác nhau.
Viện dẫn đầu trong dự án kéo dài bốn năm có tiêu đề “Hệ thống điện quang điện và nông nghiệp định vị bền vững” hay SCAPES, là Đại học Illinois Urbana-Champaign. Các viện đối tác bao gồm Đại học Arizona, Đại học bang Colorado, Đại học Auburn, Đại học Illinois Chicago và Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia. Dự án được tài trợ thông qua chương trình Hệ thống Nông nghiệp Bền vững của Viện Nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm. Đại học Arizona sẽ nhận được 1.725 triệu đô la tài trợ.
Nhóm nghiên cứu của Greg Barron-Gafford bao gồm các sinh viên đại học và sau đại học của UArizona. Barron-Gafford, phải, chụp ảnh cùng các học sinh Alyssa Salazar, Leandro Phelps-Garcia và Isaiah Barnett-Moreno.
Greg Barron-Gafford, giáo sư Trường Địa lý, Phát triển và Môi trường Cao đẳng Khoa học Xã hội và Hành vi, sẽ là người lãnh đạo khoa học vật lý trong dự án. Vào năm 2017, nhóm nghiên cứu của Barron-Gafford, bao gồm các sinh viên đại học và sau đại học tại UArizona, đã bắt đầu trồng trọt bên dưới các tấm pin mặt trời cao 9 foot tại khuôn viên trường đại học. Sinh quyển 2 cơ sở, nơi Barron-Gafford là giám đốc các giải pháp phục hồi thực phẩm, năng lượng và nước.
Barron-Gafford dẫn đầu đánh giá dữ liệu thực địa đầu tiên về nông học ở Mỹ. Ông phát hiện ra rằng nông điện làm tăng hiệu quả của cả tấm pin mặt trời và sản xuất cây trồng. Nước do thực vật thải ra làm mát các tấm pin mặt trời, giúp tăng hiệu suất và sản lượng điện của chúng. Barron-Gafford cho biết bóng râm từ các tấm pin làm tăng năng suất cây trồng và tiết kiệm nước, điều này đặc biệt quan trọng khi biến đổi khí hậu làm tăng số lượng các khu vực dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cực cao và hạn hán.
Dự án SCAPES sẽ sử dụng Phòng thí nghiệm học tập nông nghiệp rộng 1.5 mẫu Anh tại Đại học Arizona làm một trong ba địa điểm nghiên cứu nông nghiệp – cùng với các địa điểm khác ở Illinois và Colorado – để đánh giá phản ứng vi khí hậu và thực vật đối với sự hiện diện của các tấm pin mặt trời. Các mảng đo sẽ tuân theo các giao thức do Barron-Gafford phát triển.
Năm 2017, nhóm nghiên cứu của Barron-Gafford bắt đầu trồng trọt bên dưới các tấm pin mặt trời cao 9 foot tại cơ sở Biosphere 2 của trường đại học.
Barron-Gafford cho biết: “Chương trình USDA này là lần đầu tiên chúng tôi có những cơ sở lắp đặt thực sự lớn. “Chúng tôi liên tục nhận được câu hỏi 'Tất cả những lợi ích mà bạn đang thấy có còn xảy ra khi bạn mở rộng quy mô hoặc xem xét các hình thức nông nghiệp khác không?' Đó thực sự là những gì dự án này đang làm: Nhìn vào những cơ hội và rào cản đi kèm với quy mô đó.”
Với khoản tài trợ này, Barron-Gafford nói thêm, “chúng tôi sẽ có thể đo lường nhiều loại cây lương thực hơn cùng một lúc. Và chúng tôi sẽ có thể thực hiện nhiều thao tác hơn, chẳng hạn như xem chúng tôi có thể giảm mức sử dụng nước đến mức nào mà vẫn đáp ứng được nhu cầu thực phẩm.”
Madhu Khanna, nhà nghiên cứu chính của khoản tài trợ và giám đốc lâm thời của Viện Bền vững, Năng lượng và Môi trường của Đại học Illinois Urbana-Champaign cho biết: “Dự án của chúng tôi sẽ cung cấp một phân tích toàn diện về tiềm năng biến đổi của nông nghiệp”. “Mục tiêu của chúng tôi là duy trì hoặc thậm chí tăng năng suất cây trồng, tăng năng suất kết hợp – lương thực và điện – của đất, đồng thời đa dạng hóa và tăng lợi nhuận của nông dân với các loại cây trồng theo hàng, thức ăn gia súc và cây đặc sản trên nhiều môi trường.”
Andrea Gerlak, giáo sư UArizona tại Trường Địa lý, Phát triển và Môi trường và là giám đốc tạm thời của Trung tâm Nghiên cứu Chính sách Công Udall, sẽ là phó giám đốc nghiên cứu khoa học xã hội của dự án. Gerlak và các đồng nghiệp sẽ tiến hành các nhóm tập trung với các bên liên quan khác nhau, chẳng hạn như nông dân, người làm trong ngành năng lượng mặt trời và các chính trị gia, để tìm hiểu điều gì thúc đẩy họ ra quyết định về việc sử dụng hệ thống nông điện và ý kiến của họ thay đổi như thế nào khi có kết quả nghiên cứu mới.
Khoản tài trợ này cũng bao gồm một phần giáo dục cho trẻ em K-12, sinh viên đại học và công chúng. Moses Thompson, giám đốc UArizona Chương trình Vườn cộng đồng và trường học, và nhóm của ông đã phát triển một loạt quy trình và kế hoạch bài học để thu hút học sinh và công chúng đến với vườn trường và Phòng thí nghiệm Học tập Điện năng lượng mặt trời được lắp đặt tại Trường Trung học/Đại học Trung học Rincon và Trường Tiểu học Manzo ở Học khu Thống nhất Tucson. Anh ấy sẽ hỗ trợ nỗ lực tích hợp học tập trải nghiệm và thực hành tại cả ba địa điểm nghiên cứu SCAPES.
“Trụ cột 'Những thách thức lớn' trong kế hoạch chiến lược của chúng tôi tập trung vào việc tận dụng thế mạnh của chúng tôi trong nghiên cứu để giải quyết các vấn đề ở cấp quốc gia và toàn cầu. Hiệu trưởng Đại học Arizona cho biết: Đảm bảo sự sẵn có của thực phẩm thông qua việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo là một ví dụ nổi bật về cách các nhà nghiên cứu của chúng tôi đang phát triển các giải pháp sáng tạo cho các vấn đề quan trọng”. RObert C. Robbins. “Tôi rất vui khi thấy công trình tiên tiến của Tiến sĩ Barron-Gafford tiến lên một tầm cao mới với khoản tài trợ này từ USDA và tôi mong được theo dõi ông, Tiến sĩ Gerlak và ông Thompson khi nỗ lực hợp tác này tiến triển.”
– Lori Harwood, Đại học Khoa học Xã hội và Hành vi của Đại học Arizona
Ảnh trên cùng: Khoản tài trợ một phần sẽ hỗ trợ nỗ lực tích hợp học tập trải nghiệm và thực hành tại cả ba địa điểm nghiên cứu SCAPES. Hình chụp: Moses Thompson/Chương trình Vườn trường và Cộng đồng Urizona