Frontiers in Sustainable Food Systems·10月1日 · 周四论文农业绿色发展与碳阅读 2
Assessing upper bounds for solar-powered controlled environment agriculture on existing cropland
S. A. Roberts · K. Winkler · M. D. A. Rounsevell 等 6 人
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构建框架评估现有农田上光伏驱动可控环境农业替代全球作物生产的理论上限。
方法
结合CEA能耗、土地利用、作物制图与光伏数据，对2020年四种作物做理想化情景模
发现
乐观上限下，高科技温室和垂直农场分别可在313和275 Mha农田上匹配2020年产量。
机会点
可研究真实技术经济约束下CEA的可行区域，并评估其全生命周期环境与碳足迹。
影响力18
信息增量22
专业深度18
信源权威13
时效性9
该研究以全球尺度和2020年基准数据量化了光伏驱动设施农业替代耕地的理论上限，方法新颖、数据规模大，对智慧农业与设施农业布局有参考价值，但属理想化情景模拟，落地挑战明显。
原文摘要
受控环境农业（CEA）被视为限制耕地扩张和延长生长季的一种方式，但这些系统需要大量能源，其相关环境影响仍不明确。在此，我们开发了一个框架，将全球作物面积和产量（参考年份2020年）与一个理想化的上限情景进行比较，该情景由独立光伏（PV）供电的高科技温室或垂直农场组成，针对小麦、大豆、马铃薯和番茄。CEA能源计算与土地利用、作物制图和光伏能源数据集相结合，以将CEA产能与2020年全球作物产量值进行比较。在本研究纳入的420 Mha耕地面积中，由独立光伏阵列供电的假设高科技温室和垂直农场在乐观上限情景下，可分别在313 Mha（在研究耕地面积上四种作物合计占74.5%）和275 Mha（65.4%）上匹配2020年产量水平。模拟潜力在南北美洲部分地区、南亚、东亚、西非、地中海和中亚最大。这些结果反映的是一种理想化比较，大规模实施可持续CEA将面临重大技术、经济和社会挑战。然而，该框架确实说明了在哪些地点，土地和光伏能源约束对CEA实施限制最小。