蔓越莓種植能和太陽能板共生嗎?

蔓越莓是多年生植物的濕地水果,生長在氣候較涼爽的溫帶地區與有充足淡水供應的酸性泥炭沙質土壤中。在美國馬薩諸塞州,蔓越莓以濕式種植法生長和採收,低窪的農田有沙子、泥炭、礫石和黏土,通常被稱為蔓越莓沼澤(Cranberry Bog)。商業的蔓越莓沼澤使用濕地、溝渠、水槽、池塘或其他水體系統來種植。在冬季12月下旬至3月,蔓越莓會被淡水淹沒,這時水表面結冰,冰層下的水溫較外界氣溫高,可保護其藤蔓和芽免受霜凍傷害。3月中旬,淹沒蔓越莓的淡水會被排乾,讓藤蔓擺脫休眠狀態,此時蔓越莓的生長季開始,粉紅色的花朵開始盛開。藉由蜂蜜授粉,在六月中旬時果實開始生長,漿果開始變綠變白,到秋天則轉變為紅色,十月採收季節時,由於成熟的蔓越莓漿果裡面有四個氣孔,因此在水裡會上浮,農夫灌水入蔓越莓沼澤,讓蔓越莓漿果浮起,此時採收機械水捲軸,俗稱打蛋器,將攪動沼澤中的水,漿果就會脫離藤蔓浮在水面上,接著農夫再使用工具集中漿果、推向傳送帶,將漿果送上卡車,載至接收站清潔。

▲在蔓越莓沼澤採收蔓越莓的農夫們

圖片來源:Keith Weller, USDA-ARS.

  美國馬薩諸塞州有375個蔓越莓農場,每年種植全美國4分之1的蔓越莓,然而,代表該州蔓越莓農夫的Cape Cod蔓越莓種植者協會表示,過去20年,美國蔓越莓最大生產州--魁北克州和威斯康辛州種植者的競爭日益增加,導致蔓越莓保持在一個相對較低的價格。此外,種植蔓越莓的地點通常是濕地或低窪地區,並不能出售給房地產開發商,因此,許多農民也面臨了生計問題。2019年馬薩諸塞州啟動了太陽能馬薩諸塞州再生目標(Solar Massachusetts Renewable Target; SMART)獎勵計畫,該計畫向太陽能板所有者提供每kWh發電量的固定費率。這個補助計畫鼓勵太陽能與農業結合。同時,馬薩諸塞州環境保護部門也提出對於在蔓越莓沼澤太陽能開發的濕地保護法案規則的政策指導與監管規則,規定太陽能系統的高度、結構和容量設置規則、濕地性能標準與管理、面板遮陽造成最大日照減少量不得超過50%,需要使發電和農業生產維持平衡,20年補助計畫期間都要有連續的農業生產等,最重要的是不破壞或以其他方式損害毗鄰植被濕地。


▲在馬薩諸塞州卡佛的太陽能光電系統下生長的蔓越莓藤蔓
圖片來源:Cranberry Growth under Solar Panels - Fact sheet from UMass Cranberry Extension

  儘管有相關獎勵計畫與政策指導,重要的作物種植情形沒有相關的科學研究報告,關於如何在沼澤中豎立樁柱、面板產生的陰影如何影響作物生產力及完成的結構會如何干擾現有的蔓越莓植物,都沒有相關的研究結果。因此,2019年馬薩諸塞大學蔓越莓站以膠合板模擬太陽能裝置在蔓越莓沼澤上進行試驗,查看陰影是否會導致漿果數量的減少或品質下降。由於蔓越莓是屬於林下植物,合理的假設它在低光照條件下是可以生長良好的,只要光照能達到其光飽和度。所謂光飽和度,即隨著光照增加,光合作用速率增加,當到達一個程度,更多的光已經不能導致光合作用持續增加,故而稱之。這個研究實驗尚在持續進行,初步結果認為蔓越莓的光合作用不僅取決於太陽能輻射量,還取決於當時氣溫,負責促進光合作用的蔓越莓酶在85°F(約29.5°C)以上的溫度會受到負面影響。在特定生長階段,即開花和果實發育期遮陰30天時,會使蔓越莓漿果產量降低。另一項研究指出遮陰30%的蔓越莓藤蔓會出現黃藤蔓綜合症(yellow vine syndrome; YVS)。太陽能板下的樹冠溫度降低約7°F(約3.9°C),太陽能電池板之間的樹冠溫度降低了約6°F(約3.3°C)。雨後由於漏斗現象,導致土壤含水率上升。還有更多的問題需要試驗才能獲得數據結果,例如全年遮陰對於漿果產量是否可以達到商業水準?面板下方的光被攔截多少?陰影對於蔓越莓果實的品質包括顏色等重要的果實品質參數的影響情況未知。所以,研究者建議在進行大型計畫之前,農夫可以在小面積或小地塊上試用太陽能電池板,以了解其在特定情況下的工作情況與生產情形。

  2021年位於北卡羅來納州的太陽能開發商 Pine Gate Renewables預計今年與蔓越莓農夫合作,不使用傳統鋼架支撐太陽能電池陣列,而是設計一種木質電線桿的型式安裝在沼澤作為結構裝設太陽能板,他們希望這種電線桿在潮濕的沼澤條件下更加耐用,同時讓蔓越莓作物將繼續在高架面板下方的沼澤中種植和收穫。儘管如此,馬薩諸塞大學蔓越莓站的研究人員仍在進行相關研究,他們認為將太陽能板放在蔓越莓沼澤的多年生作物上,對現有植物的損害是不可避免的,團隊正在試驗如何減少損害的程度並提升植物在面板下的生長狀態。


▲在馬薩諸塞州種植和收穫的蔓越莓

圖片來源:結合Cranberry Growth under Solar Panels - Fact sheet from UMass Cranberry Extension與Cjboffoli, CC 3.0


參考資料

  1. Cranberry farmers look to sweeten income by pairing crop with solar panels.
    https://energynews.us/2021/05/28/cranberry-farmers-look-to-sweeten-income-by-pairing-crop-with-solar-panels/
  2. Cranberry Growth under Solar Panels - Fact sheet from UMass Cranberry Extension.
    https://ag.umass.edu/sites/ag.umass.edu/files/pdf-doc-ppt/shading_and_solar_panels_may_2019.pdf
  3. Wetland Protection Act Rules regarding Solar Development on Cranberry Bogs - Policy guidance from the Massachusetts Department of Environmental Protection.
  4. https://ag.umass.edu/sites/ag.umass.edu/files/pdf-doc-ppt/guidance_on_agriculture_and_solar_energy_under_the_wpa_and_smart_programs_10_5_18.pdf
  5. Giverson Mupambi. 2020 Update Mtg: Cranberry Production and Solar. University of Massachusetts.
    https://scholarworks.umass.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1302&context=cranberry_extension