DOI: https://doi.org/10.1002/aesr.70185
تاريخ النشر: 2026-04-01
المؤلف: Natalie Hanrieder وآخرون
الموضوع الرئيسي: أنظمة الطاقة الشمسية والاستدامة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير تغير المناخ على إنتاجية النبيذ في موقعين، هاتزن بورت في ألمانيا ولوجار في إسبانيا، بينما تستكشف إمكانية استخدام الزراعة الكهروضوئية (APV) للتخفيف من هذه التحديات. تشير البيانات التاريخية للطقس وتوقعات المناخ إلى ارتفاع كبير في درجات الحرارة – حوالي 2.5 درجة مئوية منذ عام 1970، مع توقعات بزيادة مستقبلية تصل إلى 5.8 درجة مئوية بحلول عام 2100 في هاتزن بورت تحت سيناريو قوة إشعاعية قدرها 8.5 واط م\(^{-2}\). بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن يشهد لوجار موجات حرارية وجفاف أكثر تكرارًا، مع حدوث مراحل فينولوجية في وقت مبكر من 10-20 يومًا، مما يزيد من المخاطر مثل أضرار البرد وتقليل فترات السكون.
تشير النتائج إلى أن أنظمة APV يمكن أن توفر حماية حاسمة للكروم ضد الطقس القاسي، وتعزز المناخات الدقيقة من خلال خفض درجات حرارة الهواء والتربة، وتسهيل إنتاج الطاقة المتجددة على الأراضي الزراعية. بينما تقدم APV استراتيجيات تكيف واعدة يمكن أن تثبت الإنتاجية وتقلل من تكاليف الري والطاقة، هناك مخاوف بشأن التأثيرات السلبية المحتملة على جودة العنب وأوقات النضج. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تقييمات محددة للموقع لتحديد الظروف التي يمكن أن تتصدى فيها APV بفعالية للتأثيرات السلبية لتغير المناخ على زراعة الكروم، بهدف تحديد السيناريوهات التي تحقق فوائد صافية لإنتاج النبيذ.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على ضرورة الانتقال في كلا من قطاع الطاقة والزراعة لتحقيق اقتصاد “صفر صافي” من ثاني أكسيد الكربون. تُعرض أنظمة الزراعة الكهروضوئية (APV)، التي تتضمن الاستخدام المزدوج للأراضي لتوليد الطاقة الشمسية والإنتاج الزراعي، كحل قابل للتطبيق لتعزيز الأمن الغذائي والطاقة العالمي. من خلال دمج وحدات الطاقة الشمسية (PV) فوق المحاصيل، لا تولد APV طاقة نظيفة فحسب، بل تعزز أيضًا اقتصاد غذائي مستدام في المناطق الريفية، مما يخفف من المنافسة على الأراضي بين المنشآت الشمسية والزراعة.
علاوة على ذلك، يُفترض أن أنظمة APV يمكن أن تخفف من التأثيرات السلبية لتغير المناخ على الإنتاجية الزراعية، خاصة في سياق ارتفاع درجات الحرارة والجفاف. يمكن أن يؤدي تنفيذ APV إلى تقليل كبير في انبعاثات غازات الدفيئة مع تأثير ضئيل على الدخل الزراعي. تشير المقدمة أيضًا إلى دراسات تفحص تأثيرات تغير المناخ على زراعة الكروم، مشيرة إلى أن مراجعة حديثة أشارت إلى أن حوالي 90% من مناطق النبيذ التقليدية على السواحل معرضة للخطر.
طرق البحث
تبحث الدراسة في تأثيرات تغير المناخ على الزراعة، مع التركيز بشكل خاص على إنتاجية النبيذ، وتقييم إمكانية أنظمة الزراعة الكهروضوئية (APV) للتخفيف من هذه التأثيرات عبر أوروبا. لتحقيق ذلك، تقارن الدراسة بين موقعين أوروبيين من خلال تحليل قياسات الطقس، ومجموعات بيانات إعادة التحليل، وتوقعات المناخ المختلفة التي تمتد حتى عام 2100. تدعم النتائج ملخص شامل لمجموعات البيانات التي تم تقييمها، والذي يُعرض في الجدول 1. تهدف هذه الطريقة المنهجية إلى توضيح التأثيرات المتنوعة لتغير المناخ على الإنتاجية الزراعية تحت سيناريوهات مستقبلية مختلفة.
النتائج
تستكشف نتائج هذه الدراسة تأثير تغير المناخ على إنتاج النبيذ في مناطق محددة من ألمانيا وإسبانيا، مع التركيز على المخاطر المتعلقة بالمناخ التي تؤثر على إنتاجية زراعة الكروم. تشمل المخاطر الرئيسية المحددة أيام الصقيع بعد انفجار البراعم، وأحداث البرد، والجفاف، وموجات الحرارة التي تحدث بين انفجار البراعم والحصاد. بينما يتم الاعتراف بأحداث هطول الأمطار الشديدة وفترات البرد الشتوي غير الكافية كعوامل إضافية، إلا أنه لم يتم تحليلها بالتفصيل. تستخدم الدراسة بيانات إعادة التحليل (ERA5)، والقياسات في الموقع، وتوقعات من CMIP6 وEURO-CORDEX لتقييم التحديات التي تواجه أصناف العنب التقليدية في التكيف مع زيادة الضغط الحراري، خاصة في إسبانيا، بينما تواجه الأصناف الباردة في ألمانيا، مثل ريسلينغ، أيضًا تحديات كبيرة.
تشير النتائج إلى أنه بينما قد يوفر تغير المناخ فرصًا لتقديم أصناف جديدة من العنب، فإن التأثير العام لا يزال غير مؤكد، مما يبرز أهمية توفر المياه على المدى الطويل وسط تزايد تقلبات هطول الأمطار. تسلط الدراسة الضوء على إمكانية أنظمة الزراعة الكهروضوئية (APV) للتخفيف من هذه المخاطر من خلال تحسين درجات حرارة الهواء والتربة وزيادة مستويات رطوبة التربة. تختلف فعالية أنظمة APV بناءً على التصميم والظروف المناخية، مع إمكانية إدارة الزيادات المعتدلة في درجات الحرارة في لوجار من خلال تصميم APV مناسب، بينما قد تتجاوز الزيادات الأعلى في هاتزن بورت القدرات الحالية للتكيف. بشكل عام، تُعرض أنظمة APV كتكنولوجيا واعدة لتعديل ممارسات إدارة المحاصيل في زراعة الكروم، بهدف تحسين الإنتاجية واستقرار الحصاد على الرغم من التغيرات المتوقعة في المراحل الفينولوجية بسبب تغير المناخ.
المناقشة
تسلط المناقشة حول منشآت الزراعة الكهروضوئية (APV) في زراعة الكروم الضوء على فوائدها المحتملة في تعزيز نمو المحاصيل والقدرة على التحمل، خاصة في المناطق الجافة مثل المناطق المتوسطية في إسبانيا. تشير النمذجة الإقليمية إلى أن أنظمة APV يمكن أن تحسن الإنتاجية الزراعية، وتزيد من كفاءة استخدام المياه، وتخلق مناخات دقيقة ملائمة من خلال توفير الظل المنظم، مما يقلل من التبخر خلال الفترات الجافة. تظهر دراسات من مناطق مختلفة، بما في ذلك إسبانيا وإيطاليا، أن منشآت APV يمكن أن تخفض درجات حرارة الهواء والتربة، وتزيد من رطوبة التربة، وحتى تعزز من معدلات النتح والتمثيل الضوئي في الكروم. ومع ذلك، تشير بعض النتائج أيضًا إلى انخفاض طفيف في إنتاجية وجودة العنب تحت أنظمة APV، مما يشير إلى تأثير معقد قد يختلف وفقًا للظروف والتكوينات المحددة.
تظهر التقييمات الاقتصادية لأنظمة APV في مزارع الكروم تحديات تتعلق بالنفقات الرأسمالية العالية والعائد المحدود من إنتاج العنب والطاقة المدمجة. تشير الأطر الحالية إلى أن الربحية تعتمد على عوامل مثل تكاليف رأس المال، وأسعار الكهرباء، والسياسات الداعمة. بينما تشير بعض الدراسات إلى أن APV يمكن أن تكون قابلة للتطبيق اقتصاديًا تحت ظروف معينة، لا تزال الأدلة القوية محدودة، مما يستدعي مزيدًا من البحث التجريبي لاستكشاف الجدوى الاقتصادية طويلة الأجل لـ APV في زراعة الكروم. تكمن حداثة هذه الدراسة في تحليلها المقارن لمناطق زراعة الكروم الأوروبية المختلفة، بهدف توضيح تأثيرات APV على المناخ الدقيق، وطلب المياه، والإنتاجية تحت سيناريوهات المناخ المستقبلية، وبالتالي معالجة الفجوات الموجودة في الأدبيات بشأن قابلية نقل نتائج APV عبر سياقات مناخية مختلفة.
القيود
تعترف الدراسة بعدة قيود تعيق الفهم الشامل للزراعة الكهروضوئية (APV) في زراعة الكروم. من الجدير بالذكر أنه لا توجد دراسات طويلة الأجل منهجية تستكشف التفاعلات بين APV وفسيولوجيا الكروم، وجودة العنب، والعوامل البيئية مثل توازن المياه والتربة عبر مناطق المناخ المختلفة. لتقييم إمكانيات APV بشكل كامل، يجب على الأبحاث المستقبلية استخدام منهجيات موحدة لقياس الإنتاجية، وتأثيرات المناخ الدقيق، وكفاءة استخدام المياه. يعد إنشاء قواعد بيانات قابلة للمقارنة أمرًا حيويًا للتحقق من APV كاستراتيجية تكيف مستدامة في السياقات الزراعية.
بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة إلى تحليلات اجتماعية واقتصادية لتقييم القبول، والجدوى الاقتصادية، والتكامل الأمثل لـ APV في العمليات الزراعية الحالية. يجب أن تدمج الأبحاث المستقبلية بين الأساليب التجريبية والنموذجية لوضع توصيات محددة للموقع لتنفيذ APV في زراعة الكروم. سيساعد ذلك في تحديد الظروف التي يمكن أن تحقق فيها أنظمة APV آثارًا إيجابية صافية، خاصة في ظل تغير المناخ التدريجي.
DOI: https://doi.org/10.1002/aesr.70185
Publication Date: 2026-04-01
Author(s): Natalie Hanrieder et al.
Primary Topic: Photovoltaic Systems and Sustainability
Overview
The research investigates the impact of climate change on wine yields at two sites, Hatzenport, Germany, and Laujar, Spain, while exploring the potential of Agrivoltaics (APV) to mitigate these challenges. Historical meteorological data and climate projections indicate a significant rise in temperatures—approximately 2.5°C since 1970, with future increases projected to reach up to 5.8°C by 2100 in Hatzenport under a radiative forcing scenario of 8.5 W m\(^{-2}\). Additionally, Laujar is expected to experience more frequent heat waves and droughts, with phenological stages occurring 10-20 days earlier, heightening risks such as hail damage and reduced dormancy periods.
The findings suggest that APV systems could provide crucial protection for vineyards against extreme weather, enhance microclimates by lowering air and soil temperatures, and facilitate renewable energy production on agricultural land. While APV presents promising adaptation strategies that could stabilize yields and reduce irrigation and energy costs, there are concerns regarding potential negative impacts on grape quality and ripening times. The study emphasizes the need for site-specific assessments to determine the conditions under which APV can effectively counteract the adverse effects of climate change on viticulture, ultimately aiming to identify scenarios that yield net benefits for wine production.
Introduction
The introduction highlights the necessity of transitioning both the energy and agricultural sectors to achieve a “net zero” CO₂ economy. Agrivoltaic (APV) systems, which involve the dual use of land for solar energy generation and agricultural production, are presented as a viable solution to enhance global food and energy security. By integrating photovoltaic (PV) modules above crops, APV not only generates clean energy but also fosters a sustainable food economy in rural areas, thereby alleviating land competition between solar installations and agriculture.
Furthermore, APV systems are posited to mitigate the adverse effects of climate change on agricultural productivity, particularly in the context of increasing temperatures and aridity. The implementation of APV can lead to substantial reductions in greenhouse gas emissions while minimally impacting agricultural income. The introduction also references studies examining the effects of climate change on viticulture, noting that a recent review indicated that approximately 90% of traditional wine regions along coastlines are at risk.
Methods
The study investigates the impacts of climate change on agriculture, specifically focusing on wine yield, and evaluates the potential of Agrivoltaic (APV) systems to mitigate these effects across Europe. To achieve this, the research compares two European sites by analyzing meteorological measurements, reanalysis datasets, and various climate projections extending to the year 2100. The findings are supported by a comprehensive summary of the evaluated datasets, which is presented in Table 1. This methodological approach aims to elucidate the diverse effects of climate change on agricultural productivity under different future scenarios.
Results
The results of this study investigate the impact of climate change on wine production in specific regions of Germany and Spain, focusing on various climate-related risks that affect viticulture yields. Key risks identified include frost days post-budburst, hail events, droughts, and heat waves occurring between budburst and harvest. While extreme precipitation events and insufficient winter cold periods are acknowledged as additional factors, they are not analyzed in detail. The research utilizes reanalysis data (ERA5), onsite measurements, and projections from CMIP6 and EURO-CORDEX to assess the challenges faced by traditional grape varieties in adapting to increasing heat stress, particularly in Spain, while cool-climate varieties in Germany, such as Riesling, also face significant challenges.
The findings suggest that while climate change may offer opportunities for introducing new grape varieties, the overall impact remains uncertain, emphasizing the importance of long-term water availability amidst increasing precipitation variability. The study highlights the potential of agro-photovoltaic (APV) systems to mitigate these risks by improving air and soil temperatures and enhancing soil moisture levels. The effectiveness of APV systems varies based on design and climatic conditions, with moderate temperature increases in Laujar potentially manageable through proper APV design, whereas higher increases in Hatzenport may exceed current adaptation capacities. Overall, APV systems are presented as a promising technology for adjusting crop management practices in viticulture, aiming to optimize yields and stabilize harvests despite the anticipated shifts in phenological stages due to climate change.
Discussion
The discussion on Agrivoltaic (APV) installations in viticulture highlights their potential benefits in enhancing crop growth and resilience, particularly in arid regions like the Mediterranean areas of Spain. Regional modeling indicates that APV systems can improve agricultural productivity, increase water use efficiency, and create favorable microclimates by providing controlled shading, which reduces evaporation during dry periods. Studies from various regions, including Spain and Italy, demonstrate that APV installations can lower air and soil temperatures, increase soil moisture, and even enhance grapevine transpiration and photosynthesis rates. However, some findings also indicate slight reductions in grape yield and quality under APV systems, suggesting a nuanced impact that may vary with specific conditions and configurations.
Economic evaluations of APV systems in vineyards reveal challenges related to high capital expenditures and limited revenue from combined grape and energy production. Current frameworks indicate that profitability is contingent on factors such as CAPEX, electricity prices, and supportive policies. While some studies suggest that APV can be economically viable under certain conditions, robust evidence remains limited, necessitating further empirical research to explore the long-term economic feasibility of APV in viticulture. The novelty of this study lies in its comparative analysis of two distinct European viticulture regions, aiming to elucidate the effects of APV on microclimate, water demand, and yield under future climate scenarios, thereby addressing existing gaps in the literature regarding the transferability of APV findings across different climatic contexts.
Limitations
The study acknowledges several limitations that hinder a comprehensive understanding of Agrivoltaics (APV) in viticulture. Notably, there is a lack of systematic long-term studies that explore the interactions between APV and vine physiology, grape quality, and environmental factors such as water and soil balance across various climate zones. To fully evaluate the potential of APV, future research must employ standardized methodologies for measuring yield, microclimate impacts, and water use efficiency. Establishing comparable databases is crucial for validating APV as a sustainable adaptation strategy in agricultural contexts.
Additionally, socioeconomic analyses are necessary to assess the acceptance, economic viability, and optimal integration of APV into existing agricultural operations. Future research should integrate both experimental and model-based approaches to formulate site-specific recommendations for APV implementation in viticulture. This will help determine the conditions under which APV systems can yield net positive effects, particularly in the face of progressive climate change.