地中海葡萄栽培中的农光互补系统：'Falanghina'葡萄藤的微气候调节与生理响应

《Horticulturae》：Agrivoltaic Systems in Mediterranean Viticulture: Microclimatic Modification and Physiological Responses of ‘Falanghina’ Grapevines

　　

农光互补系统（Agrivoltaic，AV）是协调农业管理与生产力同可再生能源生产的有前景策略，尤其在气候脆弱的地中海地区。本研究评估了静态光伏遮阴对半干旱条件下意大利南部（Southern Italy）栽培的Vitis vinifera（欧亚葡萄）品种'Falanghina'葡萄园微环境以及营养生长、产量与微生物学响应的影响，将高遮阴（AVS）与低遮阴（AVL）两种配置同全光照（full sun，FS）对照进行比较。尽管研究仅在单个生长季内进行，但AV系统中的葡萄树已在其各自的遮阴制度下生长并适应了约八年。AV系统通过降低太阳辐射、空气温度和风速改变葡萄园微气候，从而降低大气与土壤水分需求。这些形态调整与光化学性能改善、葡萄水分状况增强以及更有效气体交换相关。生理与结构响应转化为产量变化：与FS条件相比，中度遮阴（AVL）显著提高了每株产量97.7%，与高度遮阴（AVS）相比提高54.6%。这一生产力提升是在维持浆果品质与对照相当的可滴定酸（titrable acidity）水平下实现的，与FS葡萄相比仅增加18%至15%。在本研究评估的条件下，AV环境还影响了叶际（phyllosphere）可培养内生微生物群落，诱导了优势形态型（morphotypes）相对丰度的早期变化，但在任一阶段均未检测到丰富度（richness）或Shannon多样性的可检测变化，尽管其重复数有限。在本研究评估的条件下，AVL显示出有利生理与产量响应的组合。这些发现支持了已建立的农光互补系统缓解环境胁迫并在地中海经历干旱与高温条件下维持葡萄性能的潜力，而进一步的多年度研究对于评估这些响应在不同生长季的一致性是必要的。

一、研究背景

农光互补（Agrivoltaic，AV）系统可在同一土地上整合光伏太阳能生产与农业作物生产，被视为提升土地与自然资源利用效率、支持农业生态转型的重要途径。研究人员指出，地中海地区升温1.5–2 °C预计造成作物减产约30%，升温3–4 °C时减产可达60%，葡萄产业正日益暴露于长期干旱与高温胁迫风险之中。尽管已有研究表明光伏板遮阴可改良微气候、缓解热与水分胁迫，但关于AV诱导的微气候变化如何影响葡萄冠层生理及叶际（phyllosphere）微生物群落的田间证据仍然有限。

二、研究开展、结论与意义

研究人员于2025年生长季在意大利南部普利亚大区Laterza的'Svolta' s.r.l.农场开展田间观测，比较了Vitis vinifera品种'Falanghina'在高遮阴（AVS）、低遮阴（AVL）与全光照（FS）条件下的响应。研究证实：AV系统降低了太阳辐射、气温（?2.8 °C）、土壤温度（?1.8 °C）与风速，从而降低蒸发需求；遮阴改善了叶片光化学性能、水分状况与气体交换；AVL产量较FS提高97.7%、较AVS提高54.6%，而浆果品质基本不受影响。这一结果支持了已建立的AV系统可缓解地中海半干旱环境胁迫的潜力。

三、主要技术方法

研究采用现场观测设计，以AVS、AVL、FS各9株共27株'Falanghina'葡萄树为生物学采样单元。微气候由自动气象站（SenseCAP S2120）与土壤传感器（KIWI-TEKTELIC）连续监测；冠层光合有效辐射（photosynthetically active radiation，PAR）由数字图像分析软件（PhotoQuad）与固定相机（BCCC2000）连续拍摄定量。形态学采用叶面积仪（AM-400）与表皮印迹法测气孔密度（SD）、气孔表面积（SS）。生理测定包括气孔计（porometer）、多色素计（MPM-100）、叶绿素荧光仪（Handy-PEA）、压力室（PMS）及光谱仪（PG200N）。微生物经可培养分离，ITS与16S rDNA扩增后Sanger测序鉴定。统计基于R 4.4.1，采用单因素方差分析（ANOVA）、Kruskal–Wallis检验、Wilcoxon检验及Tukey/Dunn事后检验。

四、研究结果

3.1 微气候条件：AV区较FS平均气温低2.8 °C、20 cm深土壤温度低1.8 °C，平均风速由2.03 m s^?1降至0.84 m s^?1，平均PAR约为FS的50%，光照强度降低41%；土壤水势在AV下稳定于?30至?40 kPa，FS下则由6月约?30 kPa降至8月?100 kPa。结论：光伏遮阴显著降低大气与土壤蒸发需求。

3.2 形态参数：遮阴处理叶片生物量提高（鲜重增20–25%、干重增约30%）；AVS一级枝蔓节数较FS高约22%；一级叶面积AVL增35%、AVS增56%；气孔密度FS最高（较遮阴处理高约15%），气孔表面积遮阴叶增35–50%。结论：形态调整以优化光截获，AVL与AVS无显著差异提示存在生物饱和阈值。

3.3 生理参数：最大光化学效率（Fv/Fm）表现为AVS（0.82）>AVL（0.77）>FS（0.68），提示FS下光系统II（PSII）效率下降；气孔导度（stomatal conductance，g_s）以AVL最高、AVS最低，且AVL呈显著冠层东西侧不对称；正午茎水势（midday stem water potential，Ψ_MD）在FS更负（8月平均?0.68 MPa、季最低?1.20 MPa），AVL与AVS较FS分别改善23.6%与38.8%；叶绿素指数FS（0.52）
3.4 微生物群落：BBCH 79时，M1形态型（Staphylococcus sp.）显著驱动AV与FS间丰度差异（p<0.001），M2亦显著，二者相对丰度变化导致Simpson指数显著，而丰富度与Shannon多样性无差异；BBCH 89时各形态型丰度与多样性指数均无显著差异。结论：AV在生长早期诱导微生物优势型偏移，至收获期各处理趋于一致，且受重复数限制，结果为初步结果。

3.5 产量与浆果品质：AVL果穗数较FS增50%、AVS增12.5%，果穗重AVL增32%、AVS增14%；AVL产量较FS增97.7%、较AVS增54.6%；可溶性固形物FS最高（AVL降2%、AVS降9%）、pH无差异，可滴定酸（titrable acidity，TA）AVL增15%、AVS增18%。结论：适度遮阴显著增产并维持基本可比的糖酸平衡。

五、讨论部分

研究人员将结果与文献对照：温度与风速降低效应与意大利北部、法国、希腊等多地研究一致，光伏板的屏蔽作用减少了蒸发需求、有助于土壤保墒与维持水分状况；形态上，遮阴下气孔大而稀、全光照下小而密，体现了光驱动的气孔性状权衡，FS条件下气孔密度高可能代表高蒸发环境下的保守气孔策略；生理上，FS下Fv/Fm下降提示光抑制，AVL的g_s冠层不对称反映动态气孔控制，遮阴使Ψ_MD维持在胁迫阈值之上，可能保护木质部导水完整性，低R:FR（<0.9）可能作为遮阴信号激活功能适应；微生物方面，M1对引起葡萄藤干病的Fomitiporia mediterranea具有抗菌活性，其在AV下居优具有植物卫生管理意义，但属初步结果；产量方面，AVL的增产效应与同一农业区既往研究一致，单季结果不足以证明长期产量稳定性。

六、结论部分

研究人员总结：AV系统能够在半干旱地中海环境中通过缓解热与辐射峰值改变葡萄园微气候；在本研究站点条件下，即使单季研究，AVL配置仍提供了最佳的生理与农艺响应组合，改善了葡萄树水分状况与生产力，且未显著影响浆果品质；农光互补微气候似乎诱导了葡萄上优势微生物形态型相对丰度的早期季节变化，但这些效应是暂时的，因为可培养群落在收获期趋于一致；尽管这些响应反映葡萄树对长期运行AV系统的适应，仍需进一步开展多年、多品种及不同季节病害压力与气候条件下的试验，以验证这些系统的长期稳定性与区域适用性。