太阳能驱动的智能灌溉系统：城市农业可持续发展的变革力量

为解决城市地区面临的绿地匮乏、水资源稀缺等挑战，研究人员开展了太阳能驱动的智能屋顶灌溉系统设计与评估研究。结果显示，该智能系统相比传统灌溉，节水节能 28.1%，CO2排放降至 0.181 kg CO2/m2/ 年 ，回收期 5.6 年，对城市农业可持续发展意义重大。

　　在城市不断扩张、人口持续增长的当下，城市地区面临着诸多严峻挑战。绿地的稀缺让城市少了几分自然的气息与生机，水资源的匮乏更是限制了城市的发展与人们的生活，环境污染如阴霾笼罩，而大量的热排放也使得城市 “热岛效应” 愈发严重，这些问题在发展中国家尤为突出。在这样的背景下，城市农业的可持续发展显得至关重要，它不仅关乎城市居民的食物供应，还对缓解环境问题有着重要意义。但传统的农业灌溉方式存在诸多弊端，如依赖人力、水资源浪费严重，并且多依靠不可再生能源，这无疑加重了环境负担。因此，为了找到一种更高效、环保且可持续的灌溉方式，来自埃及艾因夏姆斯大学（Ain Shams University）等机构的研究人员开展了一项关于太阳能驱动的智能屋顶灌溉系统的研究，该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法来推进研究。首先，利用土壤湿度传感器实时监测土壤的水分状况，以此为依据来精确控制灌溉时间和水量；其次，运用 Arduino-embedded 控制器管理水泵的运行，实现自动化的灌溉流程；此外，通过太阳能光伏（PV）面板为整个系统提供能源，减少对传统能源的依赖 。

研究结果如下：

• PV 模块性能分析：研究对 PV 系统的性能进行了分析，发现 PV 面板在 13:00 能达到最大输出功率 105W ，当日平均输出功率为 87.5W，电效率为 18.6%。通过对其输出功率和效率的研究，了解到该系统在不同环境条件下的整体性能表现12。
• 水、能源和产量分析：对传统和智能灌溉系统的能耗和水耗进行监测对比。结果显示，智能系统在能耗和水耗上均低于传统系统，与传统系统相比，智能系统节水节能达 28.1%，且两种系统的薄荷产量相同。这表明智能灌溉系统能在不影响作物产量的前提下，有效减少资源消耗34。
• WUE、EP、CO2排放和经济分析：智能系统的水利用效率（WUE）和能源生产力（EP）高于传统系统，CO2排放量低于传统系统，其CO2排放减少值为 0.181 kg CO2/m2/ 年 ，碳足迹降低了 28.1%。经济分析表明，该系统的生命周期成本为 775 美元，投资回收期为 5.6 年 ，具有较好的经济效益567。

研究结论和讨论部分指出，该太阳能驱动的智能灌溉系统在城市农业可持续发展方面具有巨大潜力。它不仅能有效节约水资源和能源，减少CO2排放，助力应对气候变化，还在经济上具有可行性，为城市农业的发展提供了一种可持续的解决方案。此外，研究还提出了一系列政策建议，如倡导综合规划策略、加强可持续资源管理知识的普及、建立相关立法框架等，以推动可持续资源管理。这一研究为城市农业的未来发展指明了方向，有望在全球范围内推广应用，促进城市农业向更加绿色、高效的方向转变 。