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Authors
Abstract(s)
Climate change threatens agriculture, particularly vine cultivation for wine production, with extreme heat, droughts, and erratic rainfall affecting harvest planning, increasing disease risks, and degrading grape quality. One promising option is the use of photovoltaic panels in agrivoltaic setups. These panels provide shade, reducing light exposure, lowering temperatures, and conserving water in vineyards furthermore they offer a means to mitigate the impacts of climate change on viticulture while fostering sustainability and providing farmers an extra source of income. This study aims to achieve two primary objectives: firstly, to assess the spatial variability within the vineyard and identify optimal locations for study plants, ensuring fair comparisons between treatments; and secondly, to comprehensively characterize the initial year of the experiment prior to implementing the agrivoltaic system. Focused on Viosinho white grape, this study was carried out in a Lisbon experimental vineyard (ISA). Given that the placement of the agrivoltaic structure was predetermined within a single large parcel of the vineyard, an initial investigation was conducted to identify plants outside this designated area that exhibited comparable performance. Subsequently, two distinct plots were established: the control plot and the agrivoltaic plot. In this thesis, various parameters were systematically gathered to characterize the selected plants throughout the research, such as: shoot length, phenology, water status, leaf areas, thermography, yield components, berry composition and wine analysis, among others. Statistical tests for data comparison included ANOVA and Tukey Test.
The study found that phenology development was closely aligned for both plots, except during March’s budburst, with the PV plot being bursting slightly later than the control plot. Vegetative parameters evolved similarly, averaging 2.85 m2 of leaf area near harvest for both plots. Stem water potential showed no differences except at the pea-size stage, where the PV plot presented average values 15% lower than the control plot, but both maintaining comfort water status until veraison. Photosynthesis activity showed statistically different values between the two plots, exclusively at veraison, where the PV presented 23% less photosynthetic activity than the Control. Regarding stomatal conductance, no statistical differences were found between plots except at maturation, with 40% more activity for Control compared to the PV. Bird activity affected PV plot significantly more than the Control plot, eating 3 times more bunches in the PV, however not significantly affecting the final yield. Oenological parameters (alcohol content, pH, and total acidity) showed no significant differences.
In conclusion, both plots exhibited similar physiological and oenological characteristics, with slight variations in plant water status and initial phenological stages. This suggests the chosen smart points are suitable for assessing the future impact of solar panels, providing a foundation for further agrivoltaic research, emphasizing the significance of accounting for spatial variability in the field. However, it should be noted for future reference, that the PV plot has a trend to be slightly more stressed than the Control plot, even though in most phenological stages the difference is not statistically significant. Ongoing research and long-term monitoring will yield valuable insights for optimizing the coexistence of solar energy production and vineyard cultivation. Moreover, it is advisable to explore the critical phenological periods to strike the best balance between energy production, ideal plant growth conditions, and overall wine quality.
As alterações climáticas ameaçam a agricultura, especialmente a cultura da vinha para a produção de vinho, com o calor extremo, as secas e as chuvas erráticas afetando o planeamento da colheita, aumentando os riscos de doenças e degradando a qualidade da uva. Uma opção promissora é o uso de painéis fotovoltaicos em sistemas agrivoltaicos. Estes painéis fornecem sombra, reduzindo a exposição à luz, diminuindo as temperaturas e conservando água nas vinhas; além disso, oferecem um meio de mitigar os impactos das alterações climáticas na viticultura, ao mesmo tempo que promovem a sustentabilidade e proporcionam aos agricultores uma fonte extra de renda. Este estudo tem como objetivo alcançar dois objetivos principais: primeiro, avaliar a variabilidade espacial dentro da vinha e identificar locais ótimos para as plantas do estudo, garantindo comparações justas entre os tratamentos; e segundo, caracterizar de forma abrangente o primeiro ano do experimento antes de implementar o sistema agrivoltaico. Focado na uva branca Viosinho, este estudo foi realizado numa vinha experimental em Lisboa (ISA). Dado que a colocação da estrutura agrivoltaica estar predefinida dentro de uma única grande parcela da vinha, foi realizada uma investigação inicial para identificar plantas fora desta área que exibiam um desempenho comparável. Posteriormente, foram estabelecidas duas parcelas distintas: a parcela de controlo e a parcela agrivoltaica. Ao longo desta tese foram recolhidos diversos parâmetros para caracterizar as plantas selecionadas, tais como: comprimento dos sarmentos, fenologia, estado hídrico, áreas foliares, termografia, componentes de produção, composição dos bagos e análise do vinho, entre outros. Os testes estatísticos para comparação de dados incluíram ANOVA e Teste de Tukey. O estudo constatou que o desenvolvimento da fenologia estava alinhado de forma semelhante para ambas as parcelas, exceto durante o abrolhamento de março, com um ligeiro atraso na parcela fotovoltaica. Os parâmetros vegetativos evoluíram de forma semelhante, com uma média de 2,85 m2 de área foliar perto da vindima para ambas as parcelas. O potencial hídrico do caule não apresentou diferenças, exceto na fase de bago de ervilha, onde a parcela agrivoltaica apresentou valores médios 15% inferiores à parcela de controlo, mas ambas mantiveram um estado hídrico confortável até ao pintor. A atividade fotossintética apresentou diferenças significativas entre as duas parcelas exclusivamente ao pintor, , neste caso, a parcela agrivoltaica apresentou uma atividade fotossintética 23% inferior à parcela controlo. Relativamente à condutância estomática, não foram encontradas diferenças significativas entre parcelas, com excepção da fase final da maturação, onde a parcela controlo apresentou valores cerca de 40% superiores à parcela agrivolaica. A atividade dos pássaros afetou significativamente a parcela agrivoltaica mais do que a parcela controlo, destruindo três vezes mais bagos na parcela agrivoltaica, no entanto, não afetando significativamente o rendimento final. Os parâmetros enológicos (teor alcoólico, pH e acidez total) não apresentaram diferenças significativas. Em conclusão, ambas as parcelas exibiram características fisiológicas e enológicas semelhantes, com ligeiras variações no estado hídrico das plantas e nos estágios fenológicos iniciais. Este facto sugere que as plantas de estudo escolhidas são adequados para avaliar o impacto futuro dos painéis solares, fornecendo uma base para futuras pesquisas agrivoltaicas e enfatizando a importância de considerar a variabilidade espacial no campo. No entanto, é importante constatar para referência futura que a parcela agrivoltaica apresentou uma tendência a estar em estados de stress ligeiramente superiores à parcela de controlo, mesmo que na maioria dos estados fenológicos, a diferença não tenha sido estatisticamente significativa. No futuro, a monitorização a longo prazo, após instalação dos painéis, proporcionará insights valiosos para otimizar a coexistência da produção de energia solar e o cultivo de vinha. Além disso, é aconselhável explorar os períodos fenológicos críticos para alcançar o melhor equilíbrio entre a produção de energia, as condições ideais de crescimento das plantas e a qualidade geral do vinho.
As alterações climáticas ameaçam a agricultura, especialmente a cultura da vinha para a produção de vinho, com o calor extremo, as secas e as chuvas erráticas afetando o planeamento da colheita, aumentando os riscos de doenças e degradando a qualidade da uva. Uma opção promissora é o uso de painéis fotovoltaicos em sistemas agrivoltaicos. Estes painéis fornecem sombra, reduzindo a exposição à luz, diminuindo as temperaturas e conservando água nas vinhas; além disso, oferecem um meio de mitigar os impactos das alterações climáticas na viticultura, ao mesmo tempo que promovem a sustentabilidade e proporcionam aos agricultores uma fonte extra de renda. Este estudo tem como objetivo alcançar dois objetivos principais: primeiro, avaliar a variabilidade espacial dentro da vinha e identificar locais ótimos para as plantas do estudo, garantindo comparações justas entre os tratamentos; e segundo, caracterizar de forma abrangente o primeiro ano do experimento antes de implementar o sistema agrivoltaico. Focado na uva branca Viosinho, este estudo foi realizado numa vinha experimental em Lisboa (ISA). Dado que a colocação da estrutura agrivoltaica estar predefinida dentro de uma única grande parcela da vinha, foi realizada uma investigação inicial para identificar plantas fora desta área que exibiam um desempenho comparável. Posteriormente, foram estabelecidas duas parcelas distintas: a parcela de controlo e a parcela agrivoltaica. Ao longo desta tese foram recolhidos diversos parâmetros para caracterizar as plantas selecionadas, tais como: comprimento dos sarmentos, fenologia, estado hídrico, áreas foliares, termografia, componentes de produção, composição dos bagos e análise do vinho, entre outros. Os testes estatísticos para comparação de dados incluíram ANOVA e Teste de Tukey. O estudo constatou que o desenvolvimento da fenologia estava alinhado de forma semelhante para ambas as parcelas, exceto durante o abrolhamento de março, com um ligeiro atraso na parcela fotovoltaica. Os parâmetros vegetativos evoluíram de forma semelhante, com uma média de 2,85 m2 de área foliar perto da vindima para ambas as parcelas. O potencial hídrico do caule não apresentou diferenças, exceto na fase de bago de ervilha, onde a parcela agrivoltaica apresentou valores médios 15% inferiores à parcela de controlo, mas ambas mantiveram um estado hídrico confortável até ao pintor. A atividade fotossintética apresentou diferenças significativas entre as duas parcelas exclusivamente ao pintor, , neste caso, a parcela agrivoltaica apresentou uma atividade fotossintética 23% inferior à parcela controlo. Relativamente à condutância estomática, não foram encontradas diferenças significativas entre parcelas, com excepção da fase final da maturação, onde a parcela controlo apresentou valores cerca de 40% superiores à parcela agrivolaica. A atividade dos pássaros afetou significativamente a parcela agrivoltaica mais do que a parcela controlo, destruindo três vezes mais bagos na parcela agrivoltaica, no entanto, não afetando significativamente o rendimento final. Os parâmetros enológicos (teor alcoólico, pH e acidez total) não apresentaram diferenças significativas. Em conclusão, ambas as parcelas exibiram características fisiológicas e enológicas semelhantes, com ligeiras variações no estado hídrico das plantas e nos estágios fenológicos iniciais. Este facto sugere que as plantas de estudo escolhidas são adequados para avaliar o impacto futuro dos painéis solares, fornecendo uma base para futuras pesquisas agrivoltaicas e enfatizando a importância de considerar a variabilidade espacial no campo. No entanto, é importante constatar para referência futura que a parcela agrivoltaica apresentou uma tendência a estar em estados de stress ligeiramente superiores à parcela de controlo, mesmo que na maioria dos estados fenológicos, a diferença não tenha sido estatisticamente significativa. No futuro, a monitorização a longo prazo, após instalação dos painéis, proporcionará insights valiosos para otimizar a coexistência da produção de energia solar e o cultivo de vinha. Além disso, é aconselhável explorar os períodos fenológicos críticos para alcançar o melhor equilíbrio entre a produção de energia, as condições ideais de crescimento das plantas e a qualidade geral do vinho.
Description
Mestrado em Engenharia de Viticultura e Enologia. Universidade de Lisboa, Instituto Superior de Agronomia. Universidade do Porto, Faculdade de Ciências
Keywords
climate change solar panels grapevine sustainability advanced technologies mudanças climáticas painéis solares videira sustentabilidade tecnologias avançadas
Pedagogical Context
Citation
Degl’Innocenti, E. Agrivoltaic trial preparation. Understanding spatial vineyard variability of cv. Viosinho at Instituto Superior de Agronomia. Lisboa: ISA-Universidade de Lisboa, 2023. Dissertação de Mestrado
Publisher
Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa