研究表明太阳能电池阵列如何改善干旱期草原生态

该研究成果于本周发表在《环境研究快报》。论文概述了光伏（PV）阵列部署在草地生态系统中的潜在效益与挑战。这些发现在考量干旱西部地区的干旱问题及未来气候变化的可能性时尤为重要。

虽然太阳能系统是可再生能源的重要来源，但它们减少了植物生长可用的光照量，可能通过影响野生动物承载力、碳储存量及牲畜放牧所需饲草产量等维度，改变这些复杂生态系统的平衡。这项基于科罗拉多州朗蒙特农业光伏设施四年数据的研究，首次通过实地测试探索太阳能与草地共址如何改变生态动态。

科罗拉多州半干旱草地每季度的自然降水通常难以满足植被需水量。

研究团队发现，该环境中太阳能板下方及周边的植物因局部遮荫效应和面板积聚的额外水分而受益——这有助于它们在严酷夏季维持生存。数据显示干旱年份面板东侧草地产量在某些情况下比邻近露天区域高出90%。在湿润及正常年份，这种增产效应虽有所减弱，但面板东侧草产量仍高于对照区域。

康奈尔大学博士后研究员马修·斯特基奥与该论文合著者——科罗拉多州立大学杰出教授艾伦·纳普共同完成此项研究。斯特基奥此前隶属于纳普教授在生物系的团队，目前仍是科罗拉多州立大学的附属研究员。

斯特基奥指出，结果证明了草地太阳能用地协同效应的潜力，既能支撑必要的可再生能源发电，又可维持生态系统稳定。

"已有数项研究报道光伏阵列能改善植物与水系关系，"他表示，"但本研究首次揭示该效应如何随着干旱程度加剧（如科罗拉多州所见）而更为显著。

"最关键的是，即便该光伏阵列设计初衷是最大化发电效能——而非优化下方草场的生长环境——它在干旱年份仍创造了更有利的微环境。"

斯特基奥强调，若根据环境条件调整面板设计以最大化生态效益，增益效果还可能提升。这可能包括：气温升高时调节角度增加遮荫，或在关键生长期调整配置增强透光率。

"通过对阵列设计、配置和管理进行微调，我们甚至可能发掘未开发的效益，尤其是水资源利用相关的潜力，"他补充道。

本论文是两人持续进行的农业光伏研究的一部分：这种双用地模式通过优化太阳能基础设施的设计布局，同步支持牲畜放牧或传粉媒介栖息地。这类农业选项无需灌溉或机械作业。但由于其高度依赖雨水维持植物生长，需要此类研究来阐明加装面板如何整体改变环境。

纳普及其团队在科罗拉多州立大学研究草地生态系统数十年，重点探索植被如何应对长期水分胁迫与干旱。他指出论文聚焦于多年生C3型"冷季"草（偏好湿润环境），下一步将研究科罗拉多平原更常见的C4型草——这类植物在温暖强光环境下生长繁茂。

"那些草地比本研究对象面临更严峻的水分限制。因此我们预期太阳能阵列缓解水分胁迫的能力可能更强，"纳普解释道。

斯特基奥进一步提出，光伏板甚至可能通过促进多样化植物群落来助力草地生态修复。他表示在能因战略布局而获益的生态系统中建设太阳能设施，显然能实现双赢。

"我们假设干旱与半干旱地区的草地修复不仅受益于光伏阵列创造的有利条件，还受益于面板形成的环境异质性，"他阐述道，"我们即将在科罗拉多州纳恩新建的短草生态光伏研究基地验证该理论的功能基础，对此我们充满期待。"