研究表明太阳能阵列如何在干旱期间保护草地

该研究结果于本周发表在《环境研究快报》（Environmental Research Letters）上。该论文概述了光伏（PV）阵列部署于草地生态系统时的潜在效益与挑战。在考虑干旱的西部地区的干旱状况及未来气候变化的可能性时，这些发现尤为相关。

虽然太阳能系统是可再生能源的关键来源，但它们减少了植物生长可用的阳光量，可能以削弱生态系统功能的方式影响这些复杂生态系统，包括减少其支持的野生动物数量、储存的碳量以及为牲畜放牧生产的饲草量。这项基于科罗拉多州朗蒙特一处农业光伏设施四年数据的工作，是首个实地测试太阳能与草地共置如何改变这些动态的研究。

科罗拉多州的半干旱草原每个季节通常需要的水量超过降水所能提供的量。

研究团队发现，在该环境中，太阳能系统下方及周围的植物受益于部分遮荫和面板上收集的额外水分——这有助于它们在严酷的夏季生存。他们发现，在干旱年份，面板东侧的草生长量在某些情况下比邻近开阔地高出多达90%。在多雨和正常年份，这种积极的草产量响应有所减弱，但面板东侧的草产量仍高于对照点。

康奈尔大学博士后研究员马修·斯特基奥（Matthew Sturchio）与科罗拉多州立大学（CSU）杰出教授艾伦·纳普（Alan Knapp）同为该论文的作者。斯特基奥曾是纳普在生物系团队的成员，目前仍是科罗拉多州立大学的附属研究员。

斯特基奥表示，结果证明了在草地上实现太阳能用地协同增效的潜力，既可支持所需的可再生能源发电，又能维持生态系统稳定。

“已有数项研究报告了光伏阵列改善植物与水分关系的效果，”他说。“然而，这是首次分析表明这种模式如何随着干旱度增加（如我们在科罗拉多州所见）而变得更为显著。

“这里最重要的启示是，即使这个太阳能阵列的设计初衷是最大化发电量——而非促进下方种植草类的有利环境条件——它在干旱年份仍然提供了更有利的环境。”

斯特基奥表示，如果根据条件调整面板设计以最大化其效益，这些收益还可能增加。这可能包括在气温升高时改变其位置以提供遮荫，或在生长季关键时期调整配置以允许更多光线透入。

他说：“通过对阵列设计、配置和管理进行微小改动，我们甚至可能实现尚未开发的效益，特别是那些与用水相关的效益。”

该论文是两人正在进行农业光伏研究的一部分：这是一种双重利用方法，太阳能基础设施的设计和布局旨在同时支持牲畜放牧或传粉者栖息地。这些农业选项不需要灌溉或机械。然而，由于它们严重依赖雨水支持植物生长，因此需要此类研究来理解增设面板如何整体改变环境。

纳普及其实验室数十年来一直在科罗拉多州立大学研究草地，主要关注它们如何应对长期水分胁迫和干旱。他表示，论文研究聚焦于偏好更湿润条件的多年生C3“冷季”草。下一步将研究科罗拉多平原上更常见的C4草。这些植物在温暖、阳光充足的环境中生长茂盛。

“那些草地比本研究中使用的草地水分限制更大。因此，我们预计太阳能阵列缓解水分胁迫的能力可能更强，”纳普说。

斯特基奥补充道，太阳能面板甚至可能通过促进多样化植物群落为恢复草地生态系统提供机会。他说，在能受益于其战略布局的生态系统中建设太阳能设施是显而易见的双赢。

“我们假设，干旱和半干旱地区的草地恢复不仅可受益于太阳能阵列的有利条件，还可受益于面板创造的环境异质性，”他说。“我们期待很快能在科罗拉多州纳恩新建的矮草生态光伏研究设施（Shortgrass Ecovoltaic Research Facility）检验这一想法的功能基础。”