研究表明太阳能电池板阵列如何在干旱期间助力草地植被

研究结果本周发表于《环境研究快报》(Environmental Research Letters)。该论文概述了在草原生态系统部署光伏（PV）阵列的潜在效益与挑战。这些发现对于考虑干旱的西部荒漠化及未来气候变化潜力具有特别重要的意义。

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利用的阳光量，可能以削弱生态系统复杂性的方式产生影响——包括减少其支持的野生动物数量、降低碳储存量以及为牲畜放牧提供的牧草产量。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研究，首次通过实地测试揭示了光伏阵列与草原共存如何改变这些生态动态。

科罗拉多州的半干旱草原在每个季节所需的降水量往往超过实际降水供给。

研究团队发现，该环境中光伏系统下方及周围的植物受益于局部遮阴效应和面板收集的额外水分——这有助于它们在严酷的夏季存活。他们发现在干旱年份，面板东侧的草地产量在某些情况下比邻近开阔地高出90%。在多雨年份和正常年份，这种牧草增产效应有所减弱，但面板东侧的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（Matthew Sturchio）与科罗拉多州立大学（CSU）杰出教授艾伦·纳普（Alan Knapp）共同撰写了该论文。斯特基奥曾是纳普在生物系研究团队的成员，目前仍是CSU的兼职研究员。

斯特基奥表示，这些结果证明了草原地区光伏用地协同发展的潜力，既能满足必要的可再生能源发电需求，又可维护生态系统稳定性。

"已有数项研究报告了光伏阵列改善植物与水关系的现象，"他说，"但本研究首次揭示：随着干旱程度加剧（如科罗拉多州的情况），这种效应会显著增强。"

"最关键的是，尽管该光伏阵列设计初衷是最大化发电量——而非改善下方牧草的生长环境——但在干旱年份它仍然创造了更有利的生长条件。"

斯特基奥指出，若根据不同条件优化面板设计以增强效益，增产效果可能进一步提高。具体措施包括：气温升高时调整面板角度提供遮荫，或在生长季关键期配置面板角度允许更多光线透入。

"通过对阵列设计、配置和管理进行微调，我们甚至可能挖掘出潜在效益，特别是与水资源利用相关的部分，"他强调。

本论文是两人关于农业光伏（agrivoltaics）持续研究的一部分：这种双用途模式通过设计和布局光伏基础设施，同步支持牲畜放牧或传粉者栖息地。此类农业应用无需灌溉或机械操作。然而，由于其植物生长高度依赖自然降水，需要此类研究来理解加装面板如何整体改变环境。

纳普及其团队数十年专注研究科罗拉多州立大学草原生态系统，主要聚焦植被应对持续性水分胁迫与干旱的机制。他说明本文研究对象是多年生C3类"冷季型"牧草，这类草种更偏好湿润环境。下一步将研究科罗拉多平原更常见的C4类草种，这类植物在日照充沛的温暖条件下生长繁茂。

"那些草原的水资源限制比本研究对象更为严峻。因此我们预期光伏阵列缓解水分胁迫的能力可能更强，"纳普表示。

斯特基奥补充说，光伏面板甚至可能通过促进多样化植物群落为草原生态系统恢复提供机遇。他认为在能受益于战略性布局的生态系统中建设光伏设施显然是双赢选择。

"我们假设干旱和半干旱地区的草原恢复不仅能受益于光伏阵列创造的有利条件，还可利用面板形成的环境异质性，"他说，"我们即将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）验证该设想的科学基础。"