研究显示太阳能阵列如何在干旱期帮助草地

研究结果本周发表于《环境研究快报》（Environmental Research Letters）。该论文概述了在草地生态系统中部署光伏（PV）阵列的潜在效益与挑战。这些发现在考虑干旱的西部地区的干旱问题及未来气候变化的潜在影响时尤为重要。

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所需的光照量，这可能通过降低草地支持的野生动物数量、储存的碳量以及为放牧牲畜生产的饲料量等方式影响这些复杂生态系统。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，首次通过实地测试探究了太阳能与草地共址如何改变这些动态。

科罗拉多半干旱草地每个季节通常需要的水量往往超过降水量。

研究团队发现，该环境下太阳能系统下方及周围的植物受益于部分遮荫和面板收集的额外水分——这有助于它们在严酷的夏季生存。他们发现，在干旱年份，面板东侧的草类生长量在某些情况下比邻近开阔区域高出90%。在多雨和正常年份，这种积极的草产量响应有所减弱，但面板东侧仍比对照点产量更高。

康奈尔大学博士后研究员马修·斯特奇奥（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。斯特奇奥此前是纳普在生物系团队的一员，目前仍是CSU的附属研究员。

斯特奇奥表示，结果证明了草地太阳能用地协同效应的潜力，既可支持必要的可再生能源发电，又能维护生态系统稳定。

"已有数项研究报告了光伏阵列对植物与水关系的改善作用，"他说，"但这是首次分析表明，在科罗拉多州这种日益干旱的条件下，这种模式会变得更加显著。"

"最重要的启示是：即使该光伏阵列的设计初衷是最大化发电量——而非改善下方草类的生长环境——它在干旱年份仍提供了更有利的环境。"

斯特奇奥指出，若根据环境条件优化面板设计以最大化效益，这些增益还可能提升。这可能包括调整面板角度在气温升高时提供遮荫，或在生长季关键时期配置面板允许更多光线透入。

"通过对阵列设计、配置和管理进行微调，我们甚至可能发掘未开发的效益，特别是与水资源利用相关的效益，"他表示。

该论文是二人关于农业光伏（agrivoltaics）持续研究的一部分：这是一种双重利用方法，即太阳能基础设施的设计和布置需同时支持牲畜放牧或传粉媒介栖息地。这些农业选项无需灌溉或机械操作。然而，由于它们高度依赖雨水维持植物生长，需要此类研究来理解添加面板如何整体改变环境。

纳普及其实验室数十年来一直在CSU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湿润环境的多年生C3型"冷季"草类。下一步将研究科罗拉多平原更常见的C4型草类，这类植物在光照充足、温暖的条件下茁壮成长。

"那些草地比本研究所用的样本受水分限制更严重。因此，我们预计光伏阵列缓解水分胁迫的能力可能更强，"纳普说。

斯特奇奥补充说，太阳能板甚至可能通过促进多样化植物群落来恢复草地生态系统。他认为在能通过战略性布局获益的生态系统中建设太阳能设施显然是双赢。

"我们假设干旱和半干旱地区的草地恢复不仅受益于光伏阵列的有利条件，也受益于面板创造的环境异质性，"他说，"我们期待不久后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）验证该理论的功能基础。"