研究表明太阳能阵列如何在干旱期间助力草场

该研究成果于本周发表在《环境研究快报》（Environmental Research Letters）上。论文概述了光伏（PV）阵列部署于草原生态系统时的潜在效益与挑战。这些发现在考虑西部干旱区的干旱状况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关键来源，但其减少了植物可利用的阳光量，可能通过影响这些复杂生态系统，从而削弱其支持的野生动物多样性、固碳能力以及为牲畜放牧提供的饲草产量。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，首次通过实地测试揭示了太阳能装置与草原共存如何改变这些生态动态。

科罗拉多半干旱草原的水分需求常超过各季节自然降水供给。

研究团队发现，该环境中太阳能系统下方及周边的植物受益于局部遮阴效应和光伏板上凝结的额外水分——这有助于它们在严酷的夏季维持生存。研究发现，在干旱年份，光伏板东侧某些区域的草地产量可比邻近开阔区域高出90%。在多雨及正常年份，这种积极的增产效应虽有所减弱，但板东侧草地产量仍高于对照区域。

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杰出教授艾伦·纳普（Alan Knapp）共同撰写了该论文。斯特奇奥曾隶属纳普教授在生物系的研究团队，现仍是科罗拉多州立大学的附属研究员。

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

"多项研究曾报道光伏阵列可改善植物与水分的关系，"他表示，"但本研究首次揭示：这种效应如何随干旱程度加剧（如科罗拉多州的状况）而更显著。"

"最关键的发现是：即使该光伏阵列的设计初衷是最大化发电效能——而非优化下方草类的生长环境——在干旱年份它仍创造了更有利的微环境。"

斯特奇奥指出，若根据环境条件优化光伏板设计以增强效益，其增益可能进一步提升。措施包括调整角度在气温升高时提供遮阴，或在生长季关键时期优化配置以增加透光量。

"通过阵列设计、配置和管理的微调，我们甚至可能挖掘未开发的效益，尤其是与水分利用相关的潜力，"他补充道。

该论文是两人对农业光伏持续研究的一部分：这种双用途模式通过太阳能基础设施的设计布局，同步支持牲畜放牧或传粉昆虫栖息地。这些农业选项无需灌溉或机械操作。但由于其高度依赖降水维持植物生长，需要此类研究来理解光伏板的增设如何整体改变环境。

纳普及其团队在科罗拉多州立大学研究草原生态系统数十年，重点探索其对长期水分胁迫和干旱的适应机制。他表示本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——这类植物在温暖强光条件下繁茂生长。

"那些草原比本研究对象受水分限制更严重。因此我们预计光伏阵列缓解水分胁迫的能力可能更强，"纳普强调。

斯特奇奥补充说，光伏板甚至可能通过促进多样化植物群落来修复草原生态系统。他认为在能受益于战略布局的生态系统中建设太阳能设施是明显的双赢。

"我们假设：干旱半干旱区的草原修复不仅可受益于光伏阵列创造的有利条件，还可利用光伏板形成的环境异质性，"他阐述道，"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中心验证该设想的科学基础。"