随着社会寻求减少温室气体排放和减缓气候变化的方法，大规模的太阳能发电正在发挥核心作用。气候科学家认为，到2030年，它是最有可能减少二氧化碳排放的工具。在美国，能源部预测，到2024年，太阳能将占所有新安装的公用事业规模发电能力的近60%。
但是，太阳能发展的理想地点往往与用于放牧牲畜的农田或草原重叠。通常，大型太阳能电池阵列的设计是为了最大限度地发电，而没有考虑到它们所处的生态系统。
例如，对土地进行分级和清除植被会导致侵蚀，并将径流排入水道。在乔治亚州、马萨诸塞州、阿拉巴马州、爱达荷州和伊利诺伊州，太阳能开发商因违反环境规定而被罚款。
还有人担心大型太阳能装置会影响动物的运动模式。在美国西部，移除原生植被为太阳能农场腾出空间可能会威胁到依赖这些植物作为食物和栖息地的濒危动物和昆虫。原生植物群落在受到干扰后，需要很长时间才能在这些缺水地区重新建立起来。
我是一名生态学家，也是科罗拉多州立大学艾伦·纳普领导的一个研究小组的成员。我们研究了太阳能的发展如何影响草原生态系统的健康——特别是，一旦太阳能电池板安装在头顶上，植物的生长和水分利用模式以及对光照变化的响应是如何变化的。通过这项工作，我们希望为太阳能提供一个更可持续的未来。
两种土地用途比一种要好
一种正在兴起的替代太阳能发电的方法叫做农业发电。顾名思义，这一战略将农业和太阳能在同一块土地上结合起来。农业发电项目可以在农田、牧场和农业上重要的传粉媒介的栖息地进行。这种两用的太阳能开发方法已经在世界范围内流行起来
美国绝大多数的农业发电项目都是在放牧牲畜和授粉昆虫栖息地的土地上进行管理的。与农田不同，这些地点不需要灌溉，也不需要使用大型机械，因此是太阳能托管的理想场所。
然而，这些土地依靠降雨来支持植物生长，太阳能电池板的存在影响了水到达土壤的方式。大多数农业光伏发电阵列使用太阳跟踪程序，通过倾斜面板跟随太阳穿过天空，最大限度地提高能源产量。当这种情况发生时，面板创造了与自然条件截然不同的独特微环境。
例如，在科罗拉多州，大多数降水发生在下午，当时太阳能电池板向西向太阳倾斜。因此，农业光伏电站的大部分降雨都集中在面板的西部边缘，在那里雨水落到地面上。这种再分配可以使面板边缘的降雨量增加多达四倍，同时限制其他斑块的降雨量。
另一个因素是，太阳能电池板为适应强光条件的草原带来了阴影。由于太阳能电池阵列经过优化，可以拦截阳光，因此到达电池板下方植物的光线要少得多。
生态发电背后的生态
到目前为止，我们的工作表明，太阳能电池阵列创造的不同微环境也产生了类似的植物生长模式。这一发现令人鼓舞:这意味着太阳能电池板被动跟踪太阳产生的环境变化足以使植物做出不同的反应。这些微环境可能潜在地支持从不同条件中受益的植物群落。
在某些情况下，像这样的混合条件，有不同程度的光和水，可能是一件好事。在恢复生态学——恢复被破坏的生态系统的科学——中有一个久经考验的概念，即具有更多多样性的环境支持更多样化的植物和动物混合。
在2023年的一篇论文中，我们概述了一个概念，呼吁采用生态知情的方法来开发太阳能。这种方法被称为生态发电，要求能源生产和生态系统服务同等优先。
生态发电方法允许土地管理者利用太阳能。以植根于基本生态概念的方式设计和管理太阳能阵列可以在生态系统和太阳能之间产生更多的协同效应。
土地管理者可以利用生态发电的方法，通过设计太阳能电池阵列来增强自然过程，从而改善退化的土地。例如，由于太阳能电池板的边缘重新分配和集中降雨，使其下方的土壤更湿润，它们可以帮助在这些地方建立幼苗。
在干旱地区，可以设计阵列来促进这种效果并改善恢复。如果缺水，可以设计阵列来减少暴露地面的面积，从而减少通过蒸发而流失到大气中的水量。
以不同的方式利用太阳能
影响土地管理决策的因素很多。这片土地的历史、水源、土壤类型、植被和地形都发挥了作用。Ecovoltaics增加了另一个因素:平衡单位面积的能源生产与特定太阳能阵列的生态效应。
采用生态光伏发电的方法需要从根本上重新思考太阳能开发决策的制定方式。今天，输电线路的使用限制了太阳能在许多地区的应用。如果输电线路和变电站距离太远，或者规模太小，太阳能就不太可能得到发展。
缓解这一地理限制的新输电项目可以提供更多选择。如果在选址上有更大的灵活性，开发商就可以放弃高度敏感的自然生态系统，转而在废弃的、水资源有限的或其他退化的土地上安装太阳能电池板。生态发电可能是稳定社区经济的一种解决方案，在这些社区，生产性土地已经退役，以保存资源
太阳能发电规模正在扩大，使其成为清洁能源转型的核心。我和我的同事认为，太阳能的发展应该以一种反映生态思维的方式进行。在我们看来，太阳能的生态发电方法可以产生积极的生态结果，使太阳能更具可持续性。
马修·斯图奇奥是科罗拉多州立大学的研究生助教。
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我是ezged号的签约作者“青文”！
希望本篇文章《如何提升太阳能在土地利用中的生态效益》能对你有所帮助！
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