光伏电站对生态环境的影响研究

摘要：光伏电站对生态环境影响显著，本文重点研究其对土壤温湿度和植被生长的影响。研究表明：光伏电站内植被受光照和土壤条件影响，但适应性强的植物能生长良好。通过合理规划可大幅促进植被生长和生物多样性。光伏电站对土壤和植被有着复杂的影响，科学设计和管理可减少负面效应，实现可持续发展。

关键词：光伏电站；生态环境；生物多样性

中图分类号：{X828} 文献标识码：A

随着全球对清洁能源需求的增加，光伏电站作为可再生能源的重要组成部分，其建设和运营对生态环境产生了广泛的影响，成为当今科学研究的焦点之一。在我国光伏电站越来越多，多数建在西北阳光充足地带。建光伏电站就会占用大量的土地资源，同时也会遇到对土地充分利用和保护生物多样性的问题。建设光伏电站的施工期间，会占用土地和改变原有土地上的生态环境平衡。光伏电站建成后的运营期间，对光伏板的布置以及对板下的土壤湿度和温度的环境改变，都是至关重要的，因为它们会影响周围植物的生长和整个生态系统的恢复。所以，为了尽量减少对环境的负面影响，我们需要研究和评估其对环境的影响，提出具有针对性的管理方法和技术，让光伏电站和自然环境能够快速达到平衡。

1.项目概况

本文的研究借助了太阳能电站实验数据平台，来深入研究光伏电站对环境的影响。通过该平台，我们可以实现长期收集特定地区的土壤温度和湿度数据，这样就能更深入地分析研究对象。在研究过程中，我们把实验的区域分成了六个小块，如图1所示，每个小块区域内都装了能监测数据的传感器，这些传感器每15分钟就自动收集一次数据。我们把这些收集来的数据进行处理和分析，然后把每个区域的数据算个平均数，使得结果更加精准。数据分析帮助我们精确了解光伏电板对土壤温湿度的作用，为光伏电站设计和管理提供科学支持，确保其高效运作并最小化对环境的影响。

文章主要对地表以下0至20cm深度范围内的土壤温度和湿度进行详细的测量与分析。所测得的连续数据是2022年11月～2023年6月中的一部分。为了保证数据的可重复性与精确性，特别选用每月上中下三旬的晴朗天气进行测量与记录。具体地说，每月的上中下三个时段各选一日的上午8点和下午4点分别记录土壤温度和湿度数据，并以此计算每个时段的平均土壤温度和湿度值，得出较为全面和准确的土壤温度与湿度的变化情况。

2.光伏站内土壤温度变化分析

图2（a）给出了2022年11月到2023年6月，每天上午8点时，光伏电站指定的各个区域的土壤温度在每个月内的变化情况。这期间，我们可以看到每个区域的土壤温度走势情况，还有每个区域之间温度的差别。通过图2（b）可以看出，同一时间段内每天下午4点时，不同区域的土壤温度变化。有了这两张图，我们就能更清楚地看出光伏电站土壤温度随季节变化的情况。

从图2可以清楚地观察到，11月中旬至次年3月，6个区域土壤温度与日内环境温度存在正相关关系，同样，光伏阵列对土壤温度的影响也存在正相关的关系。具体地说，土壤温度随环境温度上升而相应增加；反之，也是如此。光伏阵列具有遮挡和散热作用，对土壤温度也会有一定的影响。由于植物的生长对土壤温度有一定的调节作用，因此植物在该地区大面积生长在3月中旬以后，使得该区域土壤温度差异受光伏板的影响逐渐降低。图2（a）和图2（b）显示了7个月实验数据，而这些数据均在1月中旬土壤温度达到最低值，总体呈现“对号”型特征。具体而言，冬季土壤温度随着外界气温降低逐步走低；春季温度由最低点开始逐步回升，土壤温度也逐步转暖；入夏，土壤温度呈迅速升高态势。这一变化规律与季节更替、环境温度变化等存在关联，同时也受光伏阵列局部性因素的影响。

3.光伏站内土壤湿度变化分析

图3（a）和图3（b）分别详细描绘了从2022年11月开始，一直到2023年6月期间，光伏电站不同区域内的土壤湿度所呈现出的月度变化趋势。具体来看，从3月开始，一直到6月，区域2和区域4的土壤湿度大体走势是增加的。主要是因为植被的生长以及降水量的增多所导致的。同时，区域3和区域6缺乏遮挡物，降水之后土壤中的水会自由流动，这也使得这两个区域的土壤湿度有所增加。在每一个测量的时间段内，区域3的土壤湿度一直保持最大的存在，而区域1和区域2的土壤湿度相较于区域3有所减少。这是由于区域3位于光伏组件之间的空隙，降水时雨水会集中在这里；而区域1和区域2由于光伏板的遮挡全年无降水，因此土壤湿度始终保持在较低的水平。

4.光伏电站内植被的生长分布分析

在7月～10月间正是开花结果的阶段，期间植物的植株高度与密度维持着相对稳定的态势。本研究的核心在于搜集并分析这一时期内的实验数据，以期深入理解植物的生长趋势及密度变化。具体而言，本研究所涉及的实验数据采集时间点为2022年8月中旬，此时期恰逢植物生长的关键阶段，此时的数据能够揭示植物从开花至结果期的生长状况及密度分布。通过对这些数据的细致分析，我们能够更精确地掌握植物在这一特定生长周期内的生长趋势，从而为相关领域的研究与应用提供科学的支撑。

在本次实验中，光伏电站内各区域的植被生长已趋于稳定，光伏阵列间特性大体一致。为保证数据的代表性和精确性，本研究采用了随机数筛选技术，最终选定第五列光伏阵列及其相邻区域作为数据采集范围。在选定区域内，观察到阵列下方植被种类及数量较为丰富。为深化研究，于光伏板正下方随机挑选了五种植物样本点，每种样本点又细分为9个样方，共计45个样本点。同时，为全面掌握植被生长情况，于第6区域随机选取了4个1m2的样方，用以分析植物高度。为避免边界效应干扰，样方设置经过特别考量，具体布局可参见图4。

4.1光伏站内植物生长高度

在开展植被分布及其功能研究的过程中，我们通常会关注一系列关键指标，这些指标包括植物的高度、密度、覆盖度以及生物量。其中一个关键性指标就是植物的高度。本研究旨在探讨光伏阵列对不同生境条件下植物高度的影响，同时对研究区域内植物高度的差异进行分析。为能够确保结果的准确性，我们选取了49个样地，使得样地同时覆盖6种不同的生境类型。在每个生境类型中，选取同一种植物进行高度测量，以保证数据的可比性。为尽可能避免研究结果的不准确性，我们对每种植物随机选取了3株进行测量，若样本数量不足，则以最大值作为代表。在测量过程中，每株植物的高度被测量3次，最终取这3次测量的平均值作为该植物的高度记录。通过此方法，我们能够更精确地评估光伏阵列对不同生境条件下植物高度的影响，从而为植被管理及光伏阵列的合理布局提供科学依据。

如图5所展示，植物在不同区域的生长状况存在差异。详细而言，香薷与苔藓在区域6未见分布，而其余五种植物在该区域的生长状况最为理想，明显高于其他区域（P＜0.05）。此现象暗示，光伏板的存在对植物生长构成了一定的阻碍。光伏阵列的高度与角度的差异，导致了其下方区域植物生长状况的不一致。针对每种植物的生长状况进行具体分析，益母草在区域6的生长状况最佳，其次是区域5，随后依次为区域4、3、1和2。刺儿菜的生长状况在区域6最佳，其次是区域5，随后依次是1、4、2和3。在区域2和3之间，刺儿菜的生长状况未见显著差异，但与其他区域相比，存在显著差异。黄花蒿的生长特征与刺儿菜相似，亦是在区域6的生长状况最佳。香薷在区域6未见分布，其生长状况在区域1最佳，其次是区域5，随后依次是4、3、2，在区域6没有生长，其在区域1和区域2之间的生长状况存在着明显的差异。白茅的生长状况在区域6最佳，其次是区域1，随后依次是5、2、4和3。苜蓿和苔藓都仅有一个区域有生长，而且生长状况存在着较大的差异（P＜0.01）。图中不同的字母代表各个区域之间存在着较大的差异（P＜0.05）。

参照多种植物的分布情况，从区域1至区域6，高度呈现先降低后增加的趋势，形成一个类似对号的分布模式。图6明确显示，各植物的生长高度均在区域2和区域3出现了最低点，从区域1～6均表现为先降低在升高的趋势。

4.2光伏站内植物的密度分析

自然条件下，无光伏板遮挡的植物生长无规律可循，当光伏电站建成以后，在其下方以及光伏板之间的植物生长则呈现出一定的规律。对于间生型植物，如益母草等，由于其数量相对较少，我们通过统计每个样本点内的数量并计算其平均值来记录其密度。而对于丛生型植物，如苜蓿等，数量的统计意义不大，因此我们采用目测法和使用卷尺测量其覆盖度，然后取平均值来记录。

通过对密度和覆盖度进行统计分析，我们可以得到如图7所示的结果。益母草的密度变化较大，其中区域2的密度最小，而区域3的密度最大，两者之间的差异非常显著。刺儿菜的密度分布相对均匀，各个区域之间的差异并不显著。黄花蒿在区域2和区域3之间的差异极其显著，而在其他区域之间也存在显著的差异。至于香薷，其密度普遍较高，各个区域之间的差异也多为显著。同时值得注意的是，四种植物在区域1～5区均有分布，香薷在区域6则没有分布。

如图8所呈现，白茅的覆盖度在区域1至区域6之间呈现出明显的变动趋势。详细分析可见，白茅在区域1的覆盖度最高，达到57.25%，而在区域6则降至最低，为14.86%。这种覆盖度的差异在统计学上具有极高的显著性，P值小于0.01。然而，在区域2、区域4与区域6之间，白茅的覆盖度差异并不显著，其P值均超过0.05。相对地，在其他区域之间，白茅的覆盖度差异则显示出统计学上的显著性，P值小于0.05。另外，苜蓿在区域6的覆盖度为26.41%，苔藓在区域3的覆盖度则高达82.32%。

5.总结

在本文中我们借助先进的数据采集平台，对光伏电站的土壤温湿度数据进行了全面的收集与分析。同时还对光伏站内植被生长情况进行了分析结论如下：

（1）光伏阵列的存在对植物的生长分布产生了显著影响。具体而言，光伏阵列促使植物生长分布呈现出规律化的趋势，打破了以往的随机生长模式，形成了有序的生长格局。这一发现揭示了光伏阵列与植物生长之间的复杂相互作用。

（2）植物的生活习性与种间竞争之间存在相互作用，光伏阵列打破了原有的植物分布，虽然会降低部分植物的高度和密度，但可以大幅提高原有生境植物的多样性。对西北地区生态环境改善具有积极意义。

（3）光伏阵列不仅在能源生产方面发挥着重要作用，还在生态建设方面展现出巨大的潜力。通过支持“光伏—生态”绿色健康可持续发展的理念，我们有望在未来的能源生产和生态保护之间找到一个完美的平衡点。

参考文献

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