光伏阵列对干旱半干旱区生态系统影响的遥感评估：以河西走廊新能源基地为例

《Environmental Development》：Exploring the potential impacts of photovoltaic arrays on ecosystem conditions in arid and semi – arid regions

本研究针对干旱半干旱区光伏电站建设的生态效应争议，通过遥感生态指数（RSEI）综合评价体系，揭示了光伏部署对河西走廊生态系统空间异质性影响。研究发现光伏建设未产生统一的生态改善效应，且在冲积扇和城区诱发热岛效应（温差达0.91°C），地理区位与光伏面积的交互作用（q=0.816）是主导生态变化的关键因子，为新能源开发与生态保护协同提供科学依据。

　　

在全球能源转型和气候变化背景下，光伏发电作为清洁能源的重要形式，在光照资源丰富的干旱半干旱地区得到大规模部署。然而，这些区域通常生态环境脆弱，光伏电站建设对生态系统可能产生复杂影响——既有研究指出光伏阵列可通过遮荫效应和水分保持促进植被恢复，但也有报道显示其可能引发热岛效应并抑制生物多样性。河西走廊作为中国西北重要的新能源基地，其典型的干旱半干旱气候特征和脆弱的生态系统，为研究光伏建设的生态效应提供了天然实验室。

为系统评估光伏阵列对干旱半干旱生态系统的综合影响，北京师范大学水科学学院的研究团队在《Environmental Development》发表了题为“Exploring the potential impacts of photovoltaic arrays on ecosystem conditions in arid and semi–arid regions”的研究论文。该研究创新性地采用遥感生态指数（RSEI）这一综合评估工具，整合绿度（NDVI）、湿度（WET）、干度（NDBSI）和热度（LST）四个关键指标，对河西走廊光伏电站建设前后的生态系统状况进行了长达20年（2004-2023年）的时空动态监测。

研究团队运用多源遥感数据融合、空间缓冲区分区、趋势分析和地理探测器等关键技术方法，重点分析了15个光伏电站、333个光伏阵列在四种典型地貌区（沙漠区、冲积扇区、城区和农田区）的生态效应。通过对比建设前后RSEI值的变化趋势，结合气候因子与光伏部署特征的交互作用解析，揭示了光伏电站影响生态系统的内在机制。

研究结果呈现出显著的空间异质性特征。在沙漠区和农田区，光伏电站内部RSEI值分别从0.64和0.42提升至0.74和0.61，显示出一定的生态改善作用；而在冲积扇区和城区，RSEI值则从0.43和0.32下降至0.19和0.22，表明生态系统出现退化。特别值得注意的是，所有光伏电站区域的地表温度均持续高于周边非光伏区，平均温差达0.91°C，证实了光伏热岛效应的存在。

通过地理探测器分析发现，光伏部署的地理位置是影响RSEI变化的单因子主导因素（q=0.675），而地理位置与光伏面积的交互作用则表现出最强的解释力（q=0.816）。这表明光伏电站的生态效应不仅取决于建设规模，更与区域本底环境特征密切相关。缓冲区分层分析进一步显示，光伏电站的生态影响范围主要集中在2-4公里范围内，随着距离增加而逐渐衰减。

讨论部分深入剖析了产生这些现象的内在机制。在冲积扇区域，特殊的水文地质条件使该区域对地表覆盖变化尤为敏感，光伏建设可能破坏了原有的水分运移平衡；而城区本身人类活动密集，叠加光伏建设进一步加剧了生态压力。研究还指出，河西走廊频繁的大风沙尘天气可能削弱光伏阵列的风速降低效应，这与大规模集中式光伏电站的表现存在差异。

该研究的创新价值在于突破了传统单一指标评价的局限性，通过RSEI综合指数实现了对生态系统多维度响应的协同评估。研究结果对指导干旱半干旱地区新能源开发具有重要实践意义：一方面提示需要根据区域本底生态条件制定差异化的光伏部署方案，另一方面也指出需要通过优化光伏阵列布局（如设置通风廊道）和配套生态修复措施（如种植深根性旱生植物）来缓解热岛效应。未来研究可结合更高分辨率的遥感数据和长期实地观测，进一步揭示光伏阵列与生态系统相互作用的微观机制，为构建能源-生态协同发展的新模式提供科学支撑。