光伏太阳能能否促进生态脆弱地区的绿化？

《Earth's Future》：Does Photovoltaic Solar Energy Promote Greening in Ecologically Fragile Region?

黄河流域光伏设施植被影响及驱动因素分析。基于2010-2021年30米NDVI数据，研究发现60%光伏区域植被恢复，但仅14%整体变绿，72%植被增长低于对照组。人工活动如建设强度（dNCR）和管理水平（草皮带比例）显著影响植被恢复，大设施和裸地表现更优。建议科学选址、减少施工扰动及加强后期管理。

　　随着全球对可再生能源需求的迅速增长，光伏发电（PV）技术已成为应对气候变化和减少碳排放的重要手段。然而，随着PV设施的快速扩张，特别是在生态脆弱地区，其对环境的影响引发了广泛关注。虽然已有研究利用遥感数据评估了PV设施对植被的影响，但对这些设施内部植被变化的时空异质性及其驱动因素的深入探讨仍显不足。本研究聚焦于中国黄河流域，该区域长期受到土壤侵蚀的严重影响，通过使用2010年至2021年的PV数据集以及30米分辨率的归一化植被指数（NDVI），开展像素级分析，以揭示PV设施的环境影响。

研究结果表明，尽管60%的PV占用区域在部署后显示出植被绿度的增加，但仅有14%的设施整体实现了绿化，而72%的设施其绿度低于对照区域。这说明在景观尺度上，PV部署并未带来整体的绿化效果。同时，较高的背景绿度与PV设施内部植被恢复能力之间存在正相关关系，表明在原有植被条件较好的区域，PV设施对生态环境的负面影响可能相对较小。此外，人类活动对PV设施内植被变化的影响尤为显著。建设期间的土地扰动可能抑制植被恢复，但建设后的管理措施则有助于缓解先前的土地利用问题，从而促进植被的改善。这些发现强调了在生态脆弱地区科学规划PV设施的重要性，表明合理的选址和管理策略能够实现可再生能源发展与生态系统修复的协同发展。

黄河流域是中国重要的生态屏障和经济区域，其生态系统脆弱性显著，长期面临土壤侵蚀、沙漠化和生态退化等挑战。历史上，该地区以煤炭和水电为主要能源形式，导致严重的环境扰动。随着全球能源转型的推进，黄河流域已成为中国PV部署的关键区域，目前占全国总PV安装量的23%。然而，这种大规模的部署也带来了土地利用变化和复杂的环境影响。研究指出，尽管某些情况下PV设施可能促进局部植被恢复，但整体上，其对生态系统的净影响仍需进一步探讨。

本研究采用的PV数据集由Chen等（2024b）提供，覆盖2010年至2021年，具有高精度和全面性，为分析PV设施的环境影响提供了可靠的数据支持。为了全面评估植被变化，研究将设施按大小和土地利用类型进行分类，并采用反事实匹配方法，以评估PV部署对绿度的影响。同时，将土壤侵蚀风险与植被变化相结合，以分析PV扩张对土壤侵蚀的影响。此外，使用随机森林模型和SHAP值分析，识别植被增长的主要驱动因素，包括人类活动、气候条件、土壤状况和地形因素。

研究结果表明，植被恢复情况在不同区域和设施类型中存在显著差异。大型和荒地上的PV设施显示出更高的植被恢复率，其中荒地上的设施，尽管仅占总设施数量的2%和面积的5%，却表现出最显著的绿度恢复。这表明在生态功能较低的区域部署PV设施可能更有利于环境修复。然而，耕地上的PV设施则普遍对环境产生负面影响，其植被退化面积超过了绿化面积，导致绿化率低于50%。这一现象表明，尽管PV技术在某些方面具有环境优势，但在耕地上的应用仍需谨慎，以避免对农业和生态系统造成破坏。

在分析中，研究人员还探讨了PV设施对土壤侵蚀的潜在影响。研究发现，约64%的PV设施位于土壤侵蚀保护区内，这些区域的土壤条件通常较差，且土壤侵蚀风险较高。尽管植被恢复可能有助于减少土壤侵蚀，但其效果在不同区域存在差异。例如，大型设施和荒地上的植被恢复与土壤侵蚀风险之间的关系尤为显著，表明这些区域的PV部署可能对环境具有积极影响。

此外，研究还强调了人类活动在植被恢复中的关键作用。建设期间的土地扰动可能会对生态环境造成一定破坏，但建设后的管理措施，如植被恢复和土地利用调整，有助于提升植被恢复水平。例如，设施中草地的比例较高，表明在运营期间对植被的管理可能对环境改善起到了积极作用。同时，研究发现，高背景绿度、低建设强度以及较低的人类活动压力均与植被恢复存在正相关，这提示在规划PV设施时，应综合考虑生态条件和人类干预因素。

为了进一步提升研究的科学性和实用性，本研究提出了一系列环境管理建议。首先，应基于严格的科学评估进行PV设施选址，优先考虑生态功能较低的区域，如退化土地和荒地，以实现环境修复。其次，在建设过程中，应采取有效的土壤保护措施和植被恢复策略，以减少对生态环境的干扰。第三，应建立全面的生态监测系统，以动态评估PV设施对周边生态系统的影响，从而及时调整管理策略。最后，应采用多样化的环境管理方法，如建立生态缓冲区、种植本地物种以恢复自然栖息地，以及应用生态工程技术以增强生态系统服务功能。

尽管本研究取得了诸多成果，但仍存在一些局限性。首先，遥感影像可能无法准确检测PV面板下的植被生长情况，导致对设施内植被恢复效果的低估。其次，研究未明确纳入PV面板本身的生物物理特性，如其对局部微气候的影响，这可能影响植被恢复的全面评估。此外，研究主要关注了PV设施直接占用的土地，而忽略了间接的土地利用变化及其环境影响。例如，设施的建设可能改变周边土地利用模式，如道路和基础设施的开发，这些变化可能对区域生态系统产生负面影响。最后，研究使用了年最大NDVI作为植被变化的评估指标，尽管其在未受干扰的生态系统中具有较低的年际变化性，但在某些情况下可能无法捕捉到由PV设施引起的短期植被变化。

综上所述，本研究不仅揭示了PV设施在黄河流域的环境影响，还为其他生态脆弱地区的可再生能源发展提供了重要的参考。研究结果表明，尽管PV技术在某些区域可能促进植被恢复，但其整体环境影响仍需通过科学规划和有效管理加以控制。未来的研究应进一步探讨不同地区和不同时间段内PV设施的长期环境影响，并结合更高分辨率的数据和更全面的评估方法，以更准确地衡量其生态效益。同时，应加强对PV设施对农业和生态系统的综合管理，以实现可持续发展和生态保护的双重目标。