光伏-牧草共生系统：绵羊放牧与太阳能生产的协同增效机制研究

本研究针对光伏设施与农业用地竞争矛盾，探索了绵羊放牧与太阳能共生的agrivoltaic grazing系统。通过调控放牧密度(0-10 sheep ha-1 )、微气候分区(panel-shaded vs. interspaces)及植被管理策略，发现8 sheep ha-1 的载畜量能实现牧草质量、羊群健康与光伏板维护的三重优化，为新能源与农业协同发展提供实证方案。

　　

随着全球能源转型加速，光伏电站建设与农业用地的矛盾日益凸显。传统光伏设施需要占用大量土地，而适合光伏建设的平坦开阔区域往往也是优质农田所在地。这种土地竞争在气候变化的背景下愈发尖锐——农业系统既要应对极端天气威胁，又要满足不断增长的粮食需求。与此同时，可再生能源发展对减排目标的实现至关重要。如何协调这两大关键领域的关系，成为摆在科学家面前的重大课题。

美国康奈尔大学的研究团队创新性地提出了"光伏-牧草共生系统"(agrivoltaic grazing systems)的解决方案。通过在21.9公顷的光伏电站开展为期两年的实地研究，他们系统评估了不同放牧密度对牧草生产、羊群健康及光伏板维护的影响。相关成果发表在《Agricultural Systems》上，为新能源与农业的协同发展提供了重要科学依据。

研究采用了多因素实验设计：设置0-10 sheep ha^-1
的梯度放牧密度；对比自然植被(fallow)与豆科植物播种(legume seed-mix)两种土地处理方式；区分光伏板遮阴区(panel-shaded)与板间空地(interspaces)微环境。通过测定牧草干物质(DM)含量、营养成分、羊群体况评分(BCS)及植被高度等指标，建立了系统评价体系。

Site description
研究在纽约州Dryden的18 MW社区光伏电站进行，该站采用固定倾角单轴跟踪系统，光伏板高度72-122 cm，为绵羊放牧提供了理想空间。

Herbage yield
数据显示：光伏板遮阴使牧草产量降低15-20%；但豆科播种区与自然植被区产量无显著差异，表明利用原有种子库更具经济性。载畜量8 sheep ha^-1
时，牧草干物质含量达最优平衡(F=4.18, p<0.001)。

Discussion
研究发现：适度遮阴(30-40%)反而提升牧草粗蛋白含量；旋转放牧制能维持植被持续再生；羊群可有效控制植被高度在15 cm以下，避免光伏板遮阴。这些发现颠覆了传统认知——光伏设施不仅能与畜牧业共存，还能产生协同效应。

Conclusions
研究证实：8 sheep ha^-1
的年载畜量可实现三重优化——保障牧草产量(>2.5 t DM ha^-1
)、维持羊群体况评分(BCS≥3.5)、控制植被高度(<15 cm)。这种"光伏牧业"模式为<25 MW的社区电站提供了可持续管理方案，相比机械修剪可降低30%维护成本。

该研究的创新性在于首次量化了agrivoltaic grazing系统的多维度效益，建立了可推广的技术参数。特别是发现自然植被即可满足需求，大幅降低了实施门槛。研究为全球能源-粮食协同发展提供了范式，其建立的植被管理成功指数(Vegetation Management Success Index)已成为行业评估标准。随着全球光伏装机量持续增长，这种"牧光互补"模式有望在温带地区广泛推广，实现生态效益与经济效益的双赢。