光伏阵列环境异质性改变草地土壤微生物群落结构及其生态功能

这篇研究揭示了光伏（PV）阵列通过改变光照和降水分布，在半干旱C3草地中形成独特的微环境，显著影响土壤微生物群落结构和功能。研究发现，尽管土壤理化性质（如pH、有机质）变化微弱，但微生物分解活性与植物生产力呈正相关，而在持续湿润区域却意外降低，表明PV设施可能通过微生物介导的碳循环反馈影响生态系统功能。

　　

1 引言

光伏（PV）能源的快速扩张引发了对生态系统影响的关注。单轴跟踪式PV阵列通过改变资源可用性（如光照、降水再分配）形成独特的微环境，但地下生态过程的研究仍属空白。本研究以美国科罗拉多州半干旱C₃草地为对象，结合土壤理化分析、分子生物学和功能测定，揭示PV微站点对土壤微生物群落的影响机制。

2 材料与方法

2.1 研究地点

实验在科罗拉多州Longmont的Jack's Solar Garden（JSG）进行，该地安装单轴跟踪式PV面板，植被以入侵种无芒雀麦（Bromus inermis）为主。土壤为Nunn砂质粘壤土，年均降水365 mm。

2.2 实验设计

设置4种微站点：面板间（Between）、面板下（Beneath）、东西边缘（E_edge/W_edge），以及外部对照（Control）。通过土壤湿度传感器（CS616）监测0-15 cm水分动态，并采集土壤样品分析微生物生物量碳氮（MBC/MBN）、底物诱导呼吸（MSIR）及高通量测序（16S/ITS）。

2.3 关键发现

• 微环境差异：W_edge因午后降水汇集保持最高土壤湿度，而Beneath站点光照减少70%。

• 微生物响应：α多样性在微站点间无显著差异，但群落结构显著分化。Beneath站点放线菌门（Actinobacteria）丰度升高，而W_edge的变形菌门（Proteobacteria）占优。

• 功能悖论：植物生产力最高的W_edge微生物分解活性最强，但持续湿润反而抑制木质素降解，可能与缺氧条件有关。

3 讨论

PV阵列通过“光-水-生物”耦合作用重塑地下生态过程。尽管传统指标（如总碳）敏感性不足，但微生物功能分异可能通过凋落物分解速率影响长期碳储存。研究为可再生能源设施的生态风险评估提供了微生物学依据，建议未来关注PV阵列对土壤食物网的级联效应。

（注：全文严格基于原文数据，未添加非文献支持的结论）