光伏电站对陆地生态系统功能的多维度影响与调控机制：一项全球整合分析

本综述通过全球整合分析（meta-analysis）系统解析了陆地光伏（PV）电站对生态系统功能的多重影响，揭示了其通过调节土壤水分（SM）、光合有效辐射（PAR）和土壤温度（ST）等关键因子，显著提升草地和荒漠生态系统的生物多样性维护与初级生产力，但降低农田作物产量。研究强调了选址条件（如海拔、年均温MAT和年均降水MAP）对生态效应的调控作用，为光伏电站的可持续规划与适应性管理提供了科学依据。

　　

数据收集

为探究光伏（PV）面板对陆地生态系统中多重生态系统功能的影响，我们使用关键词（photovoltaic* OR agrivoltaic*）AND（grassland OR crop OR desert）在Web of Science和中国知网（CNKI）数据库进行检索。共获取截至2024年5月已发表的1825篇同行评议文献。为确保数据有效性，我们采用以下筛选标准：（1）研究需包含光伏电站建设区与对照区的直接比较数据；（2）须报告样本量、均值及标准差等统计指标；（3）如数据以图表形式呈现，则使用GetData Graph Digitizer软件提取数值；（4）对重复发表或数据重叠研究，仅纳入信息最完整的一篇。最终，我们从51篇文献中提取了26个生态指标数据集，涵盖生物多样性维护（如植物与昆虫多样性）、初级生产（如地上生物量AGB、作物产量）和土壤质量调控（如土壤有机碳SOC、全氮TN、铵态氮AN、微生物生物量碳MBC）等功能维度。

陆地光伏发展对生态系统功能的总体影响

陆地光伏电站建设显著提升了昆虫多样性（+63.9%，95%置信区间：+20.5%至+122.9%）、植物多样性（+39.1%，+24.0%至+56.1%）、植被覆盖度（+64.2%，+39.6%至+93.2%）、地上生物量AGB（+68.8%，+43.2%至+99.0%）、土壤有机碳SOC（+11.6%，+0.5%至+23.9%）、全氮TN（+14.2%，+1.5%至+28.4%）、铵态氮AN（+33.2%，+16.8%至+51.9%）和微生物生物量碳MBC（+47.1%，+2.7%至+110.7%），但同时降低了作物产量（-20.9%，-27.4%至-13.7%）、土壤温度ST（-5.8%，-9.2%至-2.2%）和光合有效辐射PAR（-52.1%，-57.8%至-45.7%）。这些效应在不同生态系统类型间存在显著异质性。

综合视角下生态系统功能对光伏发展的响应机制

为阐明陆地光伏发展的生态效应，我们首先解析了其引起微气候变化的驱动机制。整合分析结果表明，光伏电站建设对土壤水分（SM）产生显著正向效应，而对土壤温度（ST）和光合有效辐射（PAR）则呈现显著负效应（图2）。光伏面板通过遮挡直射阳光并拦截短波辐射，导致地表接收的太阳辐照度降低，从而减少土壤水分蒸发并改善土壤水分状况。这种"遮荫-保水"效应在干旱生态系统（如荒漠和草地）中尤为突出，显著促进植物生长和土壤养分循环。然而，在农田生态系统中，PAR的急剧减少直接抑制了作物的光合作用效率，导致产量下降。进一步分析表明，海拔、年均温（MAT）和年均降水（MAP）等环境因子通过调节SM-ST-PAR的平衡关系，间接影响生态系统功能的响应强度。例如，初级生产和土壤质量调控的响应比（RR）随年均温升高而降低，但随着海拔上升而增强，体现了环境筛选作用对光伏生态效应的调制。

结论

全面理解光伏电站在陆地生态系统中的作用，需明确其生态效应并权衡光伏发展、生物多样性维护、初级生产和土壤质量调控等多目标间的协同与权衡关系。本研究首次在全球尺度量化评估了陆地光伏发展对生态系统功能的影响。研究表明，通过优化选址（如优先考虑高海拔、低温干旱区域）并实施适应性管理（如农光互补模式），可协同提升清洁能源生产与生态保护效能。我们呼吁未来研究重点关注光伏电站的长期生态效应及多功能协同机制，以推动能源-生态系统的可持续协同管理。