《Food and Energy Security》：Environmental Impacts of Agri-Photovoltaics Systems on Local Ecosystems
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本综述系统评估了农业光伏（Agri-PV）系统这一将光伏发电与农业生产相结合的土地利用策略，对环境、农业及社会经济的影响。文章重点分析了不同Agri-PV配置对土壤健康、水资源利用效率、微气候、生物多样性和作物生产力的影响，强调了其在应对粮食安全（SDG 2）、清洁能源（SDG 7）、气候行动（SDG 13）和陆地生物（SDG 15）等可持续发展目标方面的潜力，并指出其成功依赖于因地制宜的设计、适应性管理及支持性政策框架。
农业光伏系统：概念与背景
农业光伏（Agri-PV），也称农光互补，是一种在同一块土地上整合光伏（PV）发电与农业生产的土地利用策略。其核心目标是最大化土地利用效率，以应对全球范围内日益增长的土地资源竞争压力。这一概念最早于20世纪80年代提出，并在21世纪随着技术进步而得到广泛关注和实践。
农业光伏系统的环境相互作用
农业光伏系统通过其物理结构（如光伏面板）显著影响当地的生物物理环境。面板产生的遮荫效应可以降低土壤温度，减少水分蒸发，从而增强土壤湿度保持能力，这对于干旱和半干旱地区尤为重要。同时，这种微气候调节功能（如降低极端温度）有助于缓解作物的热胁迫，提高水分利用效率（WUE）。然而，这些影响具有高度的情境依赖性。不当的设计或管理可能导致过度遮荫、水文条件改变、安装过程中的土壤压实以及生态干扰等潜在权衡。
生态系统服务与可持续生计框架
评估农业光伏系统的影响可借助生态系统服务框架和可持续生计框架（SLF）。生态系统服务框架将农业光伏的效益归类为供给服务（食物和能源生产）、调节服务（微气候调节、土壤健康）、支持服务（生物多样性、养分循环）和文化服务。可持续生计框架则侧重于分析系统如何影响农户的生计资本，包括自然资本（土地、水）、金融资本（来自能源的额外收入）、人力资本、社会资本和物质资本。这两种框架的结合有助于全面理解农业光伏系统在环境和社会经济层面的协同效应与权衡。
设计与性能的权衡
农业光伏系统的配置（如垂直系统、水平系统、跟踪系统、浮动光伏等）对其食物-能源性能平衡有重要影响。例如，垂直系统减少水平遮荫但能量捕获效率可能较低；跟踪系统能最大化能量产出但可能增加成本和遮荫面积。关键设计参数包括面板间距、高度和倾角，这些都需要根据作物光照需求（如喜光或耐荫作物）和当地气候进行优化，以实现土地等效比（LER > 1.0）的最大化。
对当地生态系统的具体影响
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土壤健康：适度的遮荫有助于保持土壤水分和稳定土壤温度，促进土壤生物活性。但施工期间的机械操作可能导致土壤压实，需通过低接地压力设备和植被覆盖等措施缓解。
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水资源：系统能减少蒸发，提高灌溉效率，但面板表面的集中径流可能增加侵蚀风险，需要通过设计（如抬高结构、植被浅沟）进行管理。
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生物多样性：面板下创造的微生境可能支持耐荫植物和一些动物，但也可能改变原有生态系统组成。精心规划（如保留栖息地廊道）可促进生物多样性保护。
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微气候：遮荫可降低冠层温度，改善作物生长条件，但需注意避免对喜光作物的负面影响。
案例研究与挑战
来自日本（太阳能共享）、德国（赫格巴赫农场）、肯尼亚（SunCulture项目）和南非（西开普省葡萄园）的成功案例表明，农业光伏系统能够实现能源生产和农业生产的双赢，并带来环境效益。然而，案例也揭示了挑战，如美国亚利桑那州的土壤压实和侵蚀问题，西班牙项目对生物多样性的潜在干扰，以及摩洛哥小规模项目面临的社区接受度和财务可持续性难题。
政策与治理建议
成功的规模化部署依赖于有效的政策、治理和管理。建议包括：将农业光伏明确为综合土地利用类型；制定针对小农户的财政激励和风险分担机制；在项目规划中强制采用参与式方法；将农业光伏纳入国家粮食安全、能源转型和气候适应战略；并建立与可持续发展目标（SDGs）相联系的监测框架。此外，必须考虑能源公平和性别包容，确保利益共享。
结论与展望
农业光伏系统是集成食物-能源-土地策略的一个可行组成部分，能够在提供可再生能源的同时，支持可持续农业并增强气候韧性。其环境 outcomes 是净正面还是负面，高度依赖于具体情境、系统设计和管理实践。未来的研究应侧重于长期监测、在不同生态气候区的应用探索以及技术创新，以优化其可持续性并平衡多方目标。通过精心设计和支持性治理，农业光伏有望为实现多个可持续发展目标做出重要贡献。
