不同光伏构型对养殖-光伏一体化系统温室气体排放的影响研究

《Carbon Balance and Management》：Configuration-dependent greenhouse gas fluxes and influencing factors at the water-atmosphere interface in Litopenaeus vannamei Ponds Under Integrated aquaculture-photovoltaic systems

　　

摘要

背景

光伏（PV）基础设施与水产养殖的结合，作为土地利用效率高的一条可再生能源开发路径，在中国乃至全球正迅速扩展。然而，不同光伏构型的温室气体（GHG）影响仍未得到充分的量化研究，且水产养殖—光伏系统往往被视作单一排放类别加以处理，这限制了碳核算与低碳系统的设计。本研究在上海崇明三个淡水虾养殖系统中，对一个18周的养殖周期内水—气界面CO₂、CH₄和N₂O通量进行了监测：非光伏系统（N-PV）、立柱式光伏系统（A-CPV）和温室式光伏系统（A-GPV）。

结果

三种系统中，A-GPV的单位面积累积排放量最高，其CO₂、CH₄和N₂O通量分别为0.23 kg·m^??2、0.05 kg·m^??2和0.00014 kg·m^??2，分别比N-PV高出53.3%、25.0%和40.0%。A-CPV总体上表现为居中的排放水平。不同气体的主导环境控制因素存在差异：CO₂通量主要与水温及溶解性无机碳相关；CH₄通量主要与溶解氧和温度相关；N₂O通量则由溶解性无机氮连同与氧相关的条件共同解释得最好。这些结果与以下解释相一致：即光伏构型通过重塑池塘微气候和水质化学性质，间接改变了温室气体排放。特别是，温室式光伏结构形成了一个更为封闭的环境，通风减少、太阳辐射减弱、水温升高、溶解氧降低，从而可能更有利于温室气体的生成与释放。

结论

本研究所观察到的水产养殖—光伏一体化的温室气体影响具有强烈的构型依赖性，而非均匀一致。与传统非光伏系统相比，温室式光伏系统放大了全部三种气体的排放，而立柱式光伏系统则表现出较为温和的响应。这些发现表明，对于所研究的系统而言，光伏的架设本身并不决定气候绩效；相反，光伏一体化的结构设计可能是关键。通过将光伏架设的影响与光伏结构构型的影响区分开来，本研究为集成的食物与能源系统的碳核算与碳管理提供了具有构型针对性的实地证据。研究表明，水产养殖光伏系统不应被视为单一排放类别：开放式立柱支撑型设计与封闭式温室型设计可能具有截然不同的气候影响。本文报告的通量与CO?当量基准值，可为中国乃至全球随着水产养殖光伏的扩展而进行更贴近实际的温室气体清单编制、低碳养殖设计及政策决策提供支持。这些发现与碳平衡和碳管理直接相关，因为它们表明，对于集成的食物—能源系统，其温室气体清单与碳核算应按照光伏结构构型进行分层处理，而非将所有的养殖—光伏系统当作单一类别。