综述:公用事业规模太阳能开发对全球陆地植被的生态影响:综述

《Journal of Environmental Management》:Ecological implications of utility-scale solar energy development for global terrestrial vegetation: A review

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月12日 来源:Journal of Environmental Management 9.2

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   摘要公用事业级光伏电站的迅速扩张显著改变了土地利用与土地覆盖格局,其中植被变化是关键的生态指标。本研究基于2010年至2026年7月期间发表或在线可获取的全球171条研究记录数据库,系统分析了光伏电站对植被的影响模式及驱动机制。结果表明,植被响应强烈依赖于土地覆盖背景。在全部

  

摘要

公用事业级光伏电站的迅速扩张显著改变了土地利用与土地覆盖格局,其中植被变化是关键的生态指标。本研究基于2010年至2026年7月期间发表或在线可获取的全球171条研究记录数据库,系统分析了光伏电站对植被的影响模式及驱动机制。结果表明,植被响应强烈依赖于土地覆盖背景。在全部171条研究记录中,正面、负面和复杂混合结果分别占35.1%、25.1%和39.8%;正面结果最频繁地报告于荒地上(16/19,84.2%),而草地和农田系统则表现出更为异质和依赖情境的响应。在草地区域中,水分增益与光照损失之间存在复杂的权衡关系。在农田区域中,作物响应存在强烈分化;主要粮食作物通常经历产量下降,而部分耐阴或高附加值作物则显示出潜在的生产力提升。尽管基于实测的监测、遥感和建模是主要方法,但单一方法难以捕捉复杂的动态变化,凸显了多源数据融合的必要性。本研究提出了一个系统评估与协同管理的综合框架,以支持生态友好的光伏布局和调控"能源—粮食—生态"关联网络。

引言

在全球气候变化不断加剧和迫切减少对化石燃料依赖的背景下,低碳能源转型已成为可持续发展的核心战略(Peters, 2025)。得益于技术成熟度和部署灵活性,太阳能光伏(PV)行业在过去十年中经历了爆炸式增长(Creutzig et al., 2017; Haegel et al., 2019)。为追求规模经济,光伏部署正从分布式应用快速向吉瓦级公用事业级地面电站转变(Hernandez et al., 2014; Seel et al., 2024),导致用地需求大幅增加。未来预测表明,尤其是在欧洲和几个主要亚洲经济体中,可能数百万公顷的土地将被转化为专门用于能源生产的区域(Capellán-Pérez et al., 2017; Van de Ven et al., 2021)。当大面积的草地、沙漠或农田被光伏组件覆盖时,土地利用/土地覆盖变化(LUCC)的生态后果以及自然系统转变为受强烈人为干扰的"人为—自然"耦合生态系统的过程已被广泛讨论(Hernandez et al., 2019; Lovering et al., 2022)。
光伏电站通过工程设施重塑地表,导致多维度的环境影响(Hernandez et al., 2014; Qiao et al., 2026)。已有研究从多个角度广泛调查了这些影响,包括生命周期碳足迹(Tawalbeh et al., 2021)、区域气候反馈(Li and Gao, 2021)、以及土壤微生物群落和养分循环(Liu et al., 2022)。此外,与野生动物、节肢动物、传粉者及其他动物群落相关的生物多样性响应日益被认为是太阳能生态影响的重要组成部分(Lovich and Ennen, 2011; Walston et al., 2018)。在这些多方面的效应中,植被变化被认为是评估光伏电站生态影响的核心指标(Xia et al., 2022; Gómez-Catasús et al., 2024)。其关键物理机制在于光伏组件引起的局部微气候重新配置和能量再分配(Barron-Gafford et al., 2016)。阐明光伏对植被影响的模式已成为生态学和能源科学交叉领域的前沿议题。
目前,学术界对于光伏电站对植被究竟具有"恢复性"还是"破坏性"效应尚未达成共识(Hernandez et al., 2014; Zhang et al., 2023b)。这种不一致性导致难以对光伏开发的实际选址和管理实践提供有效指导。由于缺乏统一的评估框架,大多数评估聚焦于经济回报或单一气候区的短期监测,难以准确解耦气候背景波动对植被演替的长期效应(Moore-O'Leary et al., 2017; Tawalbeh et al., 2021)。这种不确定性的关键在于光伏影响表现出显著的空间异质性,即不同的环境背景可能产生不同的结果。例如,在戈壁沙漠等水分受限的干旱区,光伏板通过遮阴和土壤水分保持效应显著增加了植被绿度和生产力(Xia et al., 2022; Sturchio et al., 2024b; Wang et al., 2025c; Wan et al., 2026);然而,在光照或热量为限制因子的湿润草地或高山生态系统中,光伏遮阴则成为严重的生态胁迫因素,导致归一化植被指数(NDVI)和生物量的急剧下降(Lambert et al., 2023; Hurduc et al., 2024; Su et al., 2025b; Wang et al., 2025a; Xiao et al., 2025)。此外,光伏影响的驱动机制十分复杂,效应通过"光、温、水、风"多因子重组与植物生理适应机制非线性耦合(Armstrong et al., 2016; Barron-Gafford et al., 2019)。需要注意的是,光伏设施内部的植被群落发育可能受到土壤扰动、种子来源可得性、土地利用历史和植被管理的塑造,可能包含杂草、非本地或入侵物种。因此,单点案例研究不足以识别光伏开发下植被响应的可推广且依赖情境的轨迹(Moore-O'Leary et al., 2017; Randle-Boggis et al., 2020; Nowak et al., 2023)。
总之,亟需一项全球尺度的系统综述来建立更具普适性的评估框架。本文旨在通过系统综合全球研究结果来回答以下关键科学问题:(1) 表征不同土地覆盖类型下光伏开发引发的植被响应全谱,包括正面、负面和复杂混合结果;(2) 阐明环境因子如何通过级联效应驱动植被生理和结构变化的机制;(3) 识别以缩减权衡和增强协同效益为目标的分土地覆盖类型管理策略,涉及光伏发电、植被恢复和农业利用之间。研究结果为光伏开发的生态友好选址和管理提供了科学依据。

章节摘要

方法

文献检索使用Web of Science(WoS)核心合集数据库进行。选择WoS是因为其多学科覆盖、标准化的文献元数据和主题分类体系,能够在环境科学、生态学、地理学、农学和遥感学领域实现一致且可重复的筛选流程。在正式文献检索和筛选之前,建立了先验的综述框架以定义数据库、检索时段和关键词

光伏对植被影响的全局研究现状

基于研究案例的全球分布(图2),所纳入研究显示出明显的空间集聚模式。中国贡献的记录数量最多(n = 62),其次为美国(n = 36)、法国(n = 19)、意大利(n = 17)、德国(n = 9)和英国(n = 8)。该分布表明,光伏—植被研究集中在大规模光伏部署国家、农光互补研究项目活跃或日益关注生态的

管理启示

光伏电站的生态管理 光伏电站的生态管理可能受益于分土地覆盖类型的策略,因为植被响应在不同土地覆盖类型之间存在显著差异。基于全球光伏、弃耕地和ESA CCI土地覆盖数据集的空间叠加分析(图5)(Zheng et al., 2023; Zeng et al., 2025),进一步揭示了光伏部署偏向耕地的空间格局,凸显了制定情境特定规划和管理措施的必要性

结论

通过对171条全球研究记录的系统综述,本文阐明了植被对公用事业级光伏(PV)电站响应的模式及其驱动机制。结果表明,光伏—植被相互作用具有明显的土地覆盖类型依赖性。在水分受限的荒地,84.2%的荒地研究记录报告了与微气候调节相关的正面植被响应,而草地和农田系统则表现出显著的

CRediT作者贡献声明

董雨晴:撰写—审稿与编辑,撰写—初稿,可视化,方法学,形式分析,数据整理,概念构思。吕鑫:撰写—审稿与编辑,撰写—初稿,监督,资源,项目管理,经费获取,形式分析,概念构思。李晓兵:撰写—审稿与编辑,监督,资源,经费获取。党东亮:撰写—审稿与编辑,形式分析。龚继瑞:撰写—审稿与

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所述工作的结果。

致谢

本研究由国家重点研发计划(项目编号:2022YFF1303400)、北京市高层次创新创业人才支持计划青年优秀人才项目(项目编号:20250702)以及植被资源研究团队培育项目(项目编号:2024-KYTD-06)资助。
董雨晴|吕鑫|李晓兵|党东亮|龚继瑞|田秋影
北京师范大学地理科学学部地球表面过程与灾害预防国家重点实验室,北京,100875,中国
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