太阳能开发对多年生农业景观中鸟类分类与功能多样性的选择性过滤效应

《Journal of Applied Ecology》：Solar energy development selectively filters avian taxonomic and functional diversity across a perennial agricultural landscape

　　

摘要 1.太阳能正在农业景观中迅速扩张，但其对鸟类群落的影响仍知之甚少，尤其是在异质性土地利用矩阵中。 2.2024年和2025年，研究人员在纽约州的107个样点调查了鸟类，包括采用割草或绵羊放牧管理植被的传统太阳能阵列、毗邻太阳能的农作土地（如干草地、牧场）以及独立于太阳能阵列之外的参考农作土地。研究人员整合了四个性状维度的多样性指标——分类学、形态学、生态学和保护状况——并检验了物种水平丰度与性状之间的相互作用，以理解鸟类群落对太阳能开发的响应。 3.太阳能场址中的鸟类物种往往为常见种、非迁徙性（在行为和翅膀形态上）且与灌丛或森林相关。与参考农作土地相比，太阳能和毗邻太阳能场址的鸟类群落在分类学上多样性较低，且由较少数量下降和分布受限的物种组成。然而，太阳能和毗邻太阳能场址保留了相当的内禀性状多样性，这表明尽管存在明显的物种过滤和功能重组，生态功能可能仍然持续。 4.虽然太阳能开发可以支持具有独特功能特征的鸟类群落，但研究人员的发现表明，在纽约州农作土地上选址的传统太阳能阵列维持了较低的鸟类多样性，且不太可能支持保护优先物种——例如以种群下降、迁徙倾向和开阔栖息地依赖性为特征的草地鸟类。 5.《综合与应用》。本研究提供了一条利用功能多样性定量表征太阳能相关鸟类群落及其形成生态机制的途径。研究结果表明，要实现生物多样性保护目标同时达成太阳能发展目标，需要在生态学指导下进行选址和过程设计，特别是在保护、农业和能源共同优先化带来可持续性权衡的地区。

研究背景与问题

气候变化与栖息地丧失对生物多样性构成双重威胁，而缓解气候变化需扩大可再生能源规模，但能源开发可能破坏物种赖以生存的资源。太阳能作为全球增长最快的可再生能源之一，其大规模设施常与保护用地和农业用地产生竞争。当前趋势显示，太阳能设施多建于农村农业社区，与既有农业作业及当地经济和物种依赖的生产性土地相交织。在此背景下，理解太阳能扩张在保护-农业-能源交汇区中的权衡关系至关重要。

鸟类对景观异质性和栖息地组成高度敏感，可作为生态变化的指示物种，同时也是重要的保护对象——自1970年代以来，农田和草地关联鸟类的种群急剧下降。然而，现有关于太阳能开发对鸟类影响的研究主要集中在集约化一年生农业系统和干旱环境，缺乏对较不集约的多年生农业系统（如牧场、干草地）的评估。这些系统的生态基线、土地利用历史和保护优先级与大型集约化农业区或沙漠生态系统显著不同。因此，研究人员旨在探究纽约州传统太阳能开发如何重塑鸟类群落，重点关注分类多样性与功能性状多样性，以揭示生态机制并评估保护意义。

研究内容与结论

研究人员在2024和2025年繁殖季，对纽约州三个地理区域（中西、北部和东部）的107个样点进行了标准化5分钟定点计数调查。样点分为三类处理：太阳能阵列（n=28）、毗邻太阳能的农作土地（n=28）和参考开放农作土地（n=51）。通过整合分类多样性指标（物种丰富度、Hill-Shannon指数、Inverse-Simpson指数）与三个功能性状组（形态学、内禀生活史与生态学、外在保护状态）的功能多样性指标，并结合物种水平丰度与性状的交互模型，全面解析了鸟类群落对太阳能开发的响应。

主要关键技术方法包括：①利用线性混合效应模型比较不同土地利用处理间的分类多样性，控制景观异质性（5000米缓冲区内香农多样性指数）、太阳能场址年龄和调查年份等协变量；②基于Gower距离计算功能离散度（FDis）和Rao二次熵（Rao's Q）以评估功能多样性；③采用截断负二项广义线性混合模型（glmmTMB）分析物种丰度与土地利用处理×性状的交互作用，识别特定性状的过滤效应。所有数据源自美国地质调查局数据发布（Boycott et al., 2026）。

研究结果

3.1 群落水平分类多样性：土地利用处理显著预测物种丰富度和Hill-Shannon多样性，但对Inverse-Simpson多样性无显著影响。太阳能阵列每样点平均比参考农作土地少约1.4个物种，Hill-Shannon多样性也相应降低。毗邻太阳能农作土地与参考场地无显著差异。景观异质性是分类多样性的负向预测因子，即更异质的景观支持较低的多样性。Beta多样性分解显示，太阳能阵列与参考场地之间的嵌套性组分比例升高，表明太阳能阵列主要保留了与参考群落共享的物种，而非支持组成新颖的集合。

3.2 群落水平功能性状多样性：外在保护状态功能多样性在太阳能阵列中显著低于参考农作土地（FDis和Rao's Q均显著），而形态学功能多样性呈降低趋势但不显著（p=0.090和0.060），内禀生活史与生态学功能多样性在处理间无差异。这表明太阳能开发主要沿保护和形态轴过滤物种，但保留了生态位空间的广度。

3.3 物种水平性状过滤：在20个土地利用处理×性状交互模型中，16个显示出显著交互作用。手翼指数（Hand-wing index）是形态学最佳预测因子：高手翼指数（更尖翅膀，关联迁徙）的物种在太阳能和毗邻太阳能场地中丰度比例更低。栖息地关联是内禀性状最佳预测因子：灌丛和森林关联物种在太阳能阵列中更丰富，而人类关联物种则显著减少；草地关联物种在毗邻太阳能场地中呈降低趋势（丰度比=0.66，p=0.051）。长期种群趋势是外在性状最佳预测因子：正趋势物种在太阳能和毗邻太阳能场地中丰度比例更高。总体而言，太阳能场地倾向于支持常见、非迁徙、灌丛/森林关联且种群稳定的物种，而排斥下降中、迁徙性和草地关联的保护优先物种。

讨论与结论

研究表明，纽约州保护-农业-能源交汇区内的传统太阳能开发导致鸟类分类和功能多样性选择性降低，而非均匀减少。太阳能改造后的栖息地保留了内禀生态性状的广度，表明生态功能（如无脊椎动物调节、种子传播）可能得以维持，但群落主要由常见且种群稳定的物种组成，未能支持保护优先物种（如草地鸟类）。这种模式类似于环境过滤，即新型栖息地限制了缺乏相容物理或人口特征的物种，同时保留了功能代表性的生态角色子集。值得注意的是，毗邻太阳能场地在多数指标中介于太阳能阵列与参考场地之间，暗示太阳能开发的空间溢出效应超出设施足迹。此外，景观异质性与局部分类多样性的负相关符合开阔栖息地鸟类群落的已知规律，即大面积连续同类栖息地优于破碎化镶嵌体。

研究结论指出，在多年生农作土地上的传统太阳能开发难以惠及保护优先物种，尤其是以种群下降、迁徙倾向和开阔栖息地依赖性为特征的草地鸟类。要实现生物多样性保护目标与太阳能发展目标的协同，必须在生态学指导下进行选址，将太阳能开发导向最敏感的草地栖息地之外，并通过场内管理和周边土地保护计划（如保护储备计划）来维持保护价值。未来研究应探索生态光伏（ecovoltaic）设计和管理实践能否改善保护成效，并验证这些模式在不同农业系统中的普适性。