国家可再生能源实验室 太阳能电池板可以有策略地将降水转移到生长在土壤下面的作物上
信用:丹尼斯·施罗德，NREL 预计到2100年，太阳能光伏技术将满足全球30%以上的电力需求，为可再生、可持续能源带来了新的曙光
尽管前景看好，但能源技术的扩张并非没有挑战
例如，安装太阳能光伏发电所必需的大规模景观改造可能会对环境产生负面影响，特别是在土壤扰动的情况下，这可能会影响土壤中的土壤水分和养分分布及其容纳本地植被的能力
这些土壤移动可持续阵列的20-30年寿命，并可能在安装拆除后很长时间内持续
在最近发表在《环境科学前沿》杂志上的一篇文章中，国家可再生能源实验室(NREL)的研究员乔丹·麦克尼克和他在天普大学和加州大学戴维斯分校的同事仔细研究了光伏阵列对土壤特性的影响，以及植被重建能否成功减轻太阳能电池板安装和建造带来的负面影响
通过重新引入进行补救 为了准备安装太阳能电池阵列的场地，按照传统做法，移除植被，平整地面，添加填料并压实
研究发现，移除光伏阵列周围和下方的植被会导致一系列问题，从径流和土壤侵蚀的增加到光伏阵列上方气温的上升
这可能是一个越来越大的问题:到2050年，全球太阳能部署可能会占用大约2500万公顷的土地——这些土地将经历改变，从而影响其物理、化学和生物特性
已经开展了各种研究，通过阵列和农业(称为“农业光伏”)同地办公以及光伏设施的径流和小气候影响等主题，改善太阳能项目的环境兼容性
NREL已经研究了在太阳能地点重新植被的成功之处，但是还没有广泛研究或考虑在这些地点重新引入本地植被对土壤性质的影响
为了评估光伏部署对地表的影响，并为未来的场地保护指南提供信息，研究小组完成了一系列基于实地的光伏阵列调查和土壤特性的协同定位策略
弄脏他们的手 为了了解植被恢复后的植被恢复地的土壤特性是否能恢复到未受干扰的土地上，研究小组将植被恢复地的土壤特性与邻近未受干扰的植被恢复地的土壤特性进行了比较
土壤样品和现场测量沿着三个样带采集——一个预先确定的路径，在该路径上以固定的间隔采集数据——在光伏站点的受影响区域，以及从邻近未扰动草地的第四个样带(参考土壤)采集
研究小组在每条样带上的四个点进行了土壤测量和取样:在每个太阳能电池板的东边缘之下，在电池板的中心之下，在电池板的西边缘之下，以及在每个电池板附近的未覆盖空间
每个样带包含16个采样点，4个样带中共有48个采样点
对现场样品进行了分析，比较了重新植被现场样品和未受干扰现场样品的一系列特性: 土壤水分 发现太阳能光伏站点的湿度更大
研究人员认为这可以归因于阵列提供的遮荫和挡风
他们还发现，光伏阵列可以增加水分分布的不均匀性，特别是沿着面板的低洼边缘
这可能会对同处一地的农业产生影响，特别是在干旱气候下
水力传导率和粒度 研究人员发现，尽管太阳能光伏发电场和参考土壤之间的粒度分布没有可测量的差异，但他们确实发现，在太阳能电池板正下方的区域，土壤的导水率或排水能力有所提高
这可能是由于减少了与场地维护相关的干扰——未扰动的土壤压实程度较低，因此在排水方面更有效
碳和氮 研究人员观察到，与参考土壤相比，太阳能光伏土壤中的总碳和总氮浓度明显较低，这可能是由于在阵列构建过程中移除了表层土壤造成的
该研究表明，在光伏电站建设7年后，养分循环尚未重建，土壤也无法像本地土壤那样固碳
需要长期研究来了解十年尺度上的影响
能源和农业共生 总体而言，从空间到环境，异质性是研究结果的一个共同主题；然而，研究人员发现这并不是一个完全有问题的命题
阵列的存在确实造成了土壤湿度的空间不均匀性，这意味着太阳能电池板由于其位置和方向导致了电池板下方土壤中的水分集中区域
虽然阵列样本中发现的土壤特性与原生地块中的不同，但研究人员发现，面板可以战略性地定向，以引导雨水流向或远离下方的土壤，从而满足不同类型植物的灌溉需求
此外，由于板下未压实的土壤使其能够快速排干水分，因此它可以作为抗旱的同地作物的合适生长空间
这项研究的一个关键收获是，太阳能电池板可以用来重新分配降水，这对农作物的同地种植具有积极的意义
为了最好地利用光伏板的湿度控制能力，安装人员必须了解降雨的时间和方向，以产生理想的土壤湿度效果
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