光伏电站对戈壁土壤细菌群落多样性及功能的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2026.00007

摘要/Abstract

摘要：

为探究光伏电站对戈壁土壤细菌群落多样性及功能的影响，以甘肃省民乐县三墩滩百万千瓦光伏发电基地为对象，在光伏阵列中心区选取无扰动光伏板，采集板檐（FP）、板下（UP）、板间（IP）0~20 cm土样，并以电站外围土壤为对照（CK），系统分析土壤理化性质、细菌群落结构及功能特征。结果表明：所采土样共检测到细菌35门、107纲、240目、358科、541属，群落中优势菌门为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门，占总细菌相对丰度的80.95%以上。主坐标分析（PCoA）显示FP、UP、IP处细菌群落结构与CK存在显著差异，FP处细菌丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon指数）最高，UP和IP处则显著低于CK（P>0.05）。Mantel检验揭示，土壤电导率、有机碳、全氮和容重是影响戈壁土壤细菌群落结构的关键环境因子。功能预测表明，土壤细菌以新陈代谢功能为主导，在17个二级功能中，FP处在脂质代谢和外源生物降解方面功能较强，UP处在辅因子与维生素代谢及蛋白质合成方面表现突出。综上，光伏电站通过改变局地土壤理化性质，显著影响戈壁土壤细菌群落结构、多样性及功能潜力，研究结果可为戈壁土壤生态修复提供理论依据。

关键词: 戈壁, 光伏电站, 土壤细菌, 土壤理化性质

Abstract:

To elucidate the impact of photovoltaic power plants on the structure and function of soil bacterial communities in the gobi desert. This study was conducted at the Sanduntan Million-Kilowatt Photovoltaic Power Base in Minle County， Gansu Province. Undisturbed panels from the central area of the photovoltaic array were selected. Soil samples （0-20 cm depth） were collected from different locations： front eave of photovoltaic panel （FP）， underneath photovoltaic panel （UP）， interval between photovoltaic panels （IP）. Soils from OTUside the power station were used as controls （CK）. A systematic analysis was then performed on soil physicochemical properties， bacterial community structure， and functional characteristics. The results indicated that a total of 35 bacterial phyla， 107 classes， 240 orders， 358 families， and 541 genera were detected in soil samples collected from both inside and OTUside the power station in the study area. The dominant phyla in the bacterial community were Actinobacteria， Proteobacteria， Acidobacteria， Chloroflexi， Gemmatimonadota， and Bacteroidota， which collectively accounted for over 80.95% of the total bacterial relative abundance. The bacterial community structures at FP， UP， and IP were distinct from that of CK， as indicated by Principal Coordinate Analysis （PCoA）. Furthermore， the highest bacterial richness and diversity （assessed by Chao1 and Shannon indices， respectively） were found at FP， with UP and IP showing values significantly lower （P<0.05） than the control. Mantel tests revealed that soil electrical conductivity， organic carbon， total nitrogen， and bulk density were key environmental factors influencing the bacterial community structure in the gobi desert. Functional prediction indicates that soil bacteria are predominantly characterized by metabolic functions. Among the 17 secondary functions， FP demonstrates stronger capabilities in lipid metabolism and xenobiotic biodegradation， while UP shows prominent performance in cofactor and vitamin metabolism as well as protein synthesis. Through their modification of local soil properties， photovoltaic power stations exert a significant influence on the structure， diversity， and functional potential of bacterial communities in gobi desert soils. These results offer a theoretical basis for informing future ecological restoration strategies in this region.

Key words: gobi desert, photovoltaic power station, soil bacteria, soil physicochemical properties

中图分类号:

曹毅博, 霍应聪, 何昱璇, 张金豫, 李青, 马瑞, 肖建华, 东双娟. 光伏电站对戈壁土壤细菌群落多样性及功能的影响[J]. 中国沙漠, 2026, 46(5): 325-334.

Yibo Cao, Yingcong Huo, Yuxuan He, Jinyu Zhang, Qing Li, Rui Ma, Jianhua Xiao, Shuangjuan Dong. Effects of photovoltaic power stations on the diversity and function of soil bacterial communities in the gobi desert[J]. Journal of Desert Research, 2026, 46(5): 325-334.

图/表 9

参考文献 46

[1]	Thapa T S， Chitralekha M.Gain tuned sliding mode control based maximum power point tracking for solar PV systems［J］.IFAC PapersOnLine，2022，55（1）：417-422.
[2]	王超，孙福全.科技创新支撑我国清洁能源产业发展战略研究［J］.科学学研究，2026，44（1）：86-93
[3]	国家能源局新闻发言人.国家能源局2021年一季度网上新闻发布会文字实录［J］.中国电业，2021（2）：26-29.
[4]	袁玲雅，张滢.中国光伏产业发展及其资源环境影响［J］.化工学报，2024，75（S1）：14-24.
[5]	Gillianne B， Thierry H， Vanessa B.Linking solar and biomass resources to generate renewable energy：can we find local complementarities in the agricultural setting［J］.Energies，2023，16（3）：1486.
[6]	何鑫东，李涛，王文玉，等.光伏板布设方式对土壤水热运移特征的影响［J/OL］.西安理工大学学报，1-13［2025-10-21］.
[7]	刘向，张鹏，刘建全.无机肥料是青海塔拉滩光伏电站植被恢复过程中的限制性因子［J］.生物多样性，2022，30（5）：29-36.
[8]	柴亚凡，周波，李欣娟，等.戈壁荒漠区光伏发电项目水土流失特征及其影响指数［J］.中国水土保持科学，2014，12（6）：105-110.
[9]	Liu Y， Zhang R， Huang Z，et al.Solar photovoltaic panels significantly promote vegetation recovery by modifying the soil surface microhabitats in an arid sandy ecosystem［J］.Land Degradation & Development，2019，30（18）：2177-2186.
[10]	崔永琴，冯起，孙家欢，等.西北地区光伏电站植被恢复模式研究综述［J］.水土保持通报，2017，37（3）：200-203.
[11]	赵延岩，应江，李振朝，等.戈壁光伏电站气象要素特征［J］.高原气象，2022，41（4）：977-987.
[12]	张芝萍，尚雯，王祺，等.河西走廊荒漠区光伏电站植物群落物种多样性研究［J］.西北林学院学报，2020，35（2）：190-196+212.
[13]	吴彤，段媛媛，李捷，等.不同光伏阵列建设对荒漠草地植物群落自然恢复和土壤理化性质的影响［J］.草业科学，2025，42（9）：2178-2189.
[14]	郝晓珍，于航，吴星叶，等.青藏高原荒漠区典型光伏电站建设对植被属性和土壤性质的影响［J］.生态学报，2025，45（11）：5510-5526.
[15]	Osburn E D， Yang G， Rillig M，et al.Evaluating the role of bacterial diversity in supporting soil ecosystem functions under anthropogenic stress［J］.ISME Communications，2023，3（1）：66.
[16]	Holanda D F S， Berghahn E， Vargas K L，et al.Plant growth promoting bacteria promote rice growth cultivated in two different sandy soils subjected distinct climates conditions［J］.World Journal of Microbiology and Biotechnology，2024，40（11）：352.
[17]	Liu X Z， Huang Z， Caroline A H，et al.Plant litter crust role in nutrients cycling potentials by bacterial communities in a sandy land ecosystem［J］.Land Degradation & Development，2021，32（11）：3194-3203.
[18]	Lei J， Cao Y， Wang J，et al.Soil nutrients，enzyme activities，and microbial communities along a chronosequence of chinese fir plantations in subtropical China［J］.Plants，2023，12（10）：1-15
[19]	王安林，马瑞，马彦军，等.复合型治沙措施对土壤细菌群落结构及功能的影响［J］.草业学报，2024，33（3）：46-60.
[20]	徐恒康，付尧，陈超，等.积雪减少和氮添加对华北退化沙荒地土壤细菌群落结构多样性及网络拓扑结构的影响［J］.草地学报，2025，33（12）： 3874-3884.
[21]	孔维波，余思，封欣宜，等.水蚀风蚀交错区植被恢复对土壤生态功能的影响［J］.科学通报，2025，70（Z2）：4843-4856.
[22]	陆雅海，傅声雷，褚海燕，等.全球变化背景下的土壤生物学研究进展［J］.中国科学基金，2015，29（1）：19-24.
[23]	孙文倩，楚彬，叶国辉，等.光伏发电站对高寒草甸土壤细菌群落组成及多样性的影响研究［J］.草地学报，2025，33（2）：440-450.
[24]	张晴，牛清河，李毅，等.大型光伏电站建设对共和盆地土壤细菌群落的影响［J］.中国沙漠，2026，46（3）：1-10.
[25]	杨永均，段雪颖，马静，等.光伏建设对草原矿区复垦土壤微生物群落的影响［J/OL］.环境科学，1-13［2026-01-01］.
[26]	赵丽娜，李昱达，缑倩倩，等.荒漠绿洲扩张区土壤微生物群落和多功能性的时效累积效应：以张掖绿洲为例［J］.干旱区研究，2025，42（9）：1612-1627.
[27]	鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京：中国农业出版社，2000：25-114.
[28]	曹鹏熙，刘怡萱，许国琪，等.冰川棘豆（Oxytropis glacialis）根系土壤细菌多样性特征［J］.生态学报，2020，40（14）：4954-4965.
[29]	王安林，马瑞，马彦军，等.不同治沙措施对土壤细菌群落多样性及理化性质的影响［J］.草地学报，2023，31（5）：1359-1367.
[30]	丁新景，黄雅丽，敬如岩，等.基于高通量测序的黄河三角洲4种人工林土壤细菌结构及多样性研究［J］.生态学报，2018，38（16）：5857-5864.
[31]	屈准，杨肃昌，赵鹏，等.青藏高原东北缘大规模光伏电站对高寒沙地植被-土壤的影响研究：以青海共和盆地为例［J］.干旱区资源与环境，2024，38（12）：92-106.
[32]	鲍平安，季波，孙果，等.光伏电站建设对植物群落与土壤特征的影响［J］.草业学报，2024，33（12）：23-33.
[33]	车光欣，李艳梅，胡元泽，等.滇中石漠化地区光伏阵列对微气候-土壤的影响机制及效应［J］.水土保持学报，2025，39（3）：191-201.
[34]	何茂林，李瑞，吴盼盼，等.裸露岩石对喀斯特坡地水土流失及水动力特征的影响［J］.水土保持学报，2024，38（4）：103-113.
[35]	刘怡萱，曹鹏熙，马红梅，等.青藏高原土壤微生物多样性及其影响因素研究进展［J］.环境生态学，2019，1（6）：1-7.
[36]	王诗雯.光伏板阵列对松嫩草地土壤微生物群落组成与多样性的影响［D］.长春：东北师范大学，2023.
[37]	张振清，张昺林，张威，等.河西走廊黑戈壁生态系统中可培养细菌分布特征及抗辐射活性［J］.中国沙漠，2020，40（4）：52-62.
[38]	王安林，马瑞，马彦军，等.民勤荒漠绿洲过渡带人工梭梭林土壤细菌群落结构及功能预测［J］.环境科学，2024，45（1）：508-519.
[39]	吴雲鹏，李艳梅，胡元泽，等.不同光伏阵列处理对滇中石漠化地区环境因子及细菌群落组成和多样性的影响［J］.生态环境学报，2024，33（10）：1570-1579.
[40]	Yang Y， Yan D， Bao W，et al. Deciphering factors driving soil microbial life‐history strategies in restored grasslands［J］.iMeta，2022，2（1）：e66-e66.
[41]	Crowther W T， Rappuoli R， Corinaldesi C，et al.Scientists' call to action：microbes，planetary health，and the sustainable development goals［J］.Cell，2024，187（19）：5195-5216.
[42]	姚佳妮，代金霞，刘爽，等.宁夏荒漠草原典型灌丛根际土壤细菌群落结构与功能［J］.生态学报，2024，44（20）：9285-9299.
[43]	Ye Z C.Ecoenzymatic stoichiometry reflects the regulation of microbial carbon and nitrogen limitation on soil nitrogen cycling potential in arid agriculture ecosystems［J］.Journal of Soils and Sediments，2022，22（4）：1-14.
[44]	丁钰珮，杜宇佳，高广磊，等.呼伦贝尔沙地樟子松人工林土壤细菌群落结构与功能预测［J］.生态学报，2021，41（10）：4131-4139.
[45]	刘绍东.新疆棉花初花期土壤—根系连续体微生物群落演替及干旱胁迫响应机制［D］.乌鲁木齐：新疆农业大学，2023.
[46]	黄铖，吴林，李旭，等.持续集约化森林经营下土壤微生物多样性对土壤多功能性的影响［J/OL］.土壤学报，1-13［2025-10-21］.

土壤理化指标	采样位置
土壤理化指标	板前檐FP	板下UP	板间IP	对照CK
BD/（g·cm^-3）	0.94±0.00045^d	1.23±.00003^a	1.22±0.00041^b	1.08±0.00041^c
SWC/%	4.44±0.12^a	1.50±0.26^b	0.38±0.08^c	0.55±0.30^c
pH	8.44±0.17^ab	8.09±0.04^b	8.92±0.17^a	8.10±0.23^b
EC/（μS·cm^-1）	1158.33±89.09^c	1242.90±34.59^bc	1841.33±27.36^a	1472.33±123.90^b
SOC/（g·kg^-1）	1.71±0.060^a	1.40±0.017^b	1.76±0.005^a	1.40±0.041^c
TN/（g·kg^-1）	0.33±0.002^a	0.13±0.002^c	0.17±0.003^b	0.17±0.012^b
TP/（g·kg^-1）	0.11±0.00045^b	0.09±0.0006^c	0.11±0.00059^b	0.13±0.00111^a
TK/（g·kg^-1）	4.88±0.05^a	2.88±0.04^c	4.84±0.03^a	4.32±0.09^b

土壤理化指标	采样位置
土壤理化指标	板前檐FP	板下UP	板间IP	对照CK
BD/（g·cm^-3）	0.94±0.00045^d	1.23±.00003^a	1.22±0.00041^b	1.08±0.00041^c
SWC/%	4.44±0.12^a	1.50±0.26^b	0.38±0.08^c	0.55±0.30^c
pH	8.44±0.17^ab	8.09±0.04^b	8.92±0.17^a	8.10±0.23^b
EC/（μS·cm^-1）	1158.33±89.09^c	1242.90±34.59^bc	1841.33±27.36^a	1472.33±123.90^b
SOC/（g·kg^-1）	1.71±0.060^a	1.40±0.017^b	1.76±0.005^a	1.40±0.041^c
TN/（g·kg^-1）	0.33±0.002^a	0.13±0.002^c	0.17±0.003^b	0.17±0.012^b
TP/（g·kg^-1）	0.11±0.00045^b	0.09±0.0006^c	0.11±0.00059^b	0.13±0.00111^a
TK/（g·kg^-1）	4.88±0.05^a	2.88±0.04^c	4.84±0.03^a	4.32±0.09^b

采样位置	原始数列	有效数列	OTU	覆盖率/%	Chao1指数	Shannon指数	Simpson指数
板檐FP	120 558	115 518	3 272	99.46	3 273.12±147.33^a	9.65±0.14^a	0.0047±0.0008^b
板下UP	125 518	119 322	2 678	99.29	2 679.21±135.25^c	9.11±0.11^b	0.0056±0.0003^b
板间IP	99 378	96 617	2 113	99.22	2 114.23±121.52^d	8.46±0.09^c	0.0114±0.0009^a
对照CK	126 830	118 840	3 077	99.24	3 078.11±142.23^b	9.54±0.12^a	0.0039±0.0005^b

采样位置	原始数列	有效数列	OTU	覆盖率/%	Chao1指数	Shannon指数	Simpson指数
板檐FP	120 558	115 518	3 272	99.46	3 273.12±147.33^a	9.65±0.14^a	0.0047±0.0008^b
板下UP	125 518	119 322	2 678	99.29	2 679.21±135.25^c	9.11±0.11^b	0.0056±0.0003^b
板间IP	99 378	96 617	2 113	99.22	2 114.23±121.52^d	8.46±0.09^c	0.0114±0.0009^a
对照CK	126 830	118 840	3 077	99.24	3 078.11±142.23^b	9.54±0.12^a	0.0039±0.0005^b

功能		相对丰度/%
一级功能	二级功能	板檐FP	板下UP	板间IP	对照CK
新陈代谢	碳水化合物代谢	13.34±0.21^a	13.14±0.18^b	13.28±0.16^a	13.31±0.22^a
	氨基酸代谢	13.16±0.17^b	13.05±0.14^c	13.24±0.15^a	13.12±0.16^b
	辅因子和维生素代谢	11.72±0.14^c	12.26±0.16^a	12.05±0.16^b	12.23±0.15^a
	萜类化合物和聚酮化合物代谢	9.50±0.15^d	9.96±0.19^a	9.88±0.18^b	9.79±0.15^c
	其他氨基酸代谢	7.93±0.12^a	7.87±0.13^b	7.85±0.14^b	7.94±0.15^a
	脂质代谢	7.32±0.12^a	6.55±0.11^c	6.85±0.14^b	6.61±0.13^c
	外源生物降解与代谢	6.22±0.11^a	5.16±0.12^d	6.04±0.13^b	5.49±0.11^c
	能量代谢	5.12±0.10^b	5.19±0.12^a	5.08±0.11^b	5.17±0.14^a
	聚糖生物合成和代谢	2.99±0.08^b	3.13±0.09^a	2.55±0.08^c	3.00±0.07^b
	其他次级代谢产物的生物合成	2.87±0.08^b	3.03±0.08^a	2.77±0.09^c	3.03±0.08^a
	核苷酸代谢	1.55±0.05^b	1.64±0.06^a	1.61±0.05^a	1.61±0.05^a
遗传信息处理	复制和修复	4.96±0.13^b	5.08±0.14^a	5.11±0.12^a	4.97±0.14^b
	折叠排序和降解	3.16±0.11^c	3.45±0.12^a	3.35±0.13^b	3.45±0.12^a
	翻译	2.66±0.09^c	3.01±0.08^a	2.85±0.07^b	2.93±0.07^ab
细胞过程	细胞运动	1.85±0.04^c	1.91±0.03^b	1.99±0.03^a	1.86±0.03^c
细胞过程	细胞生长与死亡	1.42±0.04^a	1.40±0.02^a	1.35±0.03^b	1.38±0.04^ab
环境信息处理	膜转运	1.57±0.03^a	1.50±0.04^b	1.56±0.02^a	1.51±0.03^b