新疆伊犁半干旱区光伏电站植被-土壤耦合特性

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2026.00082

摘要/Abstract

摘要：

为解析半干旱区光伏开发对植被-土壤系统的影响机制，以新疆伊犁尼勒克县运行5年的光伏电站为研究对象，设置光伏板下、光伏板行间和光伏电站外3种微生境，测定植被群落特征与土壤理化指标，并结合冗余分析（RDA）、方差分解分析（VPA）及结构方程模型（SEM）探讨其耦合关系及驱动机制。结果表明：不同光伏微生境的植被与土壤指标差异显著，光伏板下土壤含水量、植被盖度及地上生物量最优，光伏板行间的植被高度和土壤速效养分更突出，光伏电站外物种丰富度最高。pH、电导率和土壤含水量是影响植被变化的关键土壤因子，土壤水分与速效养分对植被特征变异的联合解释率达52%。结构方程模型分析进一步表明，光伏环境主要通过调控土壤含水量和速效养分，间接影响植被盖度与地上生物量变化。

关键词: 伊犁, 半干旱区, 光伏电站, 光伏微生境, 植被-土壤耦合

Abstract:

To elucidate the mechanisms by which photovoltaic development affects the vegetation-soil system in the semi-arid Yili region of Xinjiang， a photovoltaic power station in Nilka County， Yili， Xinjiang， that has been in operation for five years was selected as the study site. Three microhabitats， namely beneath the photovoltaic panels， between the panel rows， and outside the photovoltaic station， were established for comparison. Vegetation community characteristics and soil physicochemical properties were measured， and their coupling relationships and driving mechanisms were further explored using redundancy analysis （RDA）， variance partitioning analysis （VPA）， and structural equation modeling （SEM）. The results showed that vegetation and soil attributes differed significantly among the three photovoltaic microhabitats. Soil moisture content， vegetation cover， and aboveground biomass were highest beneath the photovoltaic panels， whereas vegetation height and soil available nutrients were more prominent between the panel rows. Species richness was highest outside the photovoltaic station. Soil pH， electrical conductivity， and soil moisture content were identified as the key soil factors affecting vegetation variation， and the joint explanatory power of soil moisture and available nutrients for vegetation characteristic variation reached 52%. Furthermore， the SEM results demonstrated that the photovoltaic environment indirectly influenced changes in vegetation cover and aboveground biomass primarily by regulating soil moisture and available nutrients. This study reveals the regulatory effects of photovoltaic microhabitats on the vegetation-soil system in the semi-arid Yili region and provides a scientific basis for ecological management and the coordinated development of energy production and ecosystem functions in photovoltaic power stations in this region.

Key words: Yili, semi-arid region, photovoltaic power plant, photovoltaic microhabitat, vegetation-soil coupling

中图分类号:

X144

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图/表 6

图1 不同光伏布局采样示意图

Fig.1 Schematic diagram of sampling under different photovoltaic layouts

图2 不同光伏环境下植被特征变化注：*表示0.05水平上差异显著，**表示0.01水平上差异显著，***表示0.001水平上差异显著

Fig.2 Changes in vegetation characteristics in different photovoltaic environments

图3 不同光伏环境下土壤理化性质比较注：*表示0.05水平上差异显著，**表示0.01水平上差异显著，***表示0.001水平上差异显著

Fig.3 Comparison of soil physical and chemical properties in different photovoltaic environments

图4 植被特征和土壤性质的相关性注：*表示0.05水平上差异显著，**表示0.01水平上差异显著，***表示0.001水平上差异显著

Fig.4 Correlation analysis of vegetation characteristics and soil properties

图5 基于冗余分析（A）和方差分解分析（B）的土壤理化性质对植被特征的影响

Fig.5 Influences of soil physical and chemical properties on vegetation characteristics based on redundancy analysis （A） and variance decomposition analysis（B）

图6 光伏环境介导植物特征和土壤性质变化的结构方程模型分析注：箭头上的数值代表路径系数，实线、虚线分别表示正效应和负效应，R2表示模型对相应变量的解释度，*、**和 ***分别表示P<0.05、P<0.01和P<0.001，GOF表示模型拟合优度。

Fig.6 Structural equation model analysis of the changes in plant traits and soil properties mediated by the photovoltaic environment

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