沙漠光伏建设模式通过土壤水分影响固沙草本植物生长特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00081

摘要/Abstract

摘要：

大型沙漠光伏电站的建设不仅为全球能源转型和实现碳中和目标提供了新途径，也为荒漠化治理提供了新方案。然而，其建设模式对土壤物理属性（如水分、温度和电导率）及固沙植物生长特征的影响尚缺乏在空间上的对比研究。本研究以腾格里沙漠大型新能源基地为对象，通过野外调查、定位监测，对比分析两种光伏建设模式（固定可调模式与平单轴追踪模式）下生态修复区内光伏板下方、前方和后方的土壤特性、植物生长状况及生物量特征。结果表明：光伏板前和板后土壤水分表现为固定可调生态修复区显著高于平单轴生态修复区，而板下土壤水分表现为平单轴生态修复区高于固定可调生态修复区，土壤温度和电导率表现为固定可调光伏生态修复区高于平单轴光伏生态修复区，但差异不显著。空间异质性分析表明，两种光伏建设模式对土壤属性的影响存在显著差异，光伏板前（固定可调）和板后（两种模式）区域的土壤水分显著高于光伏板下区域，而电导率表现为板下区域显著高于板前和板后区域。固定可调光伏生态修复区的物种多样性高于平单轴光伏生态修复区。固沙植物在空间分布上同样存在显著异质性，光伏板前和板后区域的植物株高、盖度、地径、根长、地上生物量和地下生物量均显著高于光伏板下区域。植物盖度、高度、地径、根长、地上生物量和地下生物量受土壤水分影响显著（P<0.05）。光伏电站建设通过改善植物生境显著促进了固沙植被的恢复，其中固定可调模式更有利于光伏板前和板后区域的植被恢复，但不利于光伏板下区域的植被恢复。

关键词: 沙漠光伏电站, 植物多样性, 空间分布, 植被恢复, 土壤水温盐

Abstract:

The construction of large-scale desert photovoltaic power stations not only provides a new way for global energy transformation and carbon neutrality， but also opens up a new scheme for desertification control. However， the impact of its construction mode on soil physical properties （such as moisture， temperature and electrical conductivity） and the growth characteristics of sand fixation plants is still lack of comparative research in space. This study takes the large-scale new energy base in Tengger Desert as the research object， through field investigation， positioning monitoring and comparative analysis of the soil characteristics， plant growth status and biomass characteristics under， in front of and behind the photovoltaic panels in the ecological restoration area under the two photovoltaic construction modes （fixed adjustable mode and horizontal uniaxial tracking mode）. The results showed that the soil moisture in the fixed and adjustable ecological restoration area was significantly higher than that in the flat uniaxial ecological restoration area， while the soil moisture in the flat uniaxial ecological restoration area was higher than that in the fixed and adjustable ecological restoration area， and the soil temperature and conductivity in the fixed and adjustable photovoltaic ecological restoration area were higher than that in the flat uniaxial photovoltaic ecological restoration area， but the difference was not significant. The spatial heterogeneity analysis showed that there were significant differences in the effects of the two photovoltaic construction modes on soil properties. The soil moisture in the front （fixed and adjustable） and back （two modes） of the photovoltaic panel was significantly higher than that under the photovoltaic panel， while the conductivity in the under panel area was significantly higher than that in the front and back of the photovoltaic panel. The species diversity of the fixed and adjustable photovoltaic ecological restoration area is higher than that of the flat single axis photovoltaic ecological restoration area. The plant height， coverage， ground diameter， root length， aboveground biomass and underground biomass in the area before and after the photovoltaic panel were significantly higher than those in the area under the photovoltaic panel. Plant coverage， height， ground diameter， root length， aboveground biomass and underground biomass were significantly affected by soil moisture （P<0.05）. The construction of photovoltaic power station has significantly promoted the restoration of sand fixation vegetation by improving plant habitat. The fixed and adjustable mode is more conducive to the vegetation restoration in the area before and after the photovoltaic panel， but is not conducive to the vegetation restoration in the area under the photovoltaic panel. This study reveals the potential of desert photovoltaic power station in improving soil environment and promoting sand fixation plant diversity， and provides a theoretical basis for the scientific implementation of the "photovoltaic+sand control" mode.

Key words: desert photovoltaic power station, plant diversity, spatial distribution, vegetation restoration, soil moisture， temperature， and salinity

中图分类号:

Q946

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图/表 10

图1 腾格里沙漠新能源基地光伏一期项目区位

Fig.1 Location map of photovoltaic phase I project in Tengger Desert new energy base

图2 腾格里沙漠新能源基地光伏项目两种建设模式示意图

Fig.2 Schematic diagram of two construction modes of photovoltaic project in Tengger Desert New Energy Base

图3 腾格里沙漠新能源基地光伏项目两种建设模式实景

Fig.3 Realistic picture of two construction modes of photovoltaic project in Tengger Desert New Energy Base

图4 不同建设模式光伏生态修复区土壤水分、温度和电导率的空间差异注：不同大写字母表示固定可调模式固沙植被区不同位置之间（板下、板后、板前）土壤水分（温度、电导率）之间差异显著（P<0.05），不同小写字母表示平单轴模式固沙植被区不同位置之间（板下、板后、板前）土壤水分（温度、电导率）之间差异显著（P<0.05）

Fig.4 Spatial differences of soil moisture， temperature and conductivity in photovoltaic ecological restoration areas under different construction modes

图5 光伏板不同位置土壤水分、温度和电导率注：不同小写字母表示不同位置（板下、板后、板前）土壤水分（温度、电导率）在两种模式（固定可调、平单轴）之间差异显著（P<0.05）

Fig.5 Soil moisture， temperature and conductivity at different positions of photovoltaic panels

表1 不同建设模式光伏区植物生长特性双因素方差对比分析

Table 1 Comparative analysis of plant growth characteristics in photovoltaic areas under different construction modes using one-way ANOVA

植物特性	固定可调模式			平单轴追踪模式
植物特性	板前	板后	板下	板前	板后	板下
株高/cm	6.54±0.01^Aa	5.20±0.02^Ab	2.57±0.01^Ac	6.46±0.01^Aa	5.55±0.02^Ab	1.27±0.02^Bc
盖度/%	1.43±0.02^Ba	1.36±0.01^Aa	0.25±0.02^Ab	1.79±0.01^Aa	1.48±0.02^Ab	0.10±0.02^Bc
根长/cm	6.49±0.01^Aa	4.70±0.02^Ab	2.91±0.01^Ac	5.60±0.02^Ba	5.34±0.01^Aa	1.54±0.03^Bb
地径/mm	0.79±0.01^Aa	0.64±0.02^Ab	0.33±0.01^Ac	0.70±0.01^Aa	0.68±0.01^Aa	0.49±0.03^Bb
地上生物量/(g·m^-2)	24.13±0.01^Aa	17.08±0.02^Ab	3.44±0.01^Ac	14.64±0.02^Ba	12.55±0.02^Ba	0.89±0.03^Bb
地下生物量/(g·m^-2)	2.61±0.01^Aa	2.21±0.03^Bb	0.45±0.02^Bc	2.66±0.01^Aa	2.60±0.01^Aa	1.28±0.02^Ab

表2 光伏项目建设区不同位置植物的总物种数和α多样性

Table 2 Total species and α diversity of plants at different locations in photovoltaic project construction area

指数	固定可调生态修复区			平单轴生态修复区
指数	板前	板后	板下	板前	板后	板下
总物种数	4.65±0.55^Aa	4.85±0.45^Aa	3.12±0.13^Ab	3.65±0.25^Ba	2.85±0.15^Bb	1.89±0.06^Bc
Simpson指数	0.18±0.01^Ab	0.13±0.01^Ab	0.33±0.01^a	0.10±0.01^Bb	0.10±0.01^Ab	0.16±0.02^Ba
Shannon-Wiener指数	0.39±0.02^Ab	0.29±0.01^Ac	0.50±0.0^Aa	0.20±0.01^Bb	0.15±0.01^Bc	0.25±0.01^Ba
Pielou 指数	0.22±0.01^Ab	0.18±0.01^Ab	0.36±0.01^Aa	0.11±0.01^Bb	0.09±0.01^Bb	0.18±0.01^Ba

表3 光伏板阵列常见物种重要值

Table 3 Important values of common species of photovoltaic panel array

科	种	固定可调模式			平单轴追踪模式
科	种	板前	板后	板下	板前	板后	板下
藜科	沙蓬	83.01	91.13	82.38	92.21	93.73	85.78
	虫实	5.12	2.72	—	6.38	4.18	14.22
	刺沙蓬	—	1.01	1.56	0.99	—	—
苋科	雾冰藜	12.04	5.54	16.58	0.32	1.60	—
禾本科	沙芦草	—	9.70	—	—	—	—
紫草科	鹤虱	0.27	—	—	—	—	—

表4 光伏项目建设区不同位置植物的数量比例（ P ）和频率（ F ）

Table 4 The characteristics of individual proportion （ P ） and frequency （ F ） of herbaceous and shrubs species at different site from the photovoltaic project construction area

植物种	固定可调模式/%						平单轴追踪模式/%
	板前		板后		板下		板前		板后		板下
	P	F	P	F	P	F	P	F	P	F	P	F
沙蓬	92.8	33.3	78.1	33.3	88.1	31.5	97.0	100	94.1	100	80.8	33.3
虫实	3.7	11.1	1.0	0.9	—	—	2.2	33.3	4.9	33.3	19.2	5.6
刺沙蓬	3.2	2.3	1.3	1.4	2.5	0.5	0.5	11.1	—	—	—	—
雾冰藜	—	—	8.4	24.1	9.4	2.3	0.2	5.6	1.0	16.7	—	—
沙芦草	—	—	11.1	20.4	—	—	—	—	—	—	—	—
鹤虱	0.3	1.9	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—

图6 不同建设模式光伏区土壤水温盐与植被特征相关性

Fig.6 Correlation of soil moisture， temperature and conductivity with vegetation characteristics in photovoltaic areas with different construction modes

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