毛乌素沙漠，是中国四大沙漠之一，总面积4.22万平方公里，其中一半面积在陕西省榆林市长城一线。
在毛乌素沙地南缘的靖边县，年降雨量250-440毫米，年日照时数2600-2900小时，昼夜温差大。强光照使得当地蒸发量远高于降水量，高温和盐渍化状况严重，沙尘天气频发。
在沙地深处，植物稀少而低矮。但与周遭环境不同，在靖边县东昇光伏电站内，植物葱葱郁郁，散发着勃勃生机。“如今，光伏电站内植被覆盖度达66%以上，平均干草产量173 kg/亩。”兰州大学草地农业科技学院包爱科教授介绍。
这些数字诉说着新能源基地内生态环境的巨大变化。
变化背后凝聚着科学智慧，也离不开兰州大学师生“把论文书写在祖国大地上”的坚持。他们以科技赋能破解新能源基地生态难题，推动新能源发展与生态保护并进，助力国家“双碳”目标及荒漠化防治战略的实施。
我们在做什么？发挥优势 治理生态
兰州大学逸夫生物楼实验室里，一份份土壤样品均匀排列在洁净的孔板上，草地农业科技学院包爱科教授团队研究生张发国正在测定土壤样品的有机碳的组分。
这些土壤来自于毛乌素沙地南缘光伏电站内外。2022年，包爱科教授团队开始在华能陕西靖边东昇光伏电站开展生态监测与植被恢复技术开发。在项目实施3年后，植被恢复效果显著。团队采集土壤样品，尝试进一步探究半干旱区光伏电站植被恢复对土壤有机碳的影响效应及途径。
包爱科介绍，“风大太阳大”的条件是发展新能源产业的优势资源。“我国新能源基地通常位于沙戈荒地区，丰富的光热资源、大面积荒漠化和沙化土地资源让这些地区在建设新能源基地方面有着得天独厚的优势。”他说。
但在沙戈荒地区开展新能源建设也面临着生态难题：这些地区虽是光伏电站建设的理想区域，但存在着干旱少雨、蒸发量大且植被稀疏等问题，生态环境十分脆弱。光伏电站建设在一定程度上会扰动原生植被和地表。
在充分利用沙戈荒地区丰富太阳能资源的同时，如何保护好当地的生态环境，探索出一条新能源基地和生态协同发展的新路径，成为摆在企业和科技工作者面前的一道难题。
“当前我国沙戈荒地区新能源基地生态修复领域尚缺乏系统、科学且完整的理论体系与技术范式。”包爱科介绍，在新能源基地开展生态修复，必须遵循科学规律，同时考虑环境因素、立地条件和经济成本，最终走出一条新能源行业绿色低碳的可持续发展之路。
为此，团队汇集了从事生态学、植物生理生态、防风治沙、环境监测和生态效益评估等方面的骨干力量，致力于西北干旱、半干旱地区新能源基地环境监测与评估、资源开发环境影响评价与生态修复研究。2024年5月，团队与中国华能集团等相关企业的合作，编制并发布了我国首个新能源基地环境保护及生态修复的行业标准《干旱半干旱区光伏电站生态环境保护技术导则》。
不仅仅是包爱科团队。在兰州大学，一批团队扎根荒漠、追风逐沙，发挥学科优势和研究优势，与企业在“新能源+生态”领域深度合作，为干旱区新能源开发与生态保护协同发展提供着可复制、可推广的技术范式。
在内蒙古兴安盟中广核大型风电基地，一片片光伏板以阵列形式覆盖盐碱地表面，将这里变成蓝色的“光伏海”。光伏场区，由兰州大学张峰教授团队修筑的排盐沟渠向远处延伸；在地膜覆盖的高垄上，精选的燕麦等作物透着绿意。
张峰主要从事农业生态学研究，团队在土壤改良、种质资源作物栽培和智慧农业等方面有着丰富的经验积累和技术储备。
2024年4月，张峰教授团队开始与中广核风电公司合作，在这里执行“典型区域沙漠治理关键技术实验与验证”课题。开展实验期间，团队首先要从兰州到北京，从北京到乌兰浩特，再从乌兰浩特到示范点，奔波一天后才能到达目的地。他们要在这里开展土样、水样以及植物资源调查。
“我们的专业结构和知识背景正好能解决企业所需。”张峰说，双方“一拍即合”，结合中广核风电公司治沙工作发展的痛点，合作开展沙戈荒地区新能源基地生态治理。
我们是怎么做的？立足实际 因地制宜
调查当地资源状况、采集土壤样品、了解管网布设情况……在每个示范点首先要“跑”两趟以上，张峰团队才能因地制宜确定技术方案，并开展土壤改良技术研发、植被恢复技术试验和水资源管理。“治沙是一个系统工程，我们希望凝练形成未来能大面积推广的可持续治沙模式。”张峰说。
张峰介绍，基于干旱指数-植被-沙漠特性，团队在执行项目过程中选取了五个具有典型代表特征的示范点。示范点所在的甘肃嘉峪关、内蒙达拉特旗、内蒙兴安盟、新疆洛浦县、青海德令哈，覆盖了我国八大沙漠和四大沙地范围，干旱指数从极端干旱的0.02到较干旱的0.3，包含石质荒漠戈壁、风蚀沙漠、苏打盐碱地、沙土沙漠和高寒荒漠戈壁类型，是中国沙漠化最严重的多种生态环境典型代表。
中广核和田地区洛浦县光伏治沙示范项目位于塔克拉玛干沙漠南缘，这里遍布戈壁荒滩，夏季高温，年降水30毫米，降水严重不足。“植被面临最大的挑战是缺水、强风。”张峰说，在6月至8月作物生长的关键时期，该地区风沙尤为严重，流动沙丘一旦被强风吹动，作物可能被连根拔起。
针对当地植被存活难、生态脆弱的现状，团队选择将速生草与长得较慢的乡土草相结合，混合在一起进行播种。“一年生的燕麦等速生草可以在两周内完成种植，两周后地表就会复绿。速生草降低了风速，为多年生草的生长搭建了一个‘保护罩’。”张峰介绍，速生草、多年生草混播技术降低了沙丘流动性，使得作物成活率逐渐提高。
而包爱科团队的第一步则是从监测开始。通过监测光伏电站建设对当地生态环境的影响及其效应，为下一步制定防风固沙措施以及植被修复方案提供理论依据。
多环境要素集成监测站、土壤蒸渗仪、八方位集沙仪……许多检测设备被包爱科团队架设在位于陕西靖边的东昇光伏电站。他们初步研究发现，光伏板组件通过增加地表粗糙度，降低风速，减少输沙量，能够有效抑制地表风蚀，“与对照区相比，光伏电站内部核心区输沙量减少46%，到东南边缘减少77%。”包爱科介绍。
此外，光伏板的遮挡可显著降低土壤蒸散发量，保证土壤湿度，有利于土壤微生物生长和种子保存。光伏电站建设一定程度上增加了根际土壤中可培养细菌的多样性以及土壤种子库的总密度，为植物种群的重建和更新创造了必要条件。
在摸清楚这些情况后，团队便开始在沙漠里种草种树。
他们建设了两个种质资源圃，筛选适宜当地种植的物种。曾被团队寄予厚望的四翅滨藜成活率却不足10%；抗逆性强的豆科植物沙打旺种植在光伏板边缘下生长良好，但发病率极高，且影响其他植物正常生长……筛选适宜当地种植的植物需要不断开展针对性实验，这一过程历经两年。
“阵列区不能种太高大的植物，会遮挡光伏板，也不利于人员操作，所以我们选择了沙打旺、紫花苜蓿等一些高附加值的草本植物。”包爱科介绍，经过反复试验，团队最终研发了光伏场区不同区域的植被配置模式:在板下播种耐阴、抗旱的禾本科牧草，板间喜阳的豆科牧草和禾本科牧草混播；在场区检修道路两侧，主要栽植一些抗逆性强、低矮的灌木；在场区空地上，采用草—灌结合的种植模式，最大限度提高植被覆盖度和生物量。
实现了什么效果？绿意蔓延 协同发展
技术，是新能源基地生态治理的重要支撑。在植被恢复与生态治理中，种质资源的创新利用发挥着关键作用。
刘建全教授团队选育的抗旱四倍体白刺在内蒙古达拉特和甘肃嘉峪关示范点表现出优异的抗逆特性；田福平研究员培育的“中燕一号”速生燕麦和“腾格里大赖草”凭借其发达的根系和突出的耐旱性，在新能源治沙实践中“大显身手”；杜彦磊教授则针对治沙工程需求，选育出“光伏专用”匍匐型紫花苜蓿新品系……“这些创新成果不仅有力推动了光伏治沙项目的实施，同时也促进了生态型植物新品种的选育进程与成果转化。”张峰表示。
在嘉峪关示范点平整戈壁滩后，用凹凸棒石与肥料改良表层土壤，种植耐旱多年生草种，实现长期覆盖；在达拉特旗示范点研发光伏集雨装置，储水灌溉沙漠植被，提升水资源利用……立足实际，张峰团队针对不同试验区形成独特的可持续治沙模式，项目取得了良好的效果。
张峰介绍，团队选取的五个典型厂址中，洛浦县、嘉峪关和兴安盟种植区原始植被覆盖度几乎为0，达拉特和德令哈覆盖度分别约为5%和7%。通过项目的实施，在无降雨的情况下，示范点“中等用水量”方案下草种覆盖度均高于30%。
“五个示范区后续维护成本大约120-280元/每亩。今年我们将在洛浦县建设1000亩的种质资源扩繁基地，种子收集后能覆盖至少一半以上成本，体现经济效益。”张峰说。
包爱科团队也摸索出“近自然修复+优良牧草种植”模式：一方面通过适度灌溉和施肥充分利用并激活土壤种子库，另一方面重点选择适宜当地环境的草本和灌木，并播种抗逆性强的优良牧草，确保在快速提高植被覆盖度的同时，增加土地的潜在经济产出。目前该模式推广面积已超1万亩。
经过3年植被恢复，东昇光伏电站内平均植被盖度达到66%——69%，而土壤有机碳储量也显著高于光伏电站外。
早在项目设计之初，包爱科团队便确定了生态监测、植被修复、多功能评估的全链条指标体系。通过测算，目前场区内植被每年每公顷可涵养水源量829立方米、固碳量提高了88%以上，每平方米可滞留沙尘16.8千克。此外，在光伏板下和板间种植的牧草，能产生0.7万元/公顷的额外收益。
开展植物生长仿真、基于区域生态数据智能推荐草种……当前，生态治理正向智慧化迈进。这也成为兰州大学生态治理团队的重点努力方向。
结合横跨中国北方的多环境、多点位光伏治沙项目获取的海量监测数据，充分利用兰州大学开发的“中国草业开发与生态建设专家系统”的草业数据库和最新人工智能大模型，张峰项目组开发出“光伏治沙智慧决策支持系统”，实现治沙方案、草种选择的“一地一策”和光伏治沙项目智慧管控。
包爱科团队下一步也计划运用AI技术，基于现有实验数据和不断更新的实时资料，搭建自适应的智能决策系统，为新能源基地生态治理提供决策支持。“希望借助AI赋能，让生态治理更加省时省力，也更加科学有效。”包爱科说。
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