魏宇帆，金建峰，丁倩，周金鶯，張芳明，楊武

（1.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 310058；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司，浙江 安吉 313000；3.浙江九畝智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司，杭州 310000）

碳達(dá)峰、碳中和背景下，我國(guó)正全面推進(jìn)可再生能源高質(zhì)量發(fā)展，其中太陽(yáng)能就是一種清潔的可再生能源[1]。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能資源最為普遍的形式之一[2]，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)中發(fā)揮著重要的作用。然而，建設(shè)光伏電站需要占用大量的土地，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)[3]。為解決光伏發(fā)展中土地資源受限的問(wèn)題，1982 年Goetzberger 等[4]提出了提高光伏板架設(shè)高度和合理設(shè)置板間距以實(shí)現(xiàn)光伏和農(nóng)業(yè)協(xié)同發(fā)展的想法。2011 年Dupraz 等[5]將這一想法付諸實(shí)踐，在法國(guó)蒙彼利埃建立了第一個(gè)光伏農(nóng)場(chǎng)，通過(guò)對(duì)照試驗(yàn)研究光伏板對(duì)作物的影響，結(jié)果表明光伏板的架設(shè)遮擋了作物生產(chǎn)所需要的陽(yáng)光，從而降低了作物產(chǎn)量。之后，他通過(guò)建立不同光伏板密度的太陽(yáng)輻射攔截模型和作物模型，進(jìn)一步研究了農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的土地利用率，結(jié)果表明光伏板的架設(shè)可以使農(nóng)光互補(bǔ)系統(tǒng)總體土地生產(chǎn)力提高60%～70%，并指出發(fā)展農(nóng)光互補(bǔ)模式的關(guān)鍵是在光伏發(fā)電和作物生產(chǎn)之間找到平衡。隨后學(xué)者們?cè)诜▏?guó)、韓國(guó)、日本相繼開(kāi)展試驗(yàn)分別研究了光伏板架設(shè)對(duì)根芹[6]、葡萄[7]、洋蔥[8]等作物的影響，通過(guò)設(shè)置光伏板的排列、延長(zhǎng)作物種植時(shí)間等措施，可以實(shí)現(xiàn)在不減少產(chǎn)量的同時(shí)提高土地利用率。這些研究表明農(nóng)光互補(bǔ)模式可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)協(xié)同發(fā)展的效果[6-8]，為農(nóng)光互補(bǔ)模式的作物選擇提供了理論依據(jù)。

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，因地制宜地形成了光伏電站與漁業(yè)、畜牧養(yǎng)殖、林業(yè)等相結(jié)合的模式[9]，這種立體化利用土地空間，將光伏發(fā)電與各農(nóng)業(yè)子部門(mén)（農(nóng)、林、漁、牧）結(jié)合的模式被統(tǒng)稱(chēng)為農(nóng)光互補(bǔ)模式。農(nóng)光互補(bǔ)模式已逐漸成為光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展趨勢(shì)，在我國(guó)應(yīng)用廣泛。據(jù)中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，截至2019 年我國(guó)農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)到14.15 GW。Adam 等[10]的研究指出，我國(guó)具有最大的漂浮光伏市場(chǎng)，占全球總裝機(jī)容量的75%。農(nóng)光互補(bǔ)模式在帶來(lái)較高經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也產(chǎn)生了一定的生態(tài)環(huán)境效益和社會(huì)效益。Agostini 等[11]評(píng)估了可再生能源開(kāi)發(fā)模式對(duì)氣候變化的影響，結(jié)果表明除風(fēng)能發(fā)電外，農(nóng)光互補(bǔ)電站的溫室氣體排放量最少。Chang等[12]通過(guò)對(duì)甘肅古浪光伏電站的氣候監(jiān)測(cè)及植被調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沙漠和戈壁地區(qū)的光伏電站具有防風(fēng)固沙的生態(tài)功能。Teodoro 等[13]發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的光伏電站可以增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的傳粉服務(wù)功能，有助于維護(hù)生物多樣性。Li等[14]對(duì)山東青島5 種不同類(lèi)型的光伏農(nóng)業(yè)溫室系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的分析，結(jié)果表明穩(wěn)定的發(fā)電收入和優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品銷(xiāo)售收入帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)指出農(nóng)光互補(bǔ)電站通過(guò)增加就業(yè)機(jī)會(huì)和提高稅收等方式帶來(lái)了一定的社會(huì)效益。上述研究表明，農(nóng)光互補(bǔ)模式不僅提升了光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益，而且?guī)?lái)了一定的生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

目前，學(xué)者對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)模式的研究主要集中在三方面，包括電站的土壤理化性質(zhì)及區(qū)域微氣候[15-16]、農(nóng)光互補(bǔ)電站光伏板的架設(shè)[8]，以及光伏板下種植作物的產(chǎn)量[17-19]。如Barron-Gafford 等[16]通過(guò)實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)發(fā)電運(yùn)營(yíng)的光伏電站區(qū)域的夜間溫度通常比荒地對(duì)照區(qū)高3～4 ℃，該研究展現(xiàn)了農(nóng)光互補(bǔ)電站對(duì)區(qū)域微氣候的影響。Masayuki等[8]通過(guò)研究光伏陣列分布對(duì)洋蔥生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)棋盤(pán)格和直線型光伏陣列的發(fā)電量相似，但直線型陣列降低了洋蔥的干質(zhì)量和鮮質(zhì)量，表明不同光伏板的陣列分布方式會(huì)對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量造成影響，該研究為農(nóng)光互補(bǔ)電站光伏板的陣列分布方式提供了理論依據(jù)。魏來(lái)等[19]對(duì)農(nóng)光耦合系統(tǒng)中甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)光伏板的架設(shè)會(huì)降低光照強(qiáng)度，導(dǎo)致植株單株總?cè)~面積和葉片質(zhì)量明顯下降，但光伏板架設(shè)會(huì)使單位面積的經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。這些研究對(duì)于農(nóng)光互補(bǔ)模式的推廣具有一定的參考價(jià)值，但這類(lèi)研究更多關(guān)注發(fā)電量及光伏板下作物的經(jīng)濟(jì)效益，且都只針對(duì)單一方面的影響進(jìn)行研究，尚缺乏對(duì)電站生態(tài)效益的系統(tǒng)評(píng)估。此外，光伏發(fā)電在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)中具有十分重要的作用，農(nóng)光互補(bǔ)模式也逐漸成為光伏電站建設(shè)的趨勢(shì)。因此，亟需對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)電站的生態(tài)效益進(jìn)行科學(xué)的定量評(píng)估。

生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值（或生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值）是定量反映生態(tài)效益的一種方式，其內(nèi)涵是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)本身可供利用及其惠益人類(lèi)的產(chǎn)品或服務(wù)的價(jià)值進(jìn)行評(píng)估[20]。於方等[21]將目前生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算的方法歸結(jié)為當(dāng)量因子法、功能價(jià)值法和生態(tài)元法，這3 種方法的定義及適用范圍各有側(cè)重：當(dāng)量因子法是基于不同類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，采用可量化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)不同服務(wù)的價(jià)值當(dāng)量[22]，一般適用于較大尺度的研究；功能價(jià)值法是在明確生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的基礎(chǔ)上劃分服務(wù)類(lèi)型，根據(jù)各類(lèi)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)核算生態(tài)系統(tǒng)提供產(chǎn)品的實(shí)物量，再與單價(jià)相乘，然后加和得到價(jià)值總量[23]；基于能值的生態(tài)元法主要從地球生物圈能量運(yùn)動(dòng)角度出發(fā)，以太陽(yáng)能值來(lái)表達(dá)某種資源或產(chǎn)品在形成或生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的所有能量，并在此基礎(chǔ)上建立一般系統(tǒng)的可持續(xù)性能值核算指標(biāo)體系[24]。當(dāng)量因子法方法統(tǒng)一、直觀易用、數(shù)據(jù)需求少、結(jié)果便于比較，但其體現(xiàn)的是一個(gè)宏觀平均化的量值，無(wú)法反映區(qū)域的具體生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值特征和空間異質(zhì)性。生態(tài)元法核算較為全面，但是核算過(guò)程中利用的參數(shù)較多，核算結(jié)果的不確定性較高，尚需實(shí)踐檢驗(yàn)。功能價(jià)值法是目前最普遍接受的方法，也在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用，其能夠反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的區(qū)域空間分布情況。但由于不同研究采用的核算框架、核算指標(biāo)和評(píng)估方法有所不同，影響了核算結(jié)果的可比性。農(nóng)光互補(bǔ)電站的核算尺度比其他生態(tài)系統(tǒng)小，而當(dāng)量因子法適用于尺度較大的研究，無(wú)法反映區(qū)域特征。生態(tài)元法計(jì)算較為復(fù)雜，核算準(zhǔn)確性難以評(píng)估。因此本研究選用功能價(jià)值法進(jìn)行核算，并根據(jù)農(nóng)光互補(bǔ)電站的特性對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，同時(shí)利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)公式參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提高了核算的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的直觀體現(xiàn)。

農(nóng)光互補(bǔ)電站利用光伏板下方土地進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通常還會(huì)配套相應(yīng)的農(nóng)業(yè)設(shè)施（如噴灌或滴灌設(shè)施），因此可將其看作一種設(shè)施農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)除了具有很高的供給產(chǎn)品價(jià)值外，還具有巨大的調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值[25]，如土壤保持、水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧等。目前國(guó)內(nèi)外也開(kāi)展了許多關(guān)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的研究，積累了較好的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算的基礎(chǔ)。Heidi[26]最早構(gòu)建了新西蘭農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算框架，包括供給產(chǎn)品、支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)4 部分14 個(gè)指標(biāo)。Harpinder 等[27]計(jì)算了新西蘭坎特伯雷的有機(jī)農(nóng)田的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，結(jié)果表明2004 年供給產(chǎn)品價(jià)值為4 012.00 美元·hm-2（1 美元=7.24 元人民幣，2022年11 月），支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)分別為1 388.00、107.00 美元·hm-2和21.00 美元·hm-2。Cai等[28]對(duì)山東青島市1997、2002、2007、2012 年和2015年的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值進(jìn)行了核算，結(jié)果顯示供給產(chǎn)品、固碳、釋氧和土壤保持4 種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在全市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值中所占比例較大，并持續(xù)增加?？追簿傅萚29]對(duì)重慶市農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果表明2007、2012年和2016年重慶市農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值分別為8.98×1010、3.39×1010元和1.04×1011元。胡曉燕等[30]對(duì)黑龍江省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值進(jìn)行核算，結(jié)果表明2019 年黑龍江省農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品總價(jià)值為1.17×1012元，相當(dāng)于當(dāng)年該省GDP的85.71%。根據(jù)以往研究，采用功能價(jià)值法對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值進(jìn)行評(píng)估具有較大的意義。

為彌補(bǔ)定量評(píng)估農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)效益的研究空白，本研究采用功能價(jià)值法，結(jié)合農(nóng)光互補(bǔ)電站的特點(diǎn)，綜合考慮供給產(chǎn)品和調(diào)節(jié)服務(wù)（出于安全考慮，目前國(guó)內(nèi)的農(nóng)光互補(bǔ)電站幾乎不接納游客，所以暫不考慮文化服務(wù)），以華東地區(qū)最大的農(nóng)光互補(bǔ)發(fā)電項(xiàng)目——正泰江山200 MW 農(nóng)光互補(bǔ)發(fā)電項(xiàng)目為案例進(jìn)行生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算。研究結(jié)果可為農(nóng)光互補(bǔ)模式的生態(tài)效益評(píng)估提供參考，為進(jìn)一步提升農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)效益提供技術(shù)支撐，同時(shí)為光伏資源利用和生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的協(xié)同實(shí)現(xiàn)提供新思路和定量依據(jù)。

1 農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 核算指標(biāo)體系

農(nóng)光互補(bǔ)電站利用光伏板下方的空間進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是一種設(shè)施農(nóng)業(yè)，能夠提供農(nóng)業(yè)產(chǎn)品以及許多無(wú)法在市場(chǎng)中兌換的調(diào)節(jié)服務(wù)。本研究根據(jù)農(nóng)光互補(bǔ)電站的特點(diǎn)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，確定了農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、水源涵養(yǎng)、土壤保持、固碳、釋氧和空氣凈化6 個(gè)核算指標(biāo)。其中，農(nóng)業(yè)產(chǎn)品是指利用光伏板下方的土地獲得的糧食、纖維和燃料等，是農(nóng)光互補(bǔ)電站對(duì)人類(lèi)福祉重要的貢獻(xiàn)之一[31-32]。此外，農(nóng)光互補(bǔ)電站還有土壤保持和水源涵養(yǎng)的功能[33]，土壤中的養(yǎng)分循環(huán)能夠確保土壤肥力，同時(shí)儲(chǔ)存水，為植物生長(zhǎng)提供必要條件[34-35]。光伏板下種植的作物具有固碳和釋氧功能，且固碳具有周期短、蓄積量大的特點(diǎn)[36-38]。除此之外，光伏板下的作物對(duì)于大氣中的二氧化硫、氮氧化物及粉塵等污染物具有一定的吸收作用。綜上，本研究中農(nóng)光互補(bǔ)電站的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算包括供給產(chǎn)品和調(diào)節(jié)服務(wù)兩部分，各指標(biāo)具體內(nèi)涵見(jiàn)表1。

表1 農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算指標(biāo)Table 1 Indicators for ecological products value accounting of agrophotovoltaic power stations

1.2 農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值指標(biāo)核算方法

結(jié)合農(nóng)光互補(bǔ)電站的主要特征及生態(tài)產(chǎn)品核算方法的科學(xué)性，本研究選用功能價(jià)值法作為生態(tài)產(chǎn)品核算的方法，指標(biāo)核算包括功能量和價(jià)值量?jī)刹糠郑汗δ芰渴侵溉祟?lèi)從農(nóng)光互補(bǔ)電站系統(tǒng)中直接或間接得到的最終產(chǎn)品與服務(wù)的物質(zhì)量；價(jià)值量是指在生態(tài)產(chǎn)品功能量核算的基礎(chǔ)上，結(jié)合各類(lèi)生態(tài)產(chǎn)品的參考價(jià)格，得到以貨幣化形式呈現(xiàn)的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值。

1.2.1 功能量核算方法

供給產(chǎn)品主要利用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[31]，調(diào)節(jié)服務(wù)中利用綜合蓄水能力法[39]、通用水土流失方程[35]、質(zhì)量平衡法[40]、綜合凈化能力法[41]分別對(duì)水源涵養(yǎng)、土壤保持、固碳、釋氧及大氣凈化服務(wù)進(jìn)行核算。各指標(biāo)具體核算方法見(jiàn)表2。

表2 農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品功能量核算方法Table 2 Accounting methodology of biophysical value of ecological product in agrophotovoltaic power stations

1.2.2 價(jià)值量核算方法

通過(guò)市場(chǎng)價(jià)值法[31，35]、影子工程法[39，42-43]、機(jī)會(huì)成本法[35]等方法對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)電站的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值量進(jìn)行核算，具體核算方法見(jiàn)表3。

表3 農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值量核算方法Table 3 Accounting methodology of economic value of ecological products in agrophotovoltaic power stations

1.3 案例區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.3.1 案例區(qū)概況

由于正泰江山200 MW 農(nóng)光互補(bǔ)發(fā)電項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“江山農(nóng)光互補(bǔ)電站”或“電站”）是華東地區(qū)最大的農(nóng)光互補(bǔ)發(fā)電項(xiàng)目，且光伏板下種植不同類(lèi)型的作物，因此本研究選取其作為案例區(qū)進(jìn)行研究。電站總裝機(jī)容量為200 MW，占地總面積約420 hm2，位于浙江省衢州市江山市鳳林鎮(zhèn)和石門(mén)鎮(zhèn)（圖1）。電站地處亞熱帶地區(qū)丘陵地帶，年平均氣溫為16.3～17.3 ℃，多年平均年降水量為1 843 mm。案例區(qū)所在區(qū)域年太陽(yáng)輻射為1 357.8 kWh·m-2，擁有良好的太陽(yáng)輻射資源，適合建設(shè)大型光伏電站。根據(jù)所在地的緯度和光照情況，電站采用最佳固定傾角20°進(jìn)行安裝，同時(shí)為了高效采集光源，還特別采用310 Wt高效太陽(yáng)能電池板（一般電站普遍采用260 Wt），提高了發(fā)電效益。項(xiàng)目于2015 年11 月建成并投產(chǎn)發(fā)電，年均發(fā)電量約為2×108kWh，預(yù)計(jì)可穩(wěn)定發(fā)電25年以上。

圖1 正泰江山200 MW農(nóng)光互補(bǔ)電站鳥(niǎo)瞰圖Figure 1 Aerial view of Zhengtai Jiangshan 200 MW agrophotovoltaic power station

電站建設(shè)前原始土地利用類(lèi)型為荒山，電站通過(guò)合理的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了板上清潔發(fā)電和板下高效種植。首先依據(jù)原有地形地勢(shì)，設(shè)置不同高度的光伏板，最低離地面高度為1.5 m，最高距地面高度為3 m。其次依據(jù)地形合理設(shè)計(jì)了光伏板間距，在部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了小型機(jī)械化作業(yè)。同時(shí)根據(jù)地形地勢(shì)及環(huán)境本底值的差異，選擇不同類(lèi)型的作物進(jìn)行種植，根據(jù)區(qū)域種類(lèi)作物類(lèi)型不同，將電站分為山茶區(qū)、獼猴桃區(qū)、蔬菜區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)和中藥區(qū)5 個(gè)區(qū)域，在同一區(qū)域內(nèi)也種植了不同品種的作物（圖2）。其中：山茶區(qū)占地面積最大，為167.81 hm2，產(chǎn)物茶油果主要用于產(chǎn)油；獼猴桃區(qū)占地面積為77.46 hm2，該區(qū)域采用了觀光果園的設(shè)計(jì)，兼具一定的景觀性；蔬菜區(qū)占地面積為74.11 hm2，每年種植蔬菜種類(lèi)有所不同，主要有南瓜、冬瓜、白菜、黃瓜、茄子、甘薯、西葫蘆等；養(yǎng)殖區(qū)占地面積為26.84 hm2，主要養(yǎng)殖雞、鴨、鵝等家禽，同時(shí)養(yǎng)殖少量的羊和豬；中藥區(qū)占地面積最小，為23.16 hm2，種植鐵皮石斛、覆盆子、白芍、白術(shù)、金線蓮、三葉青等中藥材。

圖2 正泰江山200 MW農(nóng)光互補(bǔ)電站實(shí)地調(diào)研圖Figure 2 Field survey picture of Zhengtai Jiangshan 200 MW agrophotovoltaic power station

1.3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

案例區(qū)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算過(guò)程中涉及的數(shù)據(jù)主要包括遙感數(shù)據(jù)和樣地?cái)?shù)據(jù)兩部分，具體數(shù)據(jù)及來(lái)源見(jiàn)表4。

表4 案例區(qū)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算參數(shù)來(lái)源Table 4 Sources of ecological product value accounting parameters in the study area

遙感數(shù)據(jù)由中國(guó)空間技術(shù)研究院提供，主要包括1991—2020年案例區(qū)所在區(qū)縣及周邊的35個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站點(diǎn)的日降雨量、大型蒸發(fā)器和小型蒸發(fā)器蒸發(fā)量、平均氣溫、太陽(yáng)輻射量和歸一化植被指數(shù)（NDVI）等數(shù)據(jù)。

樣地?cái)?shù)據(jù)于2021年8月進(jìn)行實(shí)地采樣獲得，包括區(qū)域的土壤理化性質(zhì)及植物理化性質(zhì)。根據(jù)每個(gè)區(qū)域的面積及種植類(lèi)型，在光伏板的板下、板間及板外隨機(jī)布設(shè)樣點(diǎn)，共選取53 個(gè)土壤樣點(diǎn)和23 個(gè)植物樣點(diǎn)。其中：中藥區(qū)5 個(gè)土壤樣點(diǎn)、3 個(gè)植物樣點(diǎn)；山茶區(qū)6 個(gè)土壤樣點(diǎn)、4 個(gè)植物樣點(diǎn)；蔬菜區(qū)9 個(gè)土壤樣點(diǎn)、8個(gè)植物樣點(diǎn)；獼猴桃區(qū)5個(gè)土壤樣點(diǎn)、3個(gè)植物樣點(diǎn)；板外對(duì)照區(qū)5個(gè)土壤樣點(diǎn)、5個(gè)植物樣點(diǎn)。在每個(gè)設(shè)定的土壤樣點(diǎn)附近2 m×2 m 范圍內(nèi)隨機(jī)均勻選取3個(gè)點(diǎn)，然后用鐵鏟分別取0～20 cm 的表層土壤，混合均勻后用四分法收集約1 kg 土壤樣品裝入自封袋?？紤]到光伏陣列的形狀，在每個(gè)設(shè)定的植物樣點(diǎn)附近2 m×10 m 范圍內(nèi)隨機(jī)布設(shè)3 個(gè)1 m×1 m 的小樣方，記錄物種種類(lèi)、株數(shù)、高度、冠幅等信息，并拍照記錄，然后將樣方中地上部分的植株和凋落物全部收集待測(cè)。采集到的土壤樣品的測(cè)量指標(biāo)包括土壤容重、土壤質(zhì)地、含水率、土壤養(yǎng)分（有機(jī)碳、全氮、總磷、全鉀）含量，植物樣品的測(cè)量指標(biāo)包括生物量（干質(zhì)量、鮮質(zhì)量）、含水率、植被覆蓋度、植物養(yǎng)分（氮、磷、鉀）含量。測(cè)樣結(jié)果經(jīng)過(guò)剔除異常值處理后，利用ArcMap 軟件中的反距離權(quán)重法進(jìn)行空間插值，得到案例區(qū)的土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分及生物量等參數(shù)的空間分布數(shù)據(jù)（分辨率為30 m）。同時(shí)在2021年末對(duì)電站進(jìn)行調(diào)研，獲取了2021年全年農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 功能量核算結(jié)果

電站2021 年生態(tài)產(chǎn)品功能量核算結(jié)果如表5 所示。農(nóng)業(yè)產(chǎn)品中，獼猴桃的年產(chǎn)量為120 t，蔬菜年總產(chǎn)量為300 t，雞、鴨、鵝的年養(yǎng)殖量為4 600 只。調(diào)節(jié)服務(wù)中，水源涵養(yǎng)功能量為5.29×106m3，土壤保持功能量為1.75×106t，固碳功能量為6 620.76 t，釋氧功能量為4 815.10 t，空氣凈化功能量為29.34 t。

表5 江山農(nóng)光互補(bǔ)電站2021年生態(tài)產(chǎn)品功能量核算結(jié)果Table 5 Biophysical values of ecological products at Zhengtai Jiangshan 200 MW agrophotovoltaic power station in 2021

電站調(diào)節(jié)服務(wù)中水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧和空氣凈化的功能量大小趨勢(shì)在各區(qū)域相對(duì)一致，山茶區(qū)最高，其次是獼猴桃區(qū)、蔬菜區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)，中藥區(qū)最低（圖3）。土壤保持功能量在山茶區(qū)最高，為87.04萬(wàn)t；其次為蔬菜區(qū)，為27.86 萬(wàn)t；獼猴桃區(qū)為27.33 萬(wàn)t；養(yǎng)殖區(qū)為18.05萬(wàn)t；中藥區(qū)最低，為14.35萬(wàn)t。

圖3 生態(tài)產(chǎn)品調(diào)節(jié)服務(wù)功能量空間分布（繪圖單元為30 m×30 m像元）Figure 3 Spatial distribution of the biophysical value of regulating services（the unit of analysis is 30 m×30 m pixel）

對(duì)調(diào)節(jié)服務(wù)功能量核算結(jié)果進(jìn)行空間的可視化呈現(xiàn)，不同區(qū)域的調(diào)節(jié)服務(wù)存在空間異質(zhì)性（圖3）。區(qū)域空間分布上，各調(diào)節(jié)服務(wù)功能量在山茶區(qū)、獼猴桃區(qū)較大，在蔬菜區(qū)較小。不同服務(wù)類(lèi)型上，水源涵養(yǎng)服務(wù)的區(qū)域差別較大。農(nóng)光互補(bǔ)電站提供的水源涵養(yǎng)、土壤保持、固碳、釋氧等功能在空間上有明顯差異，其中山茶區(qū)內(nèi)各調(diào)節(jié)服務(wù)功能量空間差異較為明顯，而蔬菜區(qū)內(nèi)部差異較小。

2.2 價(jià)值量核算結(jié)果

江山農(nóng)光互補(bǔ)電站2021 年的生態(tài)產(chǎn)品總值為1 605.64 萬(wàn)元，其中，調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量為1 436.27 萬(wàn)元，占比89.45%，供給產(chǎn)品價(jià)值量為169.37 萬(wàn)元，占比10.55%（圖4a）。調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量是供給產(chǎn)品價(jià)值量的8.48 倍，是案例區(qū)生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的主要組成部分，其中：釋氧價(jià)值量最高，占調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量的35.99%；其次為水源涵養(yǎng)，占比為32.96%；土壤保持占比為19.48%；固碳占比為0.92%；空氣凈化價(jià)值量最低，占比為0.11%。

圖4 不同區(qū)域生態(tài)產(chǎn)品總價(jià)值量及調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量和單位面積價(jià)值量Figure 4 Total economic value and per unit area economic value of regulating services in different plantation zones

在不同區(qū)域中，山茶區(qū)的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值最高，為679.71萬(wàn)元；其次為獼猴桃區(qū)，為337.94萬(wàn)元；蔬菜區(qū)為232.88 萬(wàn)元；養(yǎng)殖區(qū)為96.26 萬(wàn)元；中藥區(qū)最低，為87.73 萬(wàn)元（圖4b）。山茶區(qū)、蔬菜區(qū)和中藥區(qū)各服務(wù)價(jià)值量趨勢(shì)與總值趨勢(shì)保持一致，獼猴桃區(qū)水源涵養(yǎng)價(jià)值量高于釋氧價(jià)值量，養(yǎng)殖區(qū)土壤保持價(jià)值量高于水源涵養(yǎng)價(jià)值量。

2.3 核算結(jié)果分析

電站的生態(tài)產(chǎn)品單位面積價(jià)值量為3.79 元·m-2。不同區(qū)域中，獼猴桃區(qū)的單位面積價(jià)值量最高，為4.37 元·m-2；其次是山茶區(qū)，為4.06 元·m-2；中藥區(qū)為3.79 元·m-2；養(yǎng)殖區(qū)為3.59 元·m-2；蔬菜區(qū)最低，為3.15 元·m-2。釋氧單位面積價(jià)值量最高值在獼猴桃區(qū)，為1.66 元·m-2；水源涵養(yǎng)單位面積價(jià)值量最高值在獼猴桃區(qū)，為1.99 元·m-2；土壤保持單位面積價(jià)值量最高值在養(yǎng)殖區(qū)，為1.17元·m-2（圖4c）。

從空間分布（圖5）來(lái)看，各調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量在山茶區(qū)、獼猴桃區(qū)較大，在蔬菜區(qū)較小。水源涵養(yǎng)價(jià)值量在各區(qū)域內(nèi)部的空間異質(zhì)性較小，固碳和釋氧的價(jià)值量在區(qū)域內(nèi)異質(zhì)性較大，尤其在山茶區(qū)表現(xiàn)較為明顯。山茶區(qū)調(diào)節(jié)服務(wù)的價(jià)值總量最高，但其區(qū)域內(nèi)的差異也較為明顯。獼猴桃區(qū)單位面積調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量最高，在空間分布上較為均質(zhì)，價(jià)值量高值出現(xiàn)在同一范圍。蔬菜區(qū)在1 年內(nèi)種植不同類(lèi)型作物，其人為擾動(dòng)最大，單位面積調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量最低。養(yǎng)殖區(qū)和中藥區(qū)占地面積較小，空間上的差異也較小。

圖5 生態(tài)產(chǎn)品調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量空間分布（繪圖單元為30 m×30 m像元）Figure 5 Spatial distribution of the economic value of regulating services（the unit of analysis is 30 m×30 m pixel）

3 討論

本研究以生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算的功能價(jià)值法為基礎(chǔ)，以華東地區(qū)最大的農(nóng)光互補(bǔ)電站正泰江山電站為研究區(qū)，結(jié)合遙感和地理信息數(shù)據(jù)、實(shí)地采樣數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)種植數(shù)據(jù)，開(kāi)展了農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的核算。通過(guò)結(jié)合遙感數(shù)據(jù)和實(shí)地采樣數(shù)據(jù)對(duì)核算指標(biāo)數(shù)據(jù)和生態(tài)生產(chǎn)函數(shù)中的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化和細(xì)化，使得核算結(jié)果更能真實(shí)準(zhǔn)確地反映農(nóng)光互補(bǔ)電站的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值。結(jié)果表明，不同區(qū)域生態(tài)產(chǎn)品總值的分布為山茶區(qū)最高，其次是獼猴桃區(qū)、蔬菜區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)，中藥區(qū)最低。電站2021 年的單位面積生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值為3.79 元·m-2，獼猴桃區(qū)最高，其次是山茶區(qū)、中藥區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)，蔬菜區(qū)最低。

將案例區(qū)每種調(diào)節(jié)服務(wù)功能量進(jìn)行最大-最小歸一化后的比較結(jié)果顯示，不同區(qū)域的調(diào)節(jié)服務(wù)豐度不同（圖6）。獼猴桃區(qū)和山茶區(qū)的調(diào)節(jié)服務(wù)豐度相對(duì)較高，水源涵養(yǎng)功能的豐度在獼猴桃區(qū)最大，是最小區(qū)域（養(yǎng)殖區(qū)）的2.19 倍。土壤保持功能的豐度在養(yǎng)殖區(qū)最大，固碳和釋氧功能的豐度在山茶區(qū)最大，空氣凈化功能的豐度相對(duì)較高，且在各個(gè)區(qū)域差異不大。

圖6 不同區(qū)域的調(diào)節(jié)服務(wù)相對(duì)豐度Figure 6 Relative abundance of regulatory services in different regions

整個(gè)案例區(qū)及各區(qū)域的調(diào)節(jié)服務(wù)相關(guān)性分析的結(jié)果（圖7）表明，電站的水源涵養(yǎng)和空氣凈化功能、固碳和釋氧功能、固碳和空氣凈化功能均存在較強(qiáng)的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.84、1.00 和0.79，而土壤保持功能和水源涵養(yǎng)之間的負(fù)相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)為-0.07。各區(qū)域的各調(diào)節(jié)服務(wù)間相關(guān)性系數(shù)有所差異，但在趨勢(shì)上和總區(qū)域保持一致?？傮w來(lái)看，水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧和空氣凈化四類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相互協(xié)同，而土壤保持與水源涵養(yǎng)、空氣凈化功能在大部分區(qū)域表現(xiàn)出權(quán)衡關(guān)系。通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)服務(wù)進(jìn)行相關(guān)性分析可以更好地理解農(nóng)光互補(bǔ)的生態(tài)價(jià)值。

生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算可以定量地反映區(qū)域的生態(tài)效益，但是不同學(xué)者對(duì)生態(tài)產(chǎn)品核算指標(biāo)的選取有所不同，核算方法也存在一定的差異性。除此之外，各地區(qū)地理環(huán)境和種植作物的不同，導(dǎo)致單位面積生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值量核算有一定差異。目前對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)電站的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值進(jìn)行核算的研究較少，但有學(xué)者對(duì)光伏電站和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值進(jìn)行了研究。Liu 等[49]對(duì)位于寧夏毛烏素沙漠的640 MW（占地面積約1 553 hm2）光伏電站的生態(tài)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明其光伏板下草地生態(tài)產(chǎn)品總價(jià)值為9 122.61 萬(wàn)元，是電站發(fā)電效益價(jià)值的34.9%，光伏電站板下草地單位面積生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值為5.95 元·m-2，表明光伏電站提高了區(qū)域的生態(tài)效益。唐衡等[50]對(duì)北京不同種植模式的農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值進(jìn)行核算，發(fā)現(xiàn)不同種植模式的農(nóng)田生態(tài)產(chǎn)品單位面積價(jià)值范圍在3.65～8.59 元·m-2之間。本研究案例區(qū)江山農(nóng)光互補(bǔ)電站的單位面積生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值為3.79 元·m-2，略高于北京農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積價(jià)值的最低值，低于寧夏毛烏素沙漠光伏電站草地的單位面積生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值，但與上述研究結(jié)果處于同一數(shù)量級(jí)，說(shuō)明核算結(jié)果總體上比較合理可信。

除生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值外，江山農(nóng)光互補(bǔ)電站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也不容忽視。根據(jù)電站提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，江山農(nóng)光互補(bǔ)電站的年發(fā)電量為1.83×107kWh，項(xiàng)目較早地利用光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)種植相結(jié)合模式進(jìn)行了實(shí)踐，補(bǔ)貼后的年發(fā)電收益可達(dá)2.13 億元，是目前電站的主要收益來(lái)源。江山農(nóng)光互補(bǔ)電站25 年運(yùn)營(yíng)期總發(fā)電量可達(dá)4.90×109kWh，可滿足江山市10萬(wàn)戶、40 萬(wàn)人年用電需求。江山農(nóng)光互補(bǔ)電站在建設(shè)和運(yùn)維期間也提供了諸多就業(yè)機(jī)會(huì)，光伏電站運(yùn)維人員有19 人（男女比17∶2），農(nóng)業(yè)管理人員20 人，農(nóng)業(yè)耕種者每年多達(dá)150 人。同時(shí)江山農(nóng)光互補(bǔ)電站作為教育實(shí)踐基地，會(huì)舉辦公益教育參觀活動(dòng)，公眾在游覽時(shí)也學(xué)習(xí)了節(jié)能減排等環(huán)保知識(shí)。

綜上，作為一種設(shè)施農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，農(nóng)光互補(bǔ)光伏電站通過(guò)土地立體化的利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。農(nóng)光互補(bǔ)模式是光伏電站未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，定量地對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)模式的生態(tài)效益進(jìn)行評(píng)估利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值的核算是準(zhǔn)確評(píng)估其生態(tài)效益的基礎(chǔ)，也是量化光伏資源開(kāi)發(fā)所產(chǎn)生的生態(tài)影響的重要依據(jù)。但不同于行政區(qū)域的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算，電站項(xiàng)目尺度的核算往往缺乏統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本研究采用了實(shí)地采樣和調(diào)研的方式獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，這也意味著其他類(lèi)似項(xiàng)目的定量評(píng)估也需要進(jìn)行實(shí)地采樣和調(diào)研，因而在進(jìn)行大規(guī)模推廣和建立長(zhǎng)效評(píng)估機(jī)制時(shí)需要考慮成本問(wèn)題。未來(lái)需要拓展基于農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值核算成果的應(yīng)用場(chǎng)景（如建立農(nóng)業(yè)碳賬戶和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的生態(tài)功能占補(bǔ)平衡機(jī)制），建立生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值應(yīng)用體系。

基于以上分析，未來(lái)的研究可以進(jìn)一步分析不同氣候條件、不同光伏設(shè)施條件（如架高、間距）、不同種植品種和不同農(nóng)業(yè)管理?xiàng)l件下農(nóng)光互補(bǔ)電站發(fā)電效益與生態(tài)效益的交互關(guān)系，從而因地制宜提出不同的農(nóng)光互補(bǔ)模式，更好地促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)和生態(tài)修復(fù)的協(xié)同發(fā)展。

4 結(jié)論

（1）農(nóng)光互補(bǔ)電站產(chǎn)生良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來(lái)了一定的生態(tài)效益，功能價(jià)值法可用于評(píng)估農(nóng)光互補(bǔ)電站的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值，本研究案例區(qū)2021 年的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值量達(dá)1 605.64 萬(wàn)元，單位面積生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值為3.79 元·m-2。研究結(jié)果表明農(nóng)光互補(bǔ)電站可以實(shí)現(xiàn)能源與農(nóng)業(yè)的雙重收益，有望促進(jìn)光伏與農(nóng)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。

（2）農(nóng)光互補(bǔ)電站的生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值在不同種植或養(yǎng)殖類(lèi)型區(qū)域（山茶區(qū)、蔬菜區(qū)、中藥區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)和獼猴桃區(qū)）存在明顯的空間異質(zhì)性，因此可以結(jié)合核算結(jié)果優(yōu)化生態(tài)產(chǎn)品空間布局，從而提升電站的生態(tài)效益和綜合效益。

（3）本研究彌補(bǔ)了定量評(píng)估農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)效益的空白，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)電站進(jìn)行生態(tài)效益的量化評(píng)估，為農(nóng)光互補(bǔ)電站生態(tài)效益的綜合評(píng)估提供了技術(shù)支撐，同時(shí)為光伏資源利用和生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值協(xié)同實(shí)現(xiàn)提供了一種新思路和定量研究依據(jù)。