金沙江干熱河谷地區(qū)光伏特色農(nóng)業(yè)發(fā)展對策研究
——以云南省元謀縣為例

張慶忠ZHANG Qing-zhong；李明LI Ming

（①西南林業(yè)大學(xué)，昆明 650224；②云南龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司，昆明 650228）

0 引言

金沙江干熱河谷位于云南和四川交界一帶山谷之間，目前，已規(guī)劃投產(chǎn)了四級水電站，投產(chǎn)裝機4296 萬千瓦[1]，根據(jù)《云南省在適宜地區(qū)適度開發(fā)新能源的規(guī)劃報告》，區(qū)域云南境內(nèi)已投產(chǎn)風(fēng)電裝機為311 萬千瓦，光伏裝機僅為98 萬千瓦。其中，水電站主要利用金沙江豐富水力資源進行梯級開發(fā)[2]，風(fēng)電站主要分布離干熱河谷較遠的高山地帶，光伏則主要利用干熱河谷內(nèi)一些坡地進行開發(fā)[3]。河谷地帶光熱資源豐富，氣候炎熱，水土流失嚴(yán)重[4]，區(qū)域存在水土流失蒸發(fā)大的特點[5]，由于特殊的地理特征，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟欠發(fā)達，農(nóng)業(yè)發(fā)展方式亟需改變[6]。

干熱河谷特殊的地理及氣候特征，加之人為長期作用，形成區(qū)域內(nèi)大面積的坡耕地[7]，自然條件造就的坡耕地不利于水土的保持，容易造成水土流失，坡耕地改梯田可控制坡地開發(fā)造成的水土流失[8]，整治為梯田后的坡耕地有利于光伏發(fā)電設(shè)施的布置，梯田還可以較少土壤侵蝕[9]，光伏板下開展特色農(nóng)業(yè)種植，既可減少水分蒸發(fā)，亦可起到水土保持的作用，有利于河谷植被的恢復(fù)，由于技術(shù)的發(fā)展，光伏開發(fā)成本在不斷下降，具備大規(guī)模開發(fā)光伏農(nóng)業(yè)的條件。對此，結(jié)合元謀金沙江干熱河谷太陽能資源異常豐富，提出發(fā)展光伏特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展思路和方案。坡改耕光伏地貌結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 坡改耕光伏地貌結(jié)構(gòu)圖

1 云南境內(nèi)金沙江干熱河谷概況

1.1 金沙江干熱河谷分布及農(nóng)業(yè)特點

金沙江干熱河谷云南境內(nèi)主要分布在永善、巧家、會澤、東川、祿勸、武定、元謀、永仁、華坪、永勝、大姚、賓川、鶴慶等13 個縣，干熱河谷區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，土地退化劇烈，水土流失嚴(yán)重，氣候干旱、高蒸發(fā)、低降雨、旱、雨季分明，社會經(jīng)濟狀況落后，人多地少，資源短缺，農(nóng)村經(jīng)濟欠發(fā)達，結(jié)構(gòu)不合理；農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力低，收益不高，科技含量不足，農(nóng)業(yè)科技貢獻率不到25%。因此，干熱河谷區(qū)域的農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的增長方式亟待根本轉(zhuǎn)變。元謀干熱河谷地貌如圖2 所示。

圖2 元謀干熱河谷地貌圖

1.2 元謀干熱河谷土地開發(fā)現(xiàn)狀

元謀干熱河谷位于金沙江流域干熱亞區(qū)，是金沙江干熱河谷的典型區(qū)域。其地處滇中高原北部的金沙江一級支流（龍川江）下游，土地總面積2025.5789 平方公里，2020年總?cè)丝?1.85 萬人，農(nóng)業(yè)人口占90%以上，耕地面積45.5 萬畝，山坡地占83%，旱坡地是該區(qū)域主要的土地類型，其中，未開墾荒坡地占土地面積的56%，多屬于中度以上退化坡地，是典型的農(nóng)業(yè)縣。

2 元謀金沙江干熱河谷地區(qū)發(fā)展光伏特色農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢和必要性

2.1 光伏特色農(nóng)業(yè)在干熱河谷地區(qū)的發(fā)展優(yōu)勢

根據(jù)《云南太陽能資源評價報告》數(shù)據(jù)，元謀縣是云南省太陽能資源最佳開發(fā)區(qū)之一，其多年平均太陽總輻射量為6146.3MJ/m2，多年平均日照時數(shù)為2445.0h，多年平均日照百分率為55%。元謀縣太陽能資源總儲量為2.55×1013MJ/a，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤8.69 億t/a。在元謀縣境內(nèi)，太陽照射受地形影響較小的大部分地區(qū)日照都十分豐富，太陽輻射能量較高；壩子周邊地區(qū)海拔一般在1500m 以上，空氣透明度好、太陽輻射在大氣中的損耗較少；全縣太陽總輻射在年內(nèi)分布較差別不大、變化基本平穩(wěn)，有利于并網(wǎng)光伏電站電力的穩(wěn)定輸出，總體上元謀縣太陽能資源開發(fā)條件非常優(yōu)越，年光照小時在1500 小時以上，屬于資源豐富較佳開發(fā)地區(qū)。此外，元謀干熱河谷地區(qū)可利用的荒山荒地較多，利于開展光伏特色農(nóng)業(yè)的開發(fā)工作。元謀縣多年逐月太陽輻射如圖3 所示。

圖3 元謀縣多年逐月太陽輻射（單位：MJ/m2·a）

2.2 光伏特色農(nóng)業(yè)在干熱河谷地區(qū)的必要性

元謀干熱河谷地區(qū)因特殊的氣候條件，高熱高蒸發(fā)且降雨少，植被難以生長，裸露地貌較多，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)水土流失嚴(yán)重，根據(jù)《云南省水土流失成果調(diào)查公告（2015 年）》，元謀縣國土總面積2026.33km2，其中微度流失面積1294.99km2，占土地面積的63.91%，水土流失面積731.34km2，占土地面積的36.09%；在水土流失面積中，輕度流失面積504.5km2，占流失面積比例68.98%；中度流失面積177.10km2，占流失面積比例24.22%；強烈流失面積18.34km2，占流失面積比例2.51%；強烈流失面積17.23km，占流失面積比例2.36%；強烈流失面積14.10km2，占流失面積比例1.93%。

元謀的土壤分9 個土類（棕壤、黃棕熊、紅壤、燥紅土、紫色土、石灰土、沖積土、鹽土、水稻土）。在9 個土類中，自然土壤有249 萬多畝，占總面積85%；農(nóng)業(yè)土壤32 萬多畝，占15%。自然土壤中以紅壤、燥紅上、紫色土居多，農(nóng)業(yè)土壤中以水稻土面積最大。土壤的大致情況是，海拔1300m 以下地區(qū)多為燥紅土；海拔1300～1600m 地區(qū)為燥紅土與過渡性的褐紅壤土，海拔1600～2200m 地區(qū)多為紅壤和紫色土，海拔2200～2500m 為黃棕壤，海拔2500 米以上地帶為棕壤。壤土以中性、微堿性、酸性為多，占總面積的88.48%，堿性、強酸性所占比例較小。山區(qū)中性偏酸性土占該區(qū)的88.98%，低壩區(qū)中性偏堿性土占85.15%。根據(jù)元謀地方土壤、氣候特點，選擇藥材光伏模式、蔬菜瓜果光伏模式作為重點發(fā)展方向，對生態(tài)治理和地方經(jīng)濟發(fā)展起到以下幾個方面推動的作用：①項目以生態(tài)治理、土地綜合利用等技術(shù)手段，通過光伏與農(nóng)業(yè)融合發(fā)展，提高植被覆蓋率和土地復(fù)合利用率，起到減少水土流失，增加企業(yè)效益和農(nóng)民收入，對元謀干熱河谷地區(qū)生態(tài)修復(fù)、光能利用及土地復(fù)合開發(fā)，具有帶動作用。項目以經(jīng)濟與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展、開發(fā)與發(fā)展并舉，光伏與農(nóng)業(yè)共生，人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展為前提。項目融入到元謀經(jīng)濟轉(zhuǎn)型建設(shè)中，促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，有利于當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、升級，有利于維護社會的和諧穩(wěn)定。②項目通過生態(tài)治理、種植藥材、水果植物，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，對夯實元謀地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化基礎(chǔ)，促進土地資源綜合發(fā)展，提供示范案例。項目建設(shè)將帶動投資與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過人口集聚拉動消費。光伏電站建設(shè)和運行期間，提供就業(yè)機會；項目實施過程，需要招聘當(dāng)?shù)剞r(nóng)民現(xiàn)場作業(yè)，直接、間接的培訓(xùn)農(nóng)民，提高農(nóng)民科學(xué)利用土地觀念，解決農(nóng)村剩余勞動力問題，助力新農(nóng)村建設(shè)。③項目利用干熱河谷地區(qū)的荒山土地空間架設(shè)光伏陣列發(fā)電，改善元謀能源結(jié)構(gòu)、新能源資源供給，為元謀縣經(jīng)濟發(fā)展提供有力的能源保障。

3 光伏特色農(nóng)業(yè)對改善元謀干熱河谷地區(qū)生態(tài)環(huán)境的作用

3.1 光伏發(fā)電有利于小氣候形成和改善土壤環(huán)境

針對規(guī)模光伏電站建設(shè)與環(huán)境影響的研究，通過甘肅、新疆、云南等3 個地區(qū)地面光伏發(fā)電站調(diào)研，分析光伏電站周邊3 種類型樣地、45 個土壤的植被調(diào)查樣本，主要結(jié)果是：①電站內(nèi)，遮陰、未遮陰區(qū)域的土壤含水量、pH值、電導(dǎo)率、速效磷、速效鉀含量均有增加，容重降低。②電站內(nèi)植物種類增加129%～143%，群落種類豐富度增加60.24%～67.82%，植物分布均勻度增加了12.41%～15.33%，植物多樣性增加31.56%～37.04%，生物量增加127%～144%。③電站內(nèi)風(fēng)速降低23%～43%，溫度降低26%～32%，空氣濕度增加34%～39%。

綜上所述，光伏電站建設(shè)有效提高土壤肥力、降低土壤pH 值和全鹽含量，增加植物種類、物種多樣性和生物量。具有對區(qū)域小氣候改善和土壤環(huán)境改良作用，對促進植被恢復(fù)，增加植物多樣性，促進干熱河谷地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和改善具有重要作用。

3.2 光伏發(fā)電于生態(tài)修復(fù)具有互補優(yōu)勢

光伏項目的光伏太陽能電池組件建設(shè)以陣列排布，陣列間留有3m 以上的空間，有效滿足多植物光合作用的需求。元謀地區(qū)干旱、少雨、蒸發(fā)量大，光伏發(fā)電建設(shè)不消耗任何能源、不排放有害氣體，采用“板上發(fā)電，板下種植”，利用光伏發(fā)電板遮陽條件，有效減少土壤水分蒸發(fā)，地上種植經(jīng)濟林，逐步恢復(fù)生態(tài)植被和生物多樣性。其次，太陽能電池組件還能阻隔部分紫外線，反射昆蟲繁殖需要的藍紫光，可有效減少植物病蟲害發(fā)生，提高植物品質(zhì)和產(chǎn)量。農(nóng)業(yè)光伏是元謀干熱河谷地區(qū)植被修復(fù)的新模式，對干熱河谷生態(tài)治理具有較大優(yōu)勢。

4 元謀干熱河谷光伏特色農(nóng)業(yè)建設(shè)策略

4.1 謀劃科學(xué)布局

據(jù)元謀縣第二次土地利用調(diào)查，全縣土地總面積為202554.00ha，元謀縣良田好地少，坡旱地多，全縣有耕地面積26912.50ha，占土地總面積的13.3%。其中灌溉水田面積僅有9927.85ha，占全縣耕地面積的33%；水澆地有1100.03ha，占3.9%；其余為耕地質(zhì)量較差的坡旱地，面積有14574.25ha，占了全縣耕地面積的58.3%。根據(jù)元謀縣坡旱地較多的實際情況，科學(xué)規(guī)劃開展土地整理工作，將較多坡耕地整理開發(fā)為適合光伏農(nóng)業(yè)開發(fā)梯田地塊。

4.2 因地制宜開展光伏特色農(nóng)業(yè)種植

科學(xué)規(guī)劃光伏太陽能電池組件建設(shè)以陣列排布，光伏板支架預(yù)留2m 以上高度，陣列間預(yù)留有3m 以上的空間，有效滿足多植物光合作用的需求。光伏板下選種柑桔、毛葉棗、番木瓜、火龍果、葡萄等低矮熱帶亞熱帶水果，并分層布局，水果植被間隙開展蘆薈、三七等藥材混合種植。根據(jù)區(qū)域地理及土壤特性，以光伏特色農(nóng)業(yè)為主線，以特色和質(zhì)量作為農(nóng)業(yè)開發(fā)的基礎(chǔ)，以農(nóng)業(yè)開發(fā)效益的提高去推動區(qū)域社會、經(jīng)濟、生態(tài)的全面發(fā)展；形成一批具有市場競爭優(yōu)勢的中藥材、特色水果為主的新特綠色產(chǎn)業(yè)。

4.3 開展干熱河谷地區(qū)光伏提水灌溉應(yīng)用

由于元謀干熱河谷地區(qū)特殊的地理位置，區(qū)域內(nèi)高熱高蒸發(fā)，同時由于干熱河谷地覆植被稀疏，土層結(jié)構(gòu)以松散沉積、坡積物為主，使地下水儲存困難，出水量極小，一般為0.11/s-0.31/s，而且埋藏深達5～13m。區(qū)域內(nèi)又存在巨大的取水源金沙江，為了解決農(nóng)業(yè)灌溉問題，可以總體布局，開發(fā)利用光伏灌溉技術(shù)，配置一定規(guī)模的光伏儲能裝置，利用光伏電力抽取金沙江河水用于農(nóng)業(yè)灌溉，并針對高蒸發(fā)的氣候特點，采用滴灌技術(shù)提高水資源的利用效率，促進元謀地區(qū)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。光伏提水灌溉結(jié)構(gòu)示意圖如圖4 所示。

圖4 光伏提水灌溉結(jié)構(gòu)示意圖

4.4 健全元謀光伏特色農(nóng)業(yè)管理體系

考慮元謀光伏特色農(nóng)業(yè)光照、種植的具體需求，在優(yōu)化選址、保證質(zhì)量、規(guī)范運維等方面，制定相應(yīng)的管理標(biāo)準(zhǔn)，確保項目長期穩(wěn)定地運行。光伏投資企業(yè)也應(yīng)該根據(jù)地區(qū)的實際情況組織全面融入光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的運行之中，以更加專業(yè)化的團隊科學(xué)合理地進行光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局，從而推動光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)往標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方向發(fā)展。根據(jù)項目所在地周邊農(nóng)業(yè)用地畝均投入和產(chǎn)出的平均值，作為農(nóng)光特色農(nóng)業(yè)投入的硬性要求。

4.5 加強政府政策引導(dǎo)

應(yīng)該鼓勵科研投入，加強科研院所合作，研發(fā)光伏溫控、光伏灌溉、光伏照明補光、光伏水泵、光伏滅蟲燈等高效技術(shù)和產(chǎn)品，為元謀特色農(nóng)業(yè)光伏項目提供技術(shù)支撐，以先進技術(shù)示范引領(lǐng)、創(chuàng)新開發(fā)模式。加強光伏板下土壤改良，篩選適合光伏板下種植的蔬菜、中藥材等作物，推動光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)向質(zhì)量高效型轉(zhuǎn)變。將元謀的農(nóng)業(yè)與光伏充分相結(jié)合，推動特色光伏農(nóng)業(yè)園區(qū)化、平臺化經(jīng)營是發(fā)揮光伏農(nóng)業(yè)優(yōu)勢的必然選擇”[6]。探索與種植業(yè)或生態(tài)旅游等三產(chǎn)融合發(fā)展的光伏農(nóng)業(yè)項目，拓展光伏等綜合能源開發(fā)利用形式，打造示范引領(lǐng)工程，進一步推進農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，助力鄉(xiāng)村振興。

5 結(jié)語

干熱河谷開展光伏特色農(nóng)業(yè)符合低碳環(huán)保的綠色能源潮流，代表了未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個新方向?！肮夥r(nóng)業(yè)”既有效應(yīng)用了潔凈能源，通過藥材、特色水果種植，提升土地資源的綜合利用率，又可以獲得較好的收益。元謀干熱河谷開展光伏農(nóng)業(yè)符合國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等國家產(chǎn)業(yè)政策，且符合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展需要，項目的實施，將促進元謀高原特色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。