金沙江干熱河谷地區光伏特色農業發展對策研究
——以云南省元謀縣為例

張慶忠ZHANG Qing-zhong；李明LI Ming

（①西南林業大學，昆明 650224；②云南龍源風力發電有限公司，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，已規劃投產了四級水電站，投產裝機4296 萬千瓦[1]，根據《云南省在適宜地區適度開發新能源的規劃報告》，區域云南境內已投產風電裝機為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[2]，風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一些坡地進行開發[3]。河谷地帶光熱資源豐富，氣候炎熱，水土流失嚴重[4]，區域存在水土流失蒸發大的特點[5]，由于特殊的地理特征，農業經濟欠發達，農業發展方式亟需改變[6]。

干熱河谷特殊的地理及氣候特征，加之人為長期作用，形成區域內大面積的坡耕地[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造成的水土流失[8]，整治為梯田后的坡耕地有利于光伏發電設施的布置，梯田還可以較少土壤侵蝕[9]，光伏板下開展特色農業種植，既可減少水分蒸發，亦可起到水土保持的作用，有利于河谷植被的恢復，由于技術的發展，光伏開發成本在不斷下降，具備大規模開發光伏農業的條件。對此，結合元謀金沙江干熱河谷太陽能資源異常豐富，提出發展光伏特色農業的發展思路和方案。坡改耕光伏地貌結構圖如圖1 所示。

圖1 坡改耕光伏地貌結構圖

1 云南境內金沙江干熱河谷概況

1.1 金沙江干熱河谷分布及農業特點

金沙江干熱河谷云南境內主要分布在永善、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，干熱河谷區域生態環境脆弱，土地退化劇烈，水土流失嚴重，氣候干旱、高蒸發、低降雨、旱、雨季分明，社會經濟狀況落后，人多地少，資源短缺，農村經濟欠發達，結構不合理；農業綜合生產力低，收益不高，科技含量不足，農業科技貢獻率不到25%。因此，干熱河谷區域的農業和農村經濟的增長方式亟待根本轉變。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現狀

元謀干熱河谷位于金沙江流域干熱亞區，是金沙江干熱河谷的典型區域。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年總人口21.85 萬人，農業人口占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，是典型的農業縣。

2 元謀金沙江干熱河谷地區發展光伏特色農業的優勢和必要性

2.1 光伏特色農業在干熱河谷地區的發展優勢

根據《云南太陽能資源評價報告》數據，元謀縣是云南省太陽能資源最佳開發區之一，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，相當于標準煤8.69 億t/a。在元謀縣境內，太陽照射受地形影響較小的大部分地區日照都十分豐富，太陽輻射能量較高；壩子周邊地區海拔一般在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分布較差別不大、變化基本平穩，有利于并網光伏電站電力的穩定輸出，總體上元謀縣太陽能資源開發條件非常優越，年光照小時在1500 小時以上，屬于資源豐富較佳開發地區。此外，元謀干熱河谷地區可利用的荒山荒地較多，利于開展光伏特色農業的開發工作。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 光伏特色農業在干熱河谷地區的必要性

元謀干熱河谷地區因特殊的氣候條件，高熱高蒸發且降雨少，植被難以生長，裸露地貌較多，導致區域內水土流失嚴重，根據《云南省水土流失成果調查公告（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%；農業土壤32 萬多畝，占15%。自然土壤中以紅壤、燥紅上、紫色土居多，農業土壤中以水稻土面積最大。土壤的大致情況是，海拔1300m 以下地區多為燥紅土；海拔1300～1600m 地區為燥紅土與過渡性的褐紅壤土，海拔1600～2200m 地區多為紅壤和紫色土，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。山區中性偏酸性土占該區的88.98%，低壩區中性偏堿性土占85.15%。根據元謀地方土壤、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展方向，對生態治理和地方經濟發展起到以下幾個方面推動的作用：①項目以生態治理、土地綜合利用等技術手段，通過光伏與農業融合發展，提高植被覆蓋率和土地復合利用率，起到減少水土流失，增加企業效益和農民收入，對元謀干熱河谷地區生態修復、光能利用及土地復合開發，具有帶動作用。項目以經濟與生態協調發展、開發與發展并舉，光伏與農業共生，人與自然協調發展為前提。項目融入到元謀經濟轉型建設中，促進區域經濟協調發展，有利于當地產業轉型、升級，有利于維護社會的和諧穩定。②項目通過生態治理、種植藥材、水果植物，優化生態環境，對夯實元謀地區農業現代化基礎，促進土地資源綜合發展，提供示范案例。項目建設將帶動投資與產業發展，通過人口集聚拉動消費。光伏電站建設和運行期間，提供就業機會；項目實施過程，需要招聘當地農民現場作業，直接、間接的培訓農民，提高農民科學利用土地觀念，解決農村剩余勞動力問題，助力新農村建設。③項目利用干熱河谷地區的荒山土地空間架設光伏陣列發電，改善元謀能源結構、新能源資源供給，為元謀縣經濟發展提供有力的能源保障。

3 光伏特色農業對改善元謀干熱河谷地區生態環境的作用

3.1 光伏發電有利于小氣候形成和改善土壤環境

針對規模光伏電站建設與環境影響的研究，通過甘肅、新疆、云南等3 個地區地面光伏發電站調研，分析光伏電站周邊3 種類型樣地、45 個土壤的植被調查樣本，主要結果是：①電站內，遮陰、未遮陰區域的土壤含水量、pH值、電導率、速效磷、速效鉀含量均有增加，容重降低。②電站內植物種類增加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電站內風速降低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。具有對區域小氣候改善和土壤環境改良作用，對促進植被恢復，增加植物多樣性，促進干熱河谷地區的生態恢復和改善具有重要作用。

3.2 光伏發電于生態修復具有互補優勢

光伏項目的光伏太陽能電池組件建設以陣列排布，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。元謀地區干旱、少雨、蒸發量大，光伏發電建設不消耗任何能源、不排放有害氣體，采用“板上發電，板下種植”，利用光伏發電板遮陽條件，有效減少土壤水分蒸發，地上種植經濟林，逐步恢復生態植被和生物多樣性。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生，提高植物品質和產量。農業光伏是元謀干熱河谷地區植被修復的新模式，對干熱河谷生態治理具有較大優勢。

4 元謀干熱河谷光伏特色農業建設策略

4.1 謀劃科學布局

據元謀縣第二次土地利用調查，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%。根據元謀縣坡旱地較多的實際情況，科學規劃開展土地整理工作，將較多坡耕地整理開發為適合光伏農業開發梯田地塊。

4.2 因地制宜開展光伏特色農業種植

科學規劃光伏太陽能電池組件建設以陣列排布，光伏板支架預留2m 以上高度，陣列間預留有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。根據區域地理及土壤特性，以光伏特色農業為主線，以特色和質量作為農業開發的基礎，以農業開發效益的提高去推動區域社會、經濟、生態的全面發展；形成一批具有市場競爭優勢的中藥材、特色水果為主的新特綠色產業。

4.3 開展干熱河谷地區光伏提水灌溉應用

由于元謀干熱河谷地區特殊的地理位置，區域內高熱高蒸發，同時由于干熱河谷地覆植被稀疏，土層結構以松散沉積、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。區域內又存在巨大的取水源金沙江，為了解決農業灌溉問題，可以總體布局，開發利用光伏灌溉技術，配置一定規模的光伏儲能裝置，利用光伏電力抽取金沙江河水用于農業灌溉，并針對高蒸發的氣候特點，采用滴灌技術提高水資源的利用效率，促進元謀地區農業的健康發展。光伏提水灌溉結構示意圖如圖4 所示。

圖4 光伏提水灌溉結構示意圖

4.4 健全元謀光伏特色農業管理體系

考慮元謀光伏特色農業光照、種植的具體需求，在優化選址、保證質量、規范運維等方面，制定相應的管理標準，確保項目長期穩定地運行。光伏投資企業也應該根據地區的實際情況組織全面融入光伏農業產業的運行之中，以更加專業化的團隊科學合理地進行光伏農業產業布局，從而推動光伏農業產業往標準化、規范化方向發展。根據項目所在地周邊農業用地畝均投入和產出的平均值，作為農光特色農業投入的硬性要求。

4.5 加強政府政策引導

應該鼓勵科研投入，加強科研院所合作，研發光伏溫控、光伏灌溉、光伏照明補光、光伏水泵、光伏滅蟲燈等高效技術和產品，為元謀特色農業光伏項目提供技術支撐，以先進技術示范引領、創新開發模式。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，推動光伏農業產業向質量高效型轉變。將元謀的農業與光伏充分相結合，推動特色光伏農業園區化、平臺化經營是發揮光伏農業優勢的必然選擇”[6]。探索與種植業或生態旅游等三產融合發展的光伏農業項目，拓展光伏等綜合能源開發利用形式，打造示范引領工程，進一步推進農業轉型升級，助力鄉村振興。

5 結語

干熱河谷開展光伏特色農業符合低碳環保的綠色能源潮流，代表了未來農業發展的一個新方向?！肮夥r業”既有效應用了潔凈能源，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業符合國家農業綜合開發、產業結構調整等國家產業政策，且符合當地的經濟發展需要，項目的實施，將促進元謀高原特色農業經濟發展。