金沙江干热河谷地区光伏特色农业发展对策研究

张庆忠 李明 徐广赞 廖静雅

摘 要： 为了开发利用干热河谷地区丰富的太阳能资源，云南省规划在干热河谷地区大力发展光伏农业建设项目，本文以元谋县为例，探索光伏特色农业的发展策略。首先，在理论和实践调研的基础上，综合分析元谋县境内金沙江干热河谷地区太阳能资源分布特征。然后，基于光伏发电的原理，分析光伏发电对干热河谷地区生态环境的影响，为光伏特色农业的选址提供科学依据。最后，结合元谋县干热河谷地区的地形地貌特征，以及农业发展现状与优势，提出以药材和水果为主的光伏特色农业的建设思路和方案，从而为加快云南干热河谷地区光伏农业建设提供有效的参考和借鉴。

关键词： 元谋;干热河谷; 光伏; 特色农业; 元谋县

1.引言

金沙江干热河谷位于云南和四川交界一带山谷之间，目前，已规划投产了四级水电站，投产装机4296万千瓦[1]，根据《云南省在适宜地区适度开发新能源的规划报告》，区域云南境内已投产风电装机为311万千瓦，光伏装机仅为98万千瓦。其中，水电站主要利用金沙江丰富水力资源进行梯级开发[2]，风电站主要分布离干热河谷较远的高山地带，光伏则主要利用干热河谷内一些坡地进行开发[3]。河谷地带光热资源丰富，气候炎热，水土流失严重[4]，区域存在水土流失蒸发大特点[5]，由于特殊的地理特征，农业经济欠发达，农业发展方式亟需改变[6]。

干热河谷特殊的地理及气候特征，加之人为长期作用，形成区域内大面积的坡耕地[7]，自然条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开发造成的水土流失[8]，整治为梯田后的坡耕地有利于光伏发电设施的布置，梯田还可以较少土壤侵蚀[9]，光伏板下开展特色农业种植，既可减少水分蒸发，亦可起到水土保持的作用[10]，有利于河谷植被的恢复[11] ，由于技术的发展，光伏开发成本在不断下降，具备大规模开发光伏农业的条件。对此，结合元谋金沙江干热河谷太阳能资源异常丰富，提出发展光伏特色农业的发展思路和方案。

2.云南境内金沙江干热河谷概况

2.1金沙江干热河谷分布及农业特点

金沙江干热河谷云南境内主要分布在永善、巧家、会泽、东川、禄劝、武定、元谋、永仁、华坪、永胜、大姚、宾川、鹤庆等13个县，干热河谷区域生态环境脆弱，土地退化剧烈，水土流失严重， 气候干旱、高蒸发、低降雨、旱、雨季分明，社会经济状况落后， 人多地少，资源短缺，农村经济欠发达，结构不合理;农业综合生产力低，收益不高，科技含量不足，农业科技贡献率不到25%。因此，干热河谷区域的农业和农村经济的增长方式亟待根本转变。

2.2元谋干热河谷土地开发现状

元谋干热河谷位于金沙江流域干热亚区， 是金沙江干热河谷的典型区域。其地处滇中高原北部的金沙江一级支流 （龙川江 ）下游，土地总面积2025.5789平方公里， 2020年总人口 21.85万人，农业人口占90%以上，耕地面积45.5万亩，山坡地占 83%，旱坡地是该区域主要的土地类型，其中，未开垦荒坡地占土地面积的56%，多属于中度以上退化坡地，是典型的农业县。

3.元谋金沙江干热河谷地区发展光伏特色农业的优势和必要性

3.1光伏特色农业在干热河谷地区的发展优势

根据《云南太阳能资源评价报告》数据，元谋县是云南省太阳能资源最佳开发区之一，其多年平均太阳总辐射量为6146.3MJ/m2，多年平均日照时数为 2445.0h，多年平均日照百分率为 55%。元谋县太阳能资源总储量为 2.55×1013MJ/a，相当于标准煤 8.69 亿 t/a。在元谋县境内，太阳照射受地形影响较小的大部分地区日照都十分丰富，太阳辐射能量较高;坝子周边地区海拔一般在 1500m 以上，空气透明度好、太阳辐射在大气中的损耗较少;全县太阳总辐射在年内分布较差别不大、变化基本平稳，有利于并网光伏电站电力的稳定输出，总体上元谋县太阳能资源开发条件非常优越，年光照小时在1500小时以上。此外，元谋干热河谷地区可利用的荒山荒地较多，利于开展光伏特色农业的开发工作。

3.2光伏特色农业在干热河谷地区的必要性

元谋干热河谷地区因特殊的气候条件，高热高蒸发且降雨少，植被难以生长，裸露地貌较多，导致区域内水土流失严重，根据《云南省水土流失成果调查公告（2015年）》，元谋县国土总面积2026.33km²，其中微度流失面积1294.99km²，占土地面积的63.91%，水土流失面积731.34km²，占土地面积的 36.09%;在水土流失面积中，轻度流失面积504.5km²，占流失面积比例68.98%;中度流失面积177.10km²，占流失面積比例24.22%;强烈流失面积18.34km²，占流失面积比例2.51%;强烈流失面积17.23km，占流失面积比例2.36%;强烈流失面积14.10km²，占流失面积比例1.93%。

元谋的土壤分9个土类（棕壤、黄棕熊、红壤、燥红土、紫色土、石灰土、冲积土、盐土、水稻土）。在9个土类中，自然土壤有 249 万多亩，占总面积85%;农业土壤 32 万多亩，占 15%。自然土壤中以红壤、燥红上、紫色土居多，农业土壤中以水稻土面积最大。土壤的大致情况是，海拔 1300 米以下地区多为燥红土;海拔1300～1600米地区为燥红土与过渡性的褐红壤土，海拔1600～2200米地区多为红壤和紫色土，海拔 2200～2500 米为黄棕壤，海拔 2500 米以上地带为棕壤。壤土以中性、微碱性、酸性为多，占总面积的 88.48%，碱性、强酸性所占比例较小。山区中性偏酸性土占该区的 88.98%，低坝区中性偏碱性土占85.15%。根据元谋地方土壤、气候特点，选择药材光伏模式、蔬菜瓜果光伏模式作为重点发展方向，对生态治理和地方经济发展起到以下几个方面推动的作用：

（1）项目以生态治理、土地综合利用等技术手段，通过光伏与农业融合发展，提高植被覆盖率和土地复合利用率，起到减少水土流失，增加企业效益和农民收入，对元谋干热河谷地区生态修复、光能利用及土地复合开发，具有带动作用。项目以经济与生态协调发展、开发与发展并举，光伏与农业共生，人与自然协调发展为前提。项目融入到元谋经济转型建设中，促进区域经济协调发展，有利于当地产业转型、升级，有利于维护社会的和谐稳定。

（2）项目通过生态治理、种植药材、水果植物，优化生态环境，对夯实元谋地区农业现代化基础，促进土地资源综合发展，提供示范案例。项目建设将带动投资与产业发展，通过人口集聚拉动消费。光伏电站建设和运行期间，提供就业机会;项目实施过程，需要招聘当地农民现场作业，直接、间接的培训农民，提高农民科学利用土地观念，解决农村剩余劳动力问题，助力新农村建设。

（3）项目利用干热河谷地区的荒山土地空间架设光伏阵列发电，改善元谋能源结构、新能源资源供给，为元谋县经济发展提供有力的能源保障。

4.光伏特色农业对改善元谋干热河谷地区生态环境的作用

4.1 光伏发电有利于小气候形成和改善土壤环境

针对规模光伏电站建设与环境影响的研究，通过甘肃、新疆、云南等 3 个地区地面光伏发电站调研，分析光伏电站周边 3 种类型样地、45 个土壤的植被调查样本，主要结果是：

（1）电站内，遮阴、未遮阴区域的土壤含水量、pH 值、电导率、速效磷、速效钾含量均有增加，容重降低。

（2）电站内植物种类增加 129%～143%，群落种类丰富度增加 60.24%～67.82%，植物分布均匀度增加了 12.41%～15.33%，植物多样性增加 31.56%～37.04%，生物量增加 127%～144%。

（3）电站内风速降低 23%～43%，温度降低 26%～32%，空气湿度增加 34%～39%;

综上所述，光伏电站建设有效提高土壤肥力、降低土壤 pH 值和全盐含量，增加植物种类、物种多样性和生物量。具有对区域小气候改善和土壤环境改良作用，对促进植被恢复，增加植物多样性，促进干热河谷地区的生态恢复和改善具有重要作用。

4.2 光伏发电于生态修复具有互补优势

光伏项目的光伏太阳能电池组件建设以阵列排布，阵列间留有 3米以上的空间，有效满足多植物光合作用的需求。元谋地区干旱、少雨、蒸发量大，光伏发电建设不消耗任何能源、不排放有害气体，采用“板上发电，板下种植”，利用光伏发电板遮阳条件，有效减少土壤水分蒸发，地上种植经济林，逐步恢复生态植被和生物多样性。其次，太阳能电池组件还能阻隔部分紫外线，反射昆虫繁殖需要的蓝紫光，可有效减少植物病虫害发生，提高植物品质和产量。农业光伏是元谋干热河谷地区植被修复的新模式，对干热河谷生态治理具有较大优势。

5.元谋干热河谷光伏特色农业建设策略

5.1 谋划科学布局

据元谋县第二次土地利用调查，全县土地总面积为202554.00ha，元谋县良田好地少，坡旱地多，全县有耕地面积26912.50ha，占土地总面积的13.3%。其中灌溉水田面积仅有9927.85ha，占全县耕地面积的33%;水浇地有1100.03ha，占3.9%;其余为耕地质量较差的坡旱地，面积有14574.25ha，占了全县耕地面积的58.3%。根据元谋县坡旱地较多的实际情况，科学规划开展土地整理工作，将较多坡耕地整理开发为适合光伏农业开发梯田地块。

5.2 因地制宜开展光伏特色农业种植

科学规划光伏太阳能电池组件建设以阵列排布，光伏板支架预留2米以上高度，阵列间预留有 3米以上的空间，有效满足多植物光合作用的需求。光伏板下选种柑桔、毛叶枣、番木瓜、火龙果、葡萄等低矮热带亚热带水果，并分层布局，水果植被间隙开展芦荟、三七等药材混合种植。根据区域地理及土壤特性，以光伏特色农业为主线，以特色和质量作为农业开发的基础，以农业开发效益的提高去推动区域社会、经济、生态的全面发展;形成一批具有市场竞争优势的中药材、特色水果为主的新特绿色产业。

5.3 开展干热河谷地区光伏提水灌溉应用

由于元谋干热河谷地区特殊的地理位置，区域内高热高蒸发，同时由于干热河谷地覆植被稀疏，土层结构以松散沉积、坡积物为主，使地下水储存困难，出水量极小，一般为0.11/s-0. 31/s，而且埋藏深达5m-13m。区域内又存在巨大的取水源金沙江，为了解决农业灌溉问题，可以总体布局，开发利用光伏灌溉技术，配置一定规模的光伏储能装置，利用光伏电力抽取金沙江河水用于农业灌溉，并针对高蒸发的气候特点，采用滴灌技术提高水资源的利用效率，促进元谋地区农业的健康发展。

5.4 健全元谋光伏特色农业管理体系

考虑元谋光伏特色农业光照、种植的具体需求，在优化选址、保证质量、规范运维等方面，制定相应的管理标准，确保项目长期稳定地运行。光伏投资企业也应该根据地区的实际情况组织全面融入光伏农业产业的运行之中，以更加专业化的团队科学合理地进行光伏农业产业布局，从而推动光伏农业产业往标准化、规范化方向发展。根据项目所在地周边农业用地亩均投入和产出的平均值，作为农光特色农业投入的硬性要求。

5.5 加强政府政策引导

应该鼓励科研投入，加强科研院所合作，研发光伏温控、光伏灌溉、光伏照明补光、光伏水泵、光伏灭虫灯等高效技术和产品，为元谋特色农业光伏项目提供技术支撑，以先进技术示范引领、创新开发模式。加强光伏板下土壤改良，筛选适合光伏板下种植的蔬菜、中药材等作物，推动光伏农业产业向质量高效型转变。将元谋的农业与光伏充分相结合，推动特色光伏农业园区化、平台化经营是发挥光伏农业优势的必然选择”[6]。探索与种植业或生态旅游等三产融合发展的光伏农业项目，拓展光伏等综合能源开发利用形式，打造示范引领工程，进一步推进农业转型升级，助力乡村振兴。

6. 结语

干热河谷开展光伏特色农业符合低碳环保的绿色能源潮流，代表了未来农业发展的一个新方向。“光伏农业”既有效应用了洁净能源，通过药材、特色水果種植，提升土地资源的综合利用率，可以获得较好的收益。元谋干热河谷开展光伏农业符合国家农业综合开发、产业结构调整等国家产业政策，且符合当地的经济发展需要，项目的实施，将促进元谋高原特色农业经济发展。

参考文献

[1]温鹏. 四川省境内金沙江下游干热河谷风光水互补调节开发的初步探讨[J]. 四川水力发电， 2015（S2）：85-87.

[2]张海荣， 鲍正风， 汤正阳，等. 流域梯级水资源管理决策支持系统关键技术研究——以金沙江下游—三峡梯级水电站为例[J]. 中国水利， 2020， No.893（11）：63-66.

[3]张撼难. 金沙江下游干热河谷地区风电场，光伏电站和水电站互补调节特性分析[D]. 重庆大学.

[4]杨萍萍.金沙江中游干热河谷地区农业升级转型路径研究[J].中国农业信息，2015（13）：153-154.

[5]柴宗新， 范建容. 金沙江干热河谷植被恢复的思考[J]. 山地学报， 2001.

[6] 沙毓沧， 纪中华， 李建增，等.西南地区干热河谷生态环境[ J] .西南农业学报， 2006， 19（增刊 ） ：312 -318

[7] 张信宝，付仕祥.长江上游重点水土流失区陡坡耕地的出路[j].中国水土保持，1999 （9）：38-39

[8] 左长清，李小强.红壤丘陵区坡改梯的水土保持效果研究[j].水土保持通报，2004，24（6）：79一81

[9] 殷庆元，王章文，谭琼，等.金沙江干热河谷坡改梯及生物地埂对土壤可蚀性的影响[J].水土保持学报，2015，29 （1） ：41-47.

[10]崔景学.水平梯田在水土保持工程中的作用[J].现代农业，2020（08）：94.

[11] 柴宗新， 范建容. 金沙江干热河谷植被恢复的思考[J]. 山地学报， 2001.