风电场对生态系统、生物多样性及环境的影响

吴建国，巩倩, ，王阳

（1. 中国环境科学研究院，北京 100012；2. 甘肃农业大学 林学院，甘肃 兰州 730070；3. 国家气候中心，北京 100081）

应对气候变化是人类面临的重大全球性环境问题，发展风电场是减缓气候变化的重要技术选择。全球风能资源丰富。不考虑土地资源的限制，全球约有3%的土地面积上分布着较丰富的风能资源[1-3]。海上风速强，风能资源更有效[1-4]。地理位置和地势差异，风能资源在全球范围和一年内分布并不均匀[1]。陆上风能发电潜力时空差异较大[2]。尽管对风电潜力的估计存在较大的差异[5-7]，但即使是最保守的估计，开发风电的潜力也超过了能源消费的需求[8-9]。风电的利用主要是通过建立风电场来实现。按照地表分布区域的不同，风电场分为陆上风电场和海上风电场。陆上风电场也包括了建在沿海滩涂的风电场。按水位深度的不同，可将海上风电场分为潮间带、近海和深海风电场[10]。近年来，风力涡轮机制造技术有了很大进步，特别是在制造大容量涡轮机技术方面不断有新进步。这些涡轮机转子直径较长、轮毂高度较高、扫掠面积较大，使风能容量因子较大和风能利用地表高度较高。陆上风电转子直径从2010年的81.2 m增加到2018年的110.4 m，平均额定功率从2010年的1.9 MW提高到2018年的2.6 MW。另外，离岸风力涡轮机平均尺寸也增加了3.4倍，额定功率从2000年的1.6 MW增加到2018年的5.5 MW[11]。2010年以来，风电场容量系数呈增加趋势。陆上风电场容量系数从2010年的27%增加到2019年的36%，海上风电场容量系数从2010年的37%增加到2019年的44%[11]。2020年，世界上最大的涡轮机在比利时的海岸运行，这台涡轮机额定功率9.5 MW、转子直径164 m。浮动式涡轮机的使用，促进了对更深水域丰富风能资源的开发利用。与固定底式涡轮机风电场相比，浮动式涡轮机风电场在安装过程中对海床侵入较小，但对风力涡轮机而言，近海气象条件却更加恶劣[12]。容量、尺寸、转子直径和功能改进，使风力涡轮发电机对不同区域风能资源分布状况适应性增强。现代风力涡轮机运转效率和容量系数都有较大程度的提高[13]。同时，建设风电场的成本也开始下降。自2015年以来，陆上风电场总安装成本平均下降了23%。2010—2019年，海上风电场安装成本下降了18%，但由于海上风电项目转移到了更深水域和更远海上，每年价格都呈现较大的波动[12]。海上风电场在2001—2006年安装水深约10 m，离岸距离很少超过20 km。目前可以建在更深水域（10～55 m），离岸距离能达到不超过90 km的范围。随着向更深水域和港口外地点的扩展，海上风电场安装成本从2000年平均约2500美元/千瓦增加到2011—2014年约5400美元/千瓦，2018年又降至约4350美元/千瓦[12]。技术进步和成本下降，使风电场成为减缓气候变化的重要技术选择。但同时需要指出的是，风电场占用土地资源及海洋水域面积，并且会改变局地气候、土壤和海水的条件，在工程施工过程、运营和服役阶段都会对陆地植被、土壤及水体环境和生物等造成一定程度的破坏，影响陆地及海洋生态系统及生物多样性。另外，风电场在建设施工、运营和服役阶段也会对陆地及海洋环境造成一定的污染。这些问题都需要在发展风电场过程中妥善解决。全面评估风电场对陆地和海洋生态系统及生物多样性与环境的影响，对保障风电的绿色发展有重要的理论和现实意义。

为了改善生态环境和减少碳排放，我国在过去建造了一定规模的风电场。2020年，我国确定了到2030年前实现碳达峰及2060年前实现碳中和的战略目标。在实现碳达峰及碳中和战略中，把发展风电确定为重要的技术选择。在这样的背景下，我国风电场建设的数量和规模将会持续增加。但需要指出的是，风电场增加将会对我国陆地和海洋生态系统及生物多样性和环境产生不同程度的影响。积极发挥风电场效益并最大程度地降低其负面影响，需要充分认识风电场对陆地和海洋生态系统及生物多样性和环境的影响。为此，本文系统收集了国内外最新的科学研究文献，对风电场对陆地和海洋生态系统及生物多样性与环境的影响研究进行了系统的总结，希望对风电场科学利用和管理决策及相关研究提供一定的参考。

1 生态系统

1.1 陆上

风电场建设将占用一定的土地资源，进而影响土地及生态系统的结构和功能。我国相关研究[14]表明，青海共和县风电场的建设占用了一定面积的草地，施工结束后占用的部分土地变成了建筑物或硬化场地，失去了原有土地生态系统的结构和功能。另外，风电机组等设备及建筑材料运输、安装和堆放，以及施工机械及车辆碾压等，也要临时占用部分草地，这也会影响草地生态系统的结构和功能。在美国的研究[15]表明，到2040年美国风电开发利用所需的土地资源需求将增加，有超过20万 km2的土地将受到风电开发的影响，包括间距将有超过80万km2的土地资源会受到风电开发的影响。在日本的研究[16]表明，日本规定只能在破坏了的农田、草地、荒地和灌丛地开发可再生能源，除了被法律禁止的自然保护区内的土地外，在日本可用于光伏和风能开发的土地面积将达3428 km2，占到连续土地面积的0.9%。

大型风力涡轮机将影响气象和气候条件[17]。安装风机将使部署地的局地空气动力学粗糙度改变，影响边界层湍流及大气环流，进而影响温度、降水和风速等要素。风电场对全球气候的影响要小于温室气体排放引起的气候变化和气候的年际变化[18]。在美国的研究[19]发现，在五大湖区安装了432台涡轮机的大型风电场对伊利湖盆地热力结构产生了较大的影响，受风力涡轮机的影响，盆地中心风速和应力降低，局地气候条件改变。在美国的研究[20]表明，加利福尼亚州发展风电场将增强区域抗旱能力，并有益于地下水资源的可持续利用。

风电场建设将造成土壤的破坏并加剧土壤侵蚀。风电场建设对土壤结构的影响主要集中在基础开挖和回填过程中，在施工时开挖、堆放、回填、人工踩踏、机械设备夯实或碾压等都会对土壤结构造成破坏[14]。同时，在施工开挖土石方、修建道路和场地平整等过程中也会对地表和植被造成破坏，将使地表裸露，引起水土流失[21]。我国相关的研究[22]表明，甘肃酒泉戈壁荒漠区9个典型风电场各防治分区扰动地表的面积从大到小依次为道路区（63.33%）＞风机区（21.85%）＞集电线路区（10.47%）＞施工营地区（2.93%）＞监控中心区（1.42%）；挖土方量从大到小依次为风机区（77.38%）＞道路区（13.76%）＞集电线路区（6.39%）＞监控中心区（2.16%）＞施工营地区（0.32%），道路区和风机区是最大的扰动区，土建工程是产生水土流失的主要环节；按甘肃酒泉市2015年和2020年装机总容量，机组台数分别达到8474台和13334台，扰动地表面积将分别达到7880.82 hm2和12400.62 hm2；开挖土石方总量将分别达到1271.10万m3和2000.10万m3，检修道路的长度将分别达到4127 km和6494 km。同时，我国的相关研究[23-24]还表明，甘肃河西走廊风电场道路施工扰动面积约占工程总扰动面积的2/3，土石方开挖量约占工程土石方开挖总量的3/4以上，加剧了水土流失。甘肃河西走廊风电场区的水土流失以风力侵蚀为主，兼有水力侵蚀。因为施工作业面分散，水土流失具有点、线和面侵蚀并存的特点。

风电场将影响土壤性质。在我国的研究[25]表明，山西大同天镇县和河北张家口阳原县交界风电场的建设增加了扰动区土壤容重、pH和总孔隙度，降低了土壤电导率、含水量和全盐，土壤养分（除土壤全磷外）也降低；在扰动区，植被生长各指标和土壤养分均随远离风电场距离的增加而增加，距离风电场4 km时，植被生长各指标和土壤养分与未扰动区差异不大，初步表明了风电场对植被和土壤养分的影响范围在方圆3 km以内。有关研究[26]对我国河北蔚县运营期的风电场区与对照区土壤进行了调查分析，发现运营期间风电场影响样地中土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾平均含量低于对照样地中的对应要素含量，除土壤有机质外，在风电场与对照样地中全氮、有效磷和速效钾平均含量存在显著的差异；运营期间风电场样地土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾平均含量随土层深度增加而减少；风电场影响下土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾平均含量均在10 cm处最高，40 cm处最低；风电场地土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾平均含量随着辐射半径增加而增加；距离风力发电机组中心50 m辐射半径处，土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾平均含量要高于辐射半径10 m处。

风电场建设将影响生态景观的连通性及生态系统的结构和功能[27]。我国的相关研究[28]表明，部署在山西沁源市生态功能区的风电场对生态走廊间物种迁移连通性造成了一定的负面影响，风力发电场影响了物种迁移，造成了景观切割，影响了物种的生态走廊，使生态走廊和景观连通性下降。在瑞典的研究[29-31]表明，在林区内，为了安装风力涡轮机，砍伐了一定面积的森林，造成了对林区生态功能的破坏。同时，风电场也影响了流域生态系统的功能。

风电场将影响生态系统的服务功能。在英国的研究[32-33]发现，建在苏格兰泥炭地的风电场影响了生态系统的服务功能。同时，风电场对初级生产力和空气质量产生了积极影响，但对土壤、水和牲畜造成了不利的影响。由于与钢铁和混凝土开采过程密切相关，风电场对许多生态系统服务都产生了负面影响。在美国的研究[34]发现，俄克拉何马州风力涡轮机对草原影响较大，特别是风电场建设引起的土地利用变化直接造成了对草地生态系统功能的破坏。我国的相关研究[35-36]发现，辽宁大连瓦房店风电场能值承载力为3879.57 hm2/a，能值生态足迹为5117.59 hm2/a，风电场为生态赤字状态。基础建设生态足迹最大（占60.93%），风力涡轮机生产和运输阶段其次（33.77%），运营维护阶段（4.59%）和拆卸回收阶段（0.71%）最小。对生态足迹贡献较大的主要材料包括钢材、混凝土、玻璃纤维和环氧树脂等。风机生产投入的再生材料越多，风电场造成的负面影响越小。减少钢材、混凝土、玻璃纤维和土地占用用量等，将使风电场生态足迹降低。

1.2 海上

风电场将影响海洋生态系统的结构和功能。我国的相关研究[37]发现，江苏沿海海上风电场（OWF）对海洋生态系统的结构和能量流都产生了一定的影响。与2007年建立前相比，在2015年OWF建成后，OWF对浮游植物和动物及底栖鱼类都产生了积极影响，促进了初级生产力增加，并且引起碎屑增加而使浮游动物食物供应和捕食浮游物种的数量增加，也使一些底栖鱼类生物量和产量增加；但对其他生物群体却产生了负面影响，使它们生物量和产量降低，并且施工后生态系统的能量流以及营养流利用效率和传输效率均降低。在法国的研究[38]发现，英吉利海峡塞纳河湾延伸到海上的风电场封闭区溢出效应对捕鱼活动产生了积极影响，使捕获量增加，风电场附近增加最多达约7%，并且高营养级物种比例增加；生物量和捕捞量增加集中在设施周围。同时，风电场内部也成了一些高移动性捕食物种的集中汇集区。在欧洲的研究[39]发现，北海（大西洋东北部边缘海，位于欧洲大陆西北，即大不列颠岛、斯堪的纳维亚半岛、日德兰半岛和荷比低地间）风力涡轮机阵列对架子海生态系统功能产生了一定的影响，阵列内环境变化较大，海洋生物响应风力涡轮机阵列环境变化范围广，随涡轮机间距的增加，环境变化减小，对海洋生物影响减小。在德国的研究[40]发现，北海生态系统过程和特性对海上风电场较敏感，其他生态系统反应则较弱。在丹麦的研究[41]发现，西北欧浅海OWF影响蓝贻贝的生长，促进食物供应增加，位于涡轮机支柱水柱上方的蓝贻贝生物量比位于冲刷保护装置上的贻贝生物量要高7～18倍，OWF对波罗海西部蓝贻贝有利，影响取决于蓝贻贝与中上层和底栖环境的相互作用。

风电场将影响海洋生态系统的服务功能。相关研究[42-43]发现，海上风电场对海洋景观和非本地物种扩散产生负面影响，对商业鱼类和贝类产生了正面影响。在德国的研究[44]发现，海上风电场对生态系统的文化服务功能产生了一定的破坏。在英国的研究[45]发现，苏格兰扩大OWF规模，增加了电力可利用性和可承受性，但影响捕捞活动并减少食物的供应，特别是影响电力和海鲜行业。增加OWF数量将对海产品生产部门造成负面影响，但OWF成本下降对整个经济产生了积极影响，使低收入家庭受益，并减少了能源供应不足的问题。

总之，陆地及海上风电场都对陆地及海洋生态系统的结构和功能造成了一定的影响，并且对陆地与海洋生态系统的服务功能也产生了一定的负面影响。

2 生物多样性

2.1 陆上

风电场将影响植被及植物多样性。在我国的研究[46]表明，与2000—2008年相比，2008年建立的内蒙古灰腾梁风电场对植物及植被造成一定破坏。风电场不利于植物生长，而上及下风区却有利于植物生长。相对于风电场建设前，风电场建立后的2008—2014年，缓冲区和风电场区植被恢复比例分别增加了26.66%和13.14%，上风区增加了51.83%，下风区增加了41.07%。风电场上及下风区植被恢复比例，尤其是上风区植被恢复比例要高于风电场的区域，距离风电场中心30～40 km上风区受风电场的影响最大。风电场建设过程，包括架设风机基座、铁塔基座及部分道路建设，都会对植被造成一定程度的破坏。风电机组在安装、调试和日常维护过程中，产生漏油等也对植被造成了油污染[47]。风电场占用了林地、草地和未利用地，永久占用土地使局部土地上的生物量和生产力减小，并对植物造成了破坏[48]。在修路、架设输电电缆、风电机组、箱式变电站和运输材料等过程中，都对植被造成了破坏，影响植被盖度和群落组成。永久性占用草地，造成植物物种多样性和生物量降低。施工过程中临时占用土地也直接破坏植被。同时，扬尘降落在植物叶面，降低光合作用、堵塞气孔、阻碍呼吸作用和蒸腾作用，造成叶尖失水、干枯、落叶甚至死亡。运营后有部分不可恢复的永久占地，造成了植被生物量减少和生态系统功能下降[14]。相关研究[26]分析了河北蔚县运营期风力发电场对植被的影响，结果表明，在运营期间，风电场中植被生物量与辐射半径呈线性相关，在辐射半径范围10 m处和辐射半径范围50 m处，植被生物量随运营期推移而增加；在相同运营期，风电场在50 m辐射半径处植被盖度高于辐射半径为10 m处的植被盖度；运营一年的风电场周围植被盖度为7.35%，运营九年的风电场周围植被盖度达到82.34%；植被盖度与风电场运营期呈正相关，植被盖度随辐射半径增加而增加。

风电场将影响动物多样性。在我国的研究[14]表明，青海湖周边风电场紧邻茶卡盐湖湿地，青海南山距离青海湖较近，野生动物活动受到施工机械噪声的影响，产生规避反应、远离栖息地；北侧青海湖湿地是候鸟迁徙地，鸟类在大风和阴雨夜间迁徙表现出极强趋光性，夜间施工灯光对迁徙候鸟造成不利的影响；运营期间，风机叶片旋转范围离地面17～163 m，这些范围是鸟类飞行通过时被风机撞击的高风险区，尤其在夜间和恶劣多雾天气条件下，鸟类撞击风力发电机叶片或塔架的可能性较大。同时，在运营期间，风电机组运行会产生较大噪声从而影响周边栖息的动物。相关研究[49-51]表明，在欧洲地中海繁殖区，风电场数量增加使雄云雀死亡率增加。风力涡轮机增加使鸟类潜在碰撞死亡风险增加，主要因为鸟类穿过转子扫掠区时，与风力涡轮机发生碰撞。在葡萄牙的研究[52-53]发现，葡萄牙北部欧亚云雀受风电场负面影响较大，风电场直接影响云雀种群。以UTM表示1 km2平均碰撞死亡数，UTM在2006年为1.3%、在2026年为4%，在2026年，气候和土地覆盖变化导致云雀种群适宜分布面积减少约4.5%。当与研究区域内所有风电场引起的云雀全球死亡率结合分析时，累积影响云雀的区域将从原来的1.2%增加到3.7%。陆上风电场对鸟类多样性的影响包括导致栖息地丧失、造成干扰和碰撞。特定栖息地鸟类丰富度在热带和亚热带区最大，栖息地消失比例与风电场运营期有关，造成干扰和栖息地丧失的影响比造成碰撞的影响要大。在2012—2013年两个繁殖季，研究人员调查了爱尔兰12个风电场与对照样地506个地点，发现风电场内鸟类密度比对照区内低，并且在涡轮机附近差异最大，在涡轮机范围100 m内，森林内鸟类密度较远距离低，这种差异由风电场相关栖息地变化引起。在涡轮机附近，森林覆盖率减少引起森林内鸟类密度减少，风电场开放的栖息地物种密度较低却与距涡轮机距离无关，而与风电场范围面积成负相关性[54]。在巴西的研究[55]发现，巴西南里奥格兰德州风电场建设对鸟类物种组成造成一定的影响，受风电场安装和运营影响区的森林覆盖率较低，风电场区鸟类群落改变，风电场建设和运营对鸟类群落造成负面影响。在英国的研究[56]发现，苏格兰风电场对黑松鸡分布和丰富度产生了一定影响，但距离涡轮机大于500 m处无影响。风电场运营、风电场场地内和周边土地变化等，都是导致黑松鸡群落变化的主要原因。在美国的研究[57]发现，2009—2010年怀俄明州中南部风涡轮机距离每增加1 km，艾草松鸡巢穴和成年存活率分别降低7.1%和38.1%，发展风电场和生境破碎化导致这些鸟类巢穴和巢存活率下降。全球风电场影响鸟类分布，并且对鸟类栖息地的影响比涡轮机对鸟类碰撞的影响要大[58]。在欧洲的研究[59]发现，风电场对鸟类多样性产生了较大的影响。我国的相关研究[60]表明，2017—2019年崇明群岛67台风力涡轮机对沿海湿地水鸟活动造成一定的影响，在2017—2018年，63.16%的鸟类和89.86%的水鸟定期飞过防堤，以潮间带湿地作为觅食地，在防堤后人工栖息地作为补充觅食地及栖息地。在2018—2019年，崇明东滩14个被跟踪水鸟中有超过60%的种类在距堤坝800～1300 m处栖息。另外，我国相关研究[61]还表明，风电场对崇明岛喜树巢穴分布也产生了一定的影响，总巢穴密度与农田防护林网覆盖度和离风电机距离呈正相关，风力涡轮机对喜树巢穴密度造成一定负面影响。研究人员分析德国、奥地利和瑞典6个涡轮机前和后栖息地结构及物种分布图发现，风力涡轮机影响了松鸡和雷鸟分布，包括分布密度和栖息地选择。受风力涡轮机影响，栖息地退化，并且在距涡轮机最大距离650 m处也识别出了这些变化，这些变化与相应地点结构性生境适应调整无关[62]。在美国的相关研究[63-68]发现，美国每年有数十万只蝙蝠与风力涡轮机相撞而死，7—10月迁徙树栖蝙蝠死亡率与风能设施部署区草地覆盖率成反比关系。草地覆盖率反映了景观开放性，通常与风电场影响减少和树栖性物种丰富性有关。草地覆盖度高可以减少涡轮机对蝙蝠和鸟类的碰撞。同时，在美国东部观察到大量蝙蝠在涡轮机上碰死。夏季蝙蝠活动少，蝙蝠在低于涡轮机高度的树冠附近飞行。春季天气暖和，风速较低，蝙蝠迁徙高度较高，容易碰在涡轮机上死亡。许多蝙蝠在风电设施上被碰死，特别是在美国东部林木密布的山脊顶部。风电场影响动物栖息地和活动，鸟类和蝙蝠容易碰撞到旋转叶片上而造成死亡，在美国中部也发现许多蝙蝠碰死在高地风电设施上。由于碰撞、干扰和生境破坏，风电场影响动物多样性，其中鸟类和蝙蝠是受影响最严重的生物类群。风电场局部或累积影响着夜间活动的鸟类和蝙蝠。在加拿大的研究[69-70]发现，在安大略省南部594台涡轮机上都发现了蝙蝠尸体，在7年内，蝙蝠丰度下降65%～91%。在夏末，白头翁、东部红色和银发蝙蝠死亡率与林地植被盖度有关，大棕蝠死亡率却随海拔升高而降低。研究人员调查了魁北克从西南到东北距离800 km、海拔近900 m连续区风电设施的影响。结果表明，有超过2/3的风电设施上蝙蝠年死亡率少于50个，更高的装机容量引起更高的蝙蝠死亡率，并且死亡率随海拔升高而降低，从西南到东北方向也呈现了降低趋势。风电场对蝙蝠种群造成了毁灭性破坏。大多数爬行、集群和迁徙性昆虫受风力涡轮机的影响也较大。在涡轮机上昆虫活动比较活跃，运转风力涡轮机将碰死昆虫。在德国的研究[71]发现，在假设一只昆虫质量为1 mg的基础上，估计在植物生长期间风力涡轮机上昆虫生物量年损失量达1200 t，相当于一年碰死约1.2万亿只昆虫。部署在温带的单个涡轮机每年可能碰死约4000万只昆虫。在美国的研究[72]发现，风电场设备对叉角羚冬季活动范围选择也产生一定影响。在美国怀俄明州中南部邓拉普牧场的调查发现，风电开发前（2010年冬季）和开发后（2011年冬季），叉角羚冬季活动范围选择存在差异。在2010年涡轮机安装之前，叉角羚选择更靠近风力涡轮机安装区域。在2011年风电场在冬季栖息地范围内建立后，叉角羚冬季避开风力涡轮机。这与2011年严峻的冬季气候条件有关，叉角羚避免冬季栖息范围内的风力涡轮机。在欧洲和北美大陆灌丛与林地上的风电设施建设、运营和维护过程，对哺乳动物和鸟类的死亡、行为及栖息地都将产生较大的影响，这些影响取决于特定物种栖息地与风电场的距离[73]。在葡萄牙的研究[74]发现，葡萄牙西北部山区风电场对脊椎动物的物种丰富度（两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物）造成一定的影响，每个脊椎动物群体丰富度与栖息地都受到了风电场的影响。

风电场将影响物种栖息地和区域生物多样性。我国的相关研究[75]表明，在盐城自然保护区建设风电场造成植被破坏、生物量减少、土地利用方式改变和景观破碎化；风电场占用了保护区内的大面积土地，导致鸟类栖息地和觅食地丧失；风电场运营后产生的噪声，以及对鸟类的潜在伤害，使保护区的生态环境质量降低，并引起生态系统服务功能下降。评估在全球的保护区、关键生物多样性区和荒野区内部署风能、水电和太阳能光伏发电设施对生物多样性的影响，在这些保护区内调查2206个可运行的可再生能源的设施（922个正在开发），这些设施中有886个部署在保护区内、有749个部署在关键生物多样性区内、有40个部署在荒野区内。结果表明，过去发展可再生能源与生物多样性较高重叠区大部分在西欧地区，但目前发展可再生能源区域与生物多样性高重叠区却出现在了东南亚地区，这些区域是全球生物多样性的重要区。受到可再生能源设施影响的保护区及关键生物多样性区面积增加了约30%，受到影响的荒野面积增加了约60%[76]。根据千年生态系统评估框架，分析了发展太阳能、风能、水能、海洋、地热能和生物质能源对生物多样性的影响。结果表明，生态系统变化和生物多样性丧失驱动因素与发展可再生能源密切相关，发展这些能源对生物多样性造成一定的负面影响[77]。选定18个亚洲国家，分析了2000—2014年气候变化、能源和特定增长因素对生物多样性丧失的影响。结果表明，气候因素、能源和特定增长因素都将影响水产养殖产量，潜在栖息地面积受人口增长和可再生能源影响较大，生物多样性指数受平均降水量、外国直接投资流入和人均收入的影响较大，气候因素和可再生能源均促进渔业产量，N2O排放、可再生淡水资源、外国直接投资流入、人均收入和人口增长也影响渔业产量[78]。分析全球保护区网络核心区与发展太阳能光伏、风能和生物质能源区域重叠程度表明，中美洲可再生能源发展对生物多样性的影响较高，没有生产和运输成本等因素限制，开发风能和太阳能对生物多样性的潜在影响比开发生物质能源要小。当能源潜力受本地能源需求限制时，这些差异减小[79]。在巴西的研究[80]发现，风电场扩张范围与巴西保护区范围重叠，很大比例运营或计划风电场被部署在生物多样性保护优先区内。分析国家及地区生物多样性保护优先区（即生物多样性保护最高大于30%优先区域）外发展太阳能光伏、风能和生物质能源的潜力，结果表明，全球或国家范围内确定生物多样性保护优先区出现截然不同的机遇和挑战。从全球视角，在生物多样性最高区之外，发展太阳能、风能和生物质能源的潜力在发展中国家、人口稀少国家或生物多样性低但空气污染死亡率高的国家最高；当在国家范围内确立生物多样性保护优先区时，在人口密度高的国家中，在生物多样性最高区域之外发展可再生能源潜力最高[81]。

2.2 海上

风电场将影响海洋物种活动、群落及栖息环境等。在过去几十年，海上风电场从安装在位于不到60 m水深地基上的涡轮机发展为停泊在120 m水中的浮式涡轮机。目前，浮动式涡轮机可以停泊在约1000 m水中。部署这些深水、浮动OWF对生物多样性的影响包括：能量去除和改变而导致海洋动力学变化，电缆产生的电磁场对海洋物种的影响，以及风电场设施安装引起的物种生境变化对底栖和中上层鱼类及无脊椎动物群落的影响，水下风电设施产生的噪声对海洋物种的影响，相关设施结构对动物迁徙和活动的阻碍，以及水质变化对物种的影响[82]。把离岸风电场风力涡轮机子引入坚硬表面，会成为海洋表层生物定殖场所，涡轮机将影响物种活动及生物量和群落结构，并且随海上风电场持续发展及海洋生境变化，生物多样性变化会影响生态系统的服务[83]。在英国的研究[84-86]发现，新英格兰随海上风电场增加，海上风电容量从1600 MW增加到10000 MW，是4月份平均每小时水力发电需求及相关河流流量的一倍多，流量增加与康涅狄格河上濒临灭绝鱼类（短鼻鱼）迁徙期相吻合，但海上风电增加对水电运营影响最大的大部分月份都与关键鱼类生命周期事件并不一致，部署海上风电场对减少空气污染和水资源消耗有益。海上风电场对大型底栖生物的影响包括改变栖息地、禁止拖网作业、减少生态走廊连通性和引起生物多样性变化等。风电场产生的电磁辐射主要来源于海底电缆。电磁辐射的影响主要是因为海洋生物具有磁敏感性。磁场可能影响鱼类迁徙，较强磁场还将影响海洋生物的生殖发育。我国相关的研究[87]发现，在江苏近海东龙源风电示范区的风电产生的磁场对鱼、虾、蟹和贝类存活和行为等造成一定的影响，并且常见的12种海洋生物对不同磁场强度的响应不同。当磁场为1.00 mT时，黑鲷的存活和行为在短期内（21天）受磁场影响较大，磁场撤销后14天内无显著变化；试验Ⅱ中，受试生物（黑鲷、半滑舌鳎、文蛤）存活率仅在（4.05±0.01）mT磁场暴露下与对照组差异显著；受试生物（纵肋织纹螺、半滑舌鳎、天津厚蟹）行为在（4.05±0.01）mT磁场下与对照组差异显著。短期内（21天），风电磁场对海洋生物的存活和行为产生一定影响，而撤销磁场后影响消失。

风电场将对区域生物多样性造成一定影响。相关研究[88]表明，OWF对区域鸟类、鱼类、哺乳动物、底栖生物和浮游生物等都造成一定影响。我国的相关研究[89]表明，在2007年建立了东海大桥海上风电场后，通过分析南汇东滩1997—2006年的资料、洋山港2005—2006年的资料、相同调查区2012年5月—2013年6月的资料可知，建立风电场后，尽管区域鸟类总物种数变化不大，但鸻形目鸟类种类比例下降，雀形目种类增加，鸻形目鸟类数量仍占优势，这些变化归因为风电场建设、近岸其他工程建设引起的区域陆化和生境条件改变等影响。另外，我国的相关研究[90]还发现，汕头勒门风电场距离南澳候鸟省级自然保护区有9 km，风电场不在鸟类迁徙主要通道上，对候鸟迁徙影响不大，并且噪声和电磁辐射对迁徙鸟类影响也不大。同时，发现留鸟主要栖息于勒门列岛各岛屿，未见到鸟类在风电场内觅食和栖息，但少数低飞候鸟存在撞机的风险。最大风险是风电场区可能会成为一些鸟类的新觅食地，增加了鸟类撞击到涡轮机上的风险。海上风电场扩展将影响候鸟和其他海洋生物[42]。在美国的研究[91]发现，美国大西洋外围大陆架海上开发风电潜力大，建设海上风电场导致一些物种的栖息地丧失。在2012—2015年，在新泽西州到北卡罗来纳州大西洋外围大陆架上标记了236只鸟，分析风电场对鸟类的影响。结果表明，因为冬季分布在沿海和近岸水域，斑头海番鸭和红喉潜鸟在迁徙期间暴露在了近海风电场区内；飞塘鹅分布范围广、冬季能到达更远海上和南部，暴露在风电场的范围最大。

总之，陆地及海上风电场将对陆地和海洋生物多样性造成一定的影响，包括对陆地植被及动植物多样性、区域多样性与栖息地的影响，以及对海洋物种活动、群落、栖息环境及区域生物多样性等造成的影响。

3 环境

3.1 陆上

风电场建设和运营阶段将造成一定的环境污染。风力涡轮机安装和运行过程中都会造成一定的环境污染[92]。风电场对环境的影响主要在制造、运输和建设阶段，在处置和运营使用阶段，对环境的影响较小。风电场对环境的影响与风电场的使用寿命、风力资源质量、转换效率和风力涡轮机尺寸都有密切的关系[93]。风电场对环境产生的影响也包括噪声、视觉冲击、固体废物及对水、大气和土壤等产生的污染[94-96]。风电场施工阶段影响包括基础开挖施工、施工废污水和施工材料形成废弃物。在施工期产生的噪声主要来源包括工程区土地开挖、道路修建和风机机组区施工过程中使用施工机械产生的机械噪声，以及平整场地产生的噪声和车辆运输过程中产生的交通噪声等。噪声源包括挖掘机、压路机、装载机及运输车辆和振捣器。挖掘机等属于固定声源。安装阶段主要噪声源为汽车及履带吊装风机叶片等过程中产生的噪声[21]。风电场噪声对长期健康影响低于可检测水平[97]。废水主要来自施工期混凝土搅拌机冲洗废水、砂石料加工系统废水，以及混凝土运输车辆产生的废水。混凝土拌合、养护和运输车辆及施工机械冲洗过程是施工阶段产生废水的主要来源。生活污水主要来自相关人员生活盥洗废水。对空气质量的影响主要在施工期。污染源主要是施工机械消耗油料排放的有害物质以及场地平整、材料运输和装卸及场内道路修建等产生的粉尘[21]。施工扬尘包括场地平整、电缆沟挖填、风机及箱变基础挖填、道路挖填等产生的扬尘，物料临时堆放在起动风速下形成的扬尘，物料运输和装卸过程中由于密闭措施不完善或路面硬化处理不到位产生的扬尘，以及施工场地地面干燥时，施工机械和运输车辆经过时产生的动力起尘。另外，场区施工机械和运输车辆使用将产生一定尾气[14]。固体废物包括施工产生的弃渣和生活区人员产生的生活垃圾[21]。施工期建筑垃圾主要来自厂区道路，风机基础箱变基础等施工过程中废弃砂石、水泥料、混凝土，废金属与包装材料等。生活垃圾也是施工期产生的固体废物。在运营期间对环境的影响主要包括噪声、固体废弃物和光影等[14]。

风电场对大气污染物传输将造成一定影响。基于数值天气研究与预报（WRF）模式和空气质量（CMAQ）模型，建立耦合风电场参数化耦合模型，以新疆哈密市两个相邻的大型风电场为研究对象，评估大型风电场对其相邻风电场流及运行干扰的特性。结果表明，大型风电场对其下游尾流影响范围为2030 km，其下游邻近风电场发电亏损量级约5.8%。另外，以河北张北风电基地为研究对象，分析大型风电基地的尾流效应、功率输出特性及其对大气边界层的影响。结果表明，尾流效应强度与范围不仅与风资源特性有关，还与风电场规模及地形特征密切相关。平坦地形下，大规模场区和小规模场区产生的最大速度亏损分别为11%和8%，尾流在下游35 km和20 km处恢复；山地地形下，简单山地地形风电场和复杂山地地形风电场尾流影响范围为6 km或更小。风电基地对当地大气边界层产生了持续的影响，对较远下游区域影响则微小且不连续。全国风电场对大气环境影响呈现较强季节性差异，风电场并未产生额外的大气污染物，但它促使大气污染物重新分布，导致区域大气污染物发生南北区域性扩散和传输，这种影响在夏季尤为明显[98]。

在全生命周期内，风电场在不同阶段都会对环境造成影响。研究人员分析比较了2009—2014年英格兰和苏格兰12个风电场全生命周期对环境的影响，结果表明，风电场退役对环境的影响也较明显，并且在全部或部分拆除或退役替代情景下对环境都会造成一定影响[99]。中小型风能、水力、生物质能和地热能发电系统，从规划构思到建造和安装所有阶段，整个使用寿命期和退役阶段都对环境产生一定的影响[100]。研究人员对泰国两台并网屋顶风力涡轮机进行了包含能源、排放和环境影响在内的全生命周期分析，结果表明，考虑到工业性能、应用和相关问题，泰国清迈安装风力涡轮机的环境影响不同，与用于基础箱系统水平轴风力涡轮机相比，垂直轴风力涡轮机每千瓦时/年消耗大量能源并产生大量排放，使用循环利用材料方法，能源和环境影响分别减少60%和50%以上；用热塑性塑料代替玻璃纤维塑料涡轮机，垂直轴风力涡轮机能量消耗可以减少36%，用玻璃纤维塑料涡轮机可以减少40%，对环境影响将减少15%以上，能量强度、CO2排放强度和能量回收期都更低[101]。

风电场对环境的影响也影响发展风电场项目社会接受度。研究人员调查了肯尼亚内罗毕国家公园游客对公园景观和涡轮风力发电场的看法，结果表明，参观者积极接受昂山风电场，额外涡轮机开发没有影响游客体验，但城市中风机额外增长将产生不利影响。景观中人文因素（风力涡轮机和内罗毕天际线）与自然元素和游客自身体验相互作用，创造独特场所可唤起人们对地方的依恋感[102]。研究人员调查评估了墨西哥特韦安特佩克地峡风电场的社会接受度，结果表明，由于信息缺乏、透明度差，以及缺少社区参与决策，居民反对在其所在地安装风电涡轮机，但租用土地安装风力涡轮机农民却非常支持，因为他们可从安装风力涡轮机中受益[103]。在巴基斯坦的研究[104]表明，风电场对环境影响和技术范式提出挑战，可提高民众对环境问题的关注度。在澳大利亚的研究[105]表明，能源发展以多种方式影响社区，这些影响与景观宜居性和出入方式变化、社区凝聚力破坏、收入改变、对财产价值影响及人口变化都有关。支持发展风电的居民强调需要平衡当地社区利益和负担及采取的措施，以最大程度减少风电项目对社区的负面影响。欧洲一些国家的居民反对发展风电项目，批评包括涡轮机密度、拆卸过程及对景观和生态系统影响方面的信息错误以及缺乏透明度，但风电场距离却没有对利益相关者的社会接受度造成影响[106]。

3.2 海上

风电场将造成海洋环境污染。从环境影响评价角度，OWF建设对环境的影响包括：生活污水、施工机械油污水、悬浮物；施工时震动导致海底泥沙再悬浮引起水体浑浊，影响局部沉积物环境，潮间带电缆沟槽开挖产生沙土。施工噪声源主要为风机、升压站及生活平台基础打桩、施工船舶行驶和电缆线铺设等。陆上噪声主要来源于施工材料的车辆运输，少量加工修配工作等过程。水下冲击打桩是海洋工程主要强噪声来源。船舶噪声主要包括机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声，其中机械噪声和螺旋桨噪声为主要噪声源。施工机械、船舶和运输车辆均以柴油或汽油为燃料，施工机械、船舶和车辆运行会产生一定废气。陆上运输车辆物料装卸堆放、运输等将产生扬尘。海域施工区、施工船舶和机械在运行中也会排放废气，影响空气质量。海上施工产生的生活垃圾主要来自各施工船舶[107]。我国的相关研究[108]表明，福清兴化湾海上风电场营运对周边海域的水质、沉积物、生态系统和渔业资源等都产生了一定影响，营运对海洋生态环境的影响在预测范围内，部分指标和程度优于预测的影响。在巴西的研究[109]表明，海上风电场安装、运营和维护及退役过程都对环境产生了一定影响，包括打桩、布线和刀片旋转等都对环境产生不同的影响。沿海大气、生物资源、海洋保护和近海风资源状况与油气行业都对巴西海上风电项目发展有一定的影响。

风电场将影响区域生态环境和社会经济效益。我国相关研究[110]表明，滨海县海上风电场建设对近岸海洋水质和海洋生物造成了累积影响。海上风电场建设对近岸海域和风电场区附近海域生态环境累积影响较大，这些累积影响随着建设数量和规模增加而增加。短期内海上风电场建设对近岸海洋生态环境累积影响较大。在韩国的研究[111]表明，到2030年将安装容量12～13 GW的新型OWF，这些OWF对海洋环境将造成一定的影响。OWF开发项目社会认可度受到与陆地的距离、OWF规模、海上风机高度和对海洋生物影响的制约。在英国的研究[112]表明，苏格兰海上风电除了预期环境效益外，还可以为该地区带来一定的经济效益，并且海上风电装机容量增加使苏格兰就业机会增加。

总之，陆地及海上风电场对陆地和海洋环境都将造成一定的影响，包括对陆地环境产生污染以及对海洋环境的污染，同时，对社会环境也将产生一定的影响。

4 问题与展望

4.1 问题

在当前的相关研究中，还存在以下诸多问题：

关于风电场对陆地和海洋生态环境的影响研究多为局部范围的个例研究，分析范围较小；对风电场建设对土地资源及陆地和海洋生态系统结构和功能的影响，风力涡轮机对气象及气候条件的影响，以及风电场对土壤性质和景观连通性及不同生态系统结构和功能的影响等方面的认识都还十分有限。另外，针对风电场对陆地及海洋生态环境的影响研究还集中在短期效应，对风电场长期对陆地及海洋生态系统结构和功能的影响研究都还不多。

开展风电场对陆地及海洋生物多样性的影响研究还限于少数植被及动植物，对土壤微生物、藻类、蕨类植物、苔藓植物、爬行动物、两栖动物、兽类、鸟类及无脊椎动物等影响的研究报道还不多，关于风电场对物种栖息地和海洋生物活动的影响认识还非常有限。同时，关于风电场对陆地及海洋的基因、物种和生态系统多样性影响的整体研究还很少有报道，以及风电场对不同尺度陆地及海洋生物多样性影响的认识也十分不足。

关于风电场对湿地和河流生物多样性影响的研究还较少，以及风电场对水生生物多样性的影响机制认识很有限。另外，对风电场产生的土地、污染、辐射及气候条件改变对陆地与海洋生态环境的影响机制研究还不够深入，包括风电场全生命周期内生态系统影响方面的分析还较少。

风电场对陆地及海洋生态环境影响的大多数研究只是定性分析，定量模型研究并不多。另外，相关研究还多是对现在已建风电场对生态环境影响的观测或模拟分析，对未来风电场发展对陆地与海洋生态环境的影响预测研究还较少。

关于风电场对海洋及陆地环境污染的影响研究还十分有限，对陆上及海上风电场建设、运营及服役后对大气、水体和土壤的影响及产生的固体废弃物，以及造成的辐射和噪声等方面的认识都还不充分。另外，对风电场建设和运营阶段对大气污染物传输的影响机制研究还非常有限。

在全生命周期内，关于风电场在不同阶段对生态环境的影响研究还十分有限，包括对风电场对环境的影响以及与区域社会经济效益关系的认识还不充分。

4.2 展望

随着风电场规模的扩大，关于风电场对生态环境影响的研究范围将扩大。人们对风电场建设对土地资源与陆地生态系统结构和功能的影响，风力涡轮机对气象及气候条件的影响，风电场对土壤性质和景观连通性以及对海洋生态系统结构和功能的影响等方面的认识都将提高。另外，随着数据积累的增加，风电场对陆地及海洋生态环境长期的影响研究将引起重视。此外，风电场对陆地及海洋生态系统服务功能的影响研究也将加强，风电场对微气候及海洋水动力学的影响机制研究也将引起重视。

随着人们对风电场对生物多样影响研究的重视，风电场对土壤微生物、藻类、蕨类植物、苔藓植物、爬行动物、两栖动物、兽类、鸟类及无脊椎动物等的影响研究将得到进一步加强，风电场对物种栖息地和海洋生物活动的影响研究也将引起关注。同时，风电场对陆地与海洋基因、物种、生态系统和景观生物多样性的影响研究也将引起重视，风电场对不同尺度陆地及海洋生物多样性的影响认识将得到提高。

随着风电场布局范围扩大，风电场对湿地和河流生物多样性的影响，以及对水域生态系统功能的影响机制研究也将引起关注。同时，未来对风电场产生的土地、污染、辐射及气候条件改变对陆地和海洋生态环境的影响机制研究也将引起重视，对风电场对不同尺度生态系统的影响研究也将得到加强。另外，在风电场全生命周期内对生态环境的影响分析也将得到加强。

随着相关数据积累的增加，风电场对生态环境影响的定量研究将增加，定量模型研究将引起高度重视。另外，未来对风电场对生态环境的影响预测分析也将引起关注。

随着风电场规模的扩大，对风电场建设、运营和服役后的环境污染，包括对大气、水体、土壤、固体废弃物，以及辐射、噪声影响等方面的研究都将进一步得到加强。同时，未来风电场建设和运营阶段对大气污染物传输的影响机制研究也将引起重视。

未来在全生命周期内，风电场在不同阶段对生态环境的影响研究将引起高度重视，包括风电场对环境的影响以及与区域社会经济效益关系等方面的认识也将得到提高。