放牧動物改善了公共事業規模太陽能發電廠下土壤品質與固碳量

　　最近的研究顯示大規模的太陽能設置對植被和土壤有負面影響，原因是為了設置太陽能發電廠而移除表土植被，導致的土壤退化問題。為了減少這種負面影響，美國天普大學(Temple University)提出解決方案，在公共事業規模太陽能發電廠下方的土地，種植本地植物並且放牧動物。這樣做的好處是，除了將土壤恢復為農業可利用土壤外，每年1英畝的土壤還能吸收1噸的碳，而這些碳可能在土壤累積12到15年才會達到飽和。

▲在公共事業規模的太陽能發電站放牧綿羊

圖片來源：Towner et al., 2022

　　為了不要讓大規模的太陽能發電廠造成土壤退化，現今已提出許多解決方案，包括建構太陽能發電廠時不除草，讓天然植被留存在表土；或是種植一些開花植物，讓蜜蜂來採集或擔任授粉媒介，提供生物多樣性與增加生態系服務價值；或是種植茄子、辣椒或甘草；或是留存天然植被或種植牧草進行放牧；另外也許不利用大片土地裝設太陽能板，改為在運河上面設置等等。那些行作物(Row crop)(註)、覓食作物(給牲畜)和特種作物，最適合讓太陽能板和農業結合，美國農業部(USDA)的國家食品與農業研究所和伊利諾大學正在進行研究(Khanna et al., 2021-2025)。

▲解決大規模太陽能發電廠土壤退化問題的方法

圖片來源：Towner et al., 2022

　　在太陽能發電廠下放牧有兩個優點，一是增加農民收入，一是可以管理天然植被，儘管有這樣的好處，但是目前很少研究探討太陽能發電廠下放牧對碳封存的影響，以及土壤的養分狀況和特性有沒有變化。天普大學研究團隊在6個表土有原生傳粉媒介、生態友好植被的商業太陽能發電廠，間歇性放牧500-700隻綿羊，每年放牧2-3週，來研究對土壤特性(微量與大量養分、固碳量、土壤粒度分布)的影響，並與未受干擾的控制組土壤進行比較。

▲在不同遮光率下植物的生物質變化(左：遮蔭45%；右：遮蔭80%)

圖片來源：Pang et al., 2019與Towner et al., 2022

　　密蘇里州新富蘭克林市的園藝和農林業研究中心(Horticulture and Agroforestry Research Center, HARC)數據顯示(Pang et al., 2019)，他們選擇適宜的飼料植物，在遮蔭45%情形下的生產力顯著增加(上圖左)，而在80%的遮蔭條件下，大多數植物的生物質都顯著減少(上圖右)。俄勒岡大學研究也發現(Adeh et al., 2018)，太陽能板改變了平均氣溫、相對濕度、風速、風向和土壤濕度等微氣候變量。減少水分的蒸發，允許更大的生物量增長，使餵養綿羊和奶牛的牧草增加了90%。

　　天普大學的試點研究顯示，與控制組的土地相比，放牧地點的碳和氮含量更高，但是與放牧頻率無關。放牧對沙土或壤土沒有顯著影響，因為放牧時間較短，而土壤的壓實程度會隨著時間推移而增加，尤其是在黏土中。土壤的總交換容量(基於土壤表面可以保留多少陽離子的土壤肥力測量)，有4個試驗點顯示出顯著的改善，有5個試驗點顯示氮釋放、氨和硝酸鹽的總體增加。其他土壤中的營養素，鎂、鈉、鉀、磷、鈣和硫也發現有增加的情況。與純農業的土壤相比，碳保留量提高了65%，與另一個明尼蘇達大學2021年研究的太陽能原生植被土地比較，碳保留提高了35%(Walston et al., 2021)。

　　有管理機制的間歇性放牧可以用作植被管理和碳封存的策略。太陽能草坪下放牧顯示對土壤的整體改善，效益則取決於土壤性質。

▲農業經營土地與太陽能原生植被土地

圖片來源：Towner et al., 2022

註：行作物，指可以種植成行的農作物，成行的作物之間距足以讓農業機械進行耕作。

參考資料：

1. Khanna, M. Knapp, AL,. Barron-Gafford, G.R., A. Bernacchi, C.A., Miljkovic, N.E., Lane, C.H., Bowman, D.E. 2021-2025. Designing agrivoltaics for sustainably intensifying food and energy production. University of Illinois. Refer to https://cris.nifa.usda.gov/cgi-bin/starfinder/0?path=fastlink1.txt&id=anon&pass=&search=R=94424&format=WEBLINK
   
2. Towner, E., Karas, T., Janski, J., Macknick, J. & Ravi, S. 2022. Managed sheep grazing can improve soil quality and carbon sequestration at solar photovoltaic sites. Managed sheep grazing can improve soil quality and carbon sequestration at solar photovoltaic sites [Conference presentation]. AGU Fall Meeting 2021, New Orleans, LA, United States. https://doi.org/10.1002/essoar.10510141.1
3. Walston, L., Li, Y., Hartmann, H. M., Macknick, J., Hanson, A., Nootenboom, C., Lonsdorf, E., & Hellmann, J. 2021. Modeling the ecosystem services of native vegetation management practices at solar energy facilities in the Midwestern United States. Ecosystem Services, 47: 101227.
4. Pang, K., Van Sambeek, J.W., Navarrete-Tindall, N.E. et al. Responses of legumes and grasses to non-, moderate, and dense shade in Missouri, USA. I. Forage yield and its species-level plasticity. Agroforest Syst 93, 11–24 (2019). https://doi.org/10.1007/s10457-017-0067-8
5. Adeh E. H., Selker J.S., Higgins C. W. 2018. Remarkable agrivoltaic influence on soil moisture, micrometeorology and water-use efficiency. PLoS ONE 13(11): e0203256. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203256