在西南部的干旱地区，一个看不见的世界就在我们脚下。生物结皮或生物土壤结皮是生物体的群落。这些勤劳的微生物包括蓝藻、绿藻、真菌、地衣和苔藓，在干旱和半干旱生态系统的土壤表面形成一层薄薄的层。

使用太阳能农场产生新鲜的沙漠土壤结皮

生物结皮在维持土壤健康和生态系统可持续性方面发挥着至关重要的作用，但它们目前正受到攻击。包括农业、城市化和越野车辆使用在内的人类活动会导致生物结壳的退化，这会对这些脆弱的环境产生长期影响。气候变化也给生物结壳带来压力，生物结壳难以适应索诺兰沙漠等干旱地区的阳光和灼热。

现在，Ferran Garcia-Pichel和他在亚利桑那州立大学的学生提出了一种恢复健康生物结壳的创新方法。这个想法是利用新的和现有的太阳能农场作为产生新鲜生物结壳的苗圃。

在太阳能电池板阵列下安全地免受阳光照射，就像遮阳伞下的海滩游客一样，生物结壳免受过热的影响，可以蓬勃发展。最终，新生成的生物结皮可用于补充这些土壤遭到破坏或破坏的干旱土地。

℞ 适用于沙漠土壤

在一项概念验证研究中，亚利桑那州立大学的研究人员将索诺兰沙漠下游的一个郊区太阳能农场改造为生物结壳的实验性繁殖地。在为期三年的研究中，光伏电池板促进了生物结皮的形成，与具有相似土壤特征的开放区域相比，生物结皮生物量增加了一倍，生物结皮覆盖率增加了两倍。

当收获生物结壳时，自然恢复是适度的，在没有干预的情况下需要大约 6-8 年才能完全恢复。然而，当收获区域被重新接种时，恢复速度要快得多，生物结壳覆盖率在一年内达到接近原始水平。

研究人员强调，使用类似但更大的太阳能农场可以提供一种低成本、低影响和高容量的方法来再生生物结壳并将土壤恢复方法扩展到区域尺度。他们将他们的开创性方法称为“crustivoltaics”。

该研究估计，使用亚利桑那州马里科帕县三个最大的太阳能农场作为生物结壳苗圃，可以使一家小型企业在不到五年的时间内恢复该县 70,000 多公顷的所有闲置农业用地。在众多环境效益中，这项修复工作有可能显着减少目前影响凤凰城大都会地区的空气浮尘。

“这项技术可以改变干旱土壤恢复的游戏规则，”Garcia-Pichel 说。“第一次触手可及的区域规模，我们感到非常兴奋。首先，crustivoltaics 代表了一种保护干旱土地和能源行业的双赢方法。”

Garcia-Pichel 是生命科学学院的董事会教授，也是 基础与应用微生物组学生物设计中心的创始主任。该中心汇集了研究微生物(或微生物组)集合的研究人员，这些微生物在从人类到动物和植物，再到海洋和沙漠的各种环境中协同作用。Garcia-Pichel 的实验室专门从事沙漠土壤微生物组的研究和应用。

该小组的研究结果发表在最新一期的《自然可持续性》杂志上，该出版物由研究生 Ana“Meches”Heredia-Velásquez 和前研究生 Ana Giraldo-Silva 博士共同领导，后者现为公立大学教授西班牙的纳瓦拉。这一贡献的单独简报同时出现在《自然》杂志上。

生命矩阵

生物结壳是复杂的生态系统，研究人员最近才开始探索。在它们的众多管家功能中，它们通过将土壤颗粒结合在一起来稳定土壤，最大限度地减少风和水造成的表土流失。它们通过固定大气中的氮来促进养分循环，这一过程将氮气转化为氨，使其可供植物使用。存在于生物结壳中的蓝藻是负责这一过程的主要生物。

生物结壳内的光合作用通过固定大气中的二氧化碳在碳储存中发挥作用。这个过程可以通过去除大气中的二氧化碳来帮助减轻气候变化的一些影响。生物结皮还增加了土壤的保水能力，使更多的水渗入土壤并减少径流。这有助于提高干旱生态系统中植物和其他生物的水资源可用性。

最后，生物结皮支持多样化的微生物群落，这些微生物群落有助于整体生态系统的生物多样性和恢复力。

由于人类活动和气候变化，占地球大陆面积约 41% 的旱地正在经历严重的退化。土壤表面的微生物群落对于保护和施肥这些土壤至关重要，对于旱地的可持续性至关重要。然而，目前的生物结皮修复方法涉及高强度和低容量，限制了它们在小范围内的应用。现有的方法很难补充超过几百平方米的土地。

太阳能解决方案

研究表明，太阳能农场是生物结壳热点，因为高架光伏电池板创造了类似温室的小气候，促进了生物结壳的发展。尽管与温室大小的生物结壳苗圃相比，地壳光伏是一种速度较慢且依赖于天气的方法，但它具有许多优点。该技术需要更少的资源、最少的管理，并且无需前期投资。事实上，根据研究结果，使用地壳伏打法的成本效益是目前方法的 10,000 倍。

接下来的步骤将涉及通过科学家、合作机构、土地使用者和管理者的合作在区域范围内实施地壳光伏。该技术的使用可以为太阳能农场运营商提供激励，包括减少太阳能电池板上的灰尘形成和增加碳信用额度的收入。

地壳光伏方法有可能为大规模太阳能发电和生物结壳修复提供双重用途的解决方案，同时还提供社会经济效益。这种方法可以在旱地生态系统的恢复和可持续性方面发挥重要作用。