在美国西南部的干旱地区，一个看不见的世界躺在我们脚下。生物结壳或生物土壤结壳是生物体的群落。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。

生物结壳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、城市化和越野车使用在内的人类活动可能导致生物结壳退化，从而对这些脆弱的环境产生长期影响。气候变化也给生物外壳带来了压力，生物外壳在索诺兰沙漠等干旱地区难以适应阳光和灼热。

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。这个想法是使用新的和现有的太阳能农场作为苗圃来产生新鲜的生物外壳。

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，现在是西班牙纳瓦拉公立大学的教授。关于这一贡献的单独简报同时出现在《自然》杂志上。

在太阳能电池板阵列下安全地屏蔽阳光，就像雨伞下的海滩游客一样，生物外壳可以免受过热的影响，并且可以蓬勃发展和发展。最终，新生成的生物结壳可用于补充这些土壤遭到破坏或破坏的干旱土地。

℞ 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编为生物地壳的实验繁殖地。在为期三年的研究中，光伏板促进了生物地壳的形成，与具有相似土壤特征的开放区域相比，生物地壳生物量增加了一倍，生物地壳覆盖率增加了两倍。

当收获生物结皮时，自然恢复是中等的，大约需要6-8年才能完全恢复，无需干预。然而，当收获区域重新接种时，恢复速度要快得多，生物外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规模。他们称他们的开创性方法为“crustivoltaics”。

该研究估计，利用亚利桑那州马里科帕县的三个最大的太阳能农场作为生物壳苗圃，可以使一家小型企业在不到五年的时间内振兴该县所有闲置的农田，面积超过70，000公顷。在众多环境效益中，这种恢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中的灰尘。

“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，我们感到无比兴奋。首先，crustivoltatics代表了保护干旱土地和能源行业的双赢方法。

Garcia-Pichel是生命科学学院的摄政教授，也是基础与应用微生物组学生物设计中心的创始主任。该中心汇集了研究人员，研究在各种环境中协同作用的微生物(或微生物组)组合，从人类到动物和植物，再到海洋和沙漠。Garcia-Pichel的实验室专门研究沙漠土壤微生物组的研究和应用。

生活矩阵

生物结壳是研究人员最近才开始探索的复杂生态系统。在它们的众多内务管理功能中，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损失。它们通过固定大气氮来促进养分循环，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活动通过固定大气中的二氧化碳在碳储存中发挥作用。这个过程可以通过从大气中去除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，允许更多的水渗入土壤并减少径流。这有助于改善干旱生态系统中植物和其他生物的水分供应。

最后，生物外壳支持多样化的微生物群落，有助于整个生态系统的生物多样性和复原力。

旱地约占地球大陆面积的41%，由于人类活动和气候变化，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，对旱地的可持续性至关重要。然而，目前的生物外壳修复方法涉及高工作量和低容量，将其应用限制在小区域。现有的方法难以补充几百多平方米的土地。

太阳能解决方案

研究表明，太阳能农场是生物地壳热点，因为升高的光伏板创造了一个温室般的小气候，促进了生物地壳的发展。尽管与温室大小的生物壳苗圃相比，crustivoltatic是一种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，并且没有前期投资。事实上，根据研究结果，使用十字伏打的成本效益是当前方法的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，在区域范围内实施十字伏特。该技术的使用可以为太阳能农场经营者提供激励，包括减少太阳能电池板上的灰尘形成和增加碳信用额的收入。

地壳伏打方法有可能为大规模太阳能发电和生物地壳修复提供两用解决方案，同时还提供社会经济效益。这种方法在旱地生态系统的恢复和可持续性方面可以发挥重要作用。