Terra preta ( португальское произношение: [ˈtɛʁɐ ˈpɾetɐ] , буквально «черная почва» на португальском языке ), также известная как амазонская темная земля или индийская черная земля , — это тип очень темной, плодородной антропогенной почвы ( антросоль ), встречающейся в бассейне Амазонки . На португальском языке ее полное название — terra preta do índio или terra preta de índio («черная почва индейцев », «черная земля индейцев»). Terra mulata (« земля мулатов ») имеет более светлый или коричневатый цвет. [1]
Terra preta обязана своим характерным черным цветом содержанию выветренного древесного угля [2] и была получена путем добавления смеси древесного угля, костей, битой керамики, компоста и навоза в малоплодородную амазонскую почву. Продукт коренного амазонского земледелия и подсечно-угольного земледелия [3] , древесный уголь стабилен и остается в почве в течение тысяч лет, связывая и удерживая минералы и питательные вещества. [4] [5]
Terra preta характеризуется наличием остатков низкотемпературного древесного угля в высоких концентрациях; [2] большого количества мелких керамических черепков ; органических веществ, таких как растительные остатки, фекалии животных , кости рыб и животных и другие материалы; и питательных веществ, таких как азот , фосфор , кальций , цинк и марганец . [6] Плодородные почвы, такие как terra preta, демонстрируют высокий уровень активности микроорганизмов и другие специфические характеристики в пределах определенных экосистем .
Зоны Terra preta обычно окружены terra comum ( [ˈtɛʁɐ koˈmũ, ku-] ), или «общей почвой»; это неплодородные почвы, в основном акрисоли , [6] но также ферральсоли и ареносоли . [7] Обезлесенные пахотные почвы в Амазонии продуктивны в течение короткого периода времени, прежде чем их питательные вещества будут израсходованы или вымыты дождем или наводнением. Это заставляет фермеров мигрировать в невыжженные районы и очищать их (с помощью огня). [8] [9] Terra preta менее подвержена выщелачиванию питательных веществ из-за высокой концентрации древесного угля, микробной жизни и органического вещества. Эта комбинация накапливает питательные вещества, минералы и микроорганизмы и выдерживает выщелачивание.
Почвы Terra preta были созданы сельскохозяйственными общинами между 450 г. до н.э. и 950 г. н.э. [10] [11] [12] Глубина почвы может достигать 2 метров (6,6 футов). Сообщается, что она восстанавливается со скоростью 1 сантиметр (0,4 дюйма) в год. [13]
Происхождение амазонских темных земель не было сразу понятно более поздним поселенцам. Одна из идей заключалась в том, что они образовались в результате выпадения пепла из вулканов в Андах , поскольку они чаще встречаются на выступах более высоких террас. Другая теория считала, что их образование было результатом осадконакопления в третичных озерах или в недавних прудах. [ необходима цитата ]
Почвы с повышенным содержанием древесного угля и обычным присутствием остатков керамики могут случайно скапливаться вблизи жилых помещений, поскольку накапливаются остатки от приготовления пищи, костра, кости животных и рыб , битая керамика и т. д. Сейчас считается, что многие структуры почвы terra preta образовались под кухонными отходами , а также были созданы намеренно в больших масштабах. [14] [15] Обрабатываемые земли вокруг жилых помещений называются terra mulata . Почвы terra mulata более плодородны, чем окружающие почвы, но менее плодородны, чем terra preta , и, скорее всего, были намеренно улучшены с использованием древесного угля. [ требуется ссылка ]
Этот тип почвы появился между 450 г. до н.э. и 950 г. н.э. на участках по всему бассейну Амазонки . [12] Недавние исследования показали, что terra preta может иметь естественное происхождение, что предполагает, что доколумбовые люди намеренно использовали и улучшали существующие области плодородия почвы, разбросанные среди областей с более низким плодородием. [16]
Амазонцы сформировали сложные, масштабные социальные образования, включая вождества (особенно в междуречных регионах) и даже крупные города. [17] Например, культура на острове Маражо могла развить социальную стратификацию и поддерживать население в 100 000 человек. Амазонцы могли использовать terra preta , чтобы сделать землю пригодной для крупномасштабного сельского хозяйства. [18]
Испанский исследователь Франсиско де Орельяна был первым европейцем, который пересек реку Амазонку в 16 веке. Он сообщил о густонаселенных регионах, простирающихся на сотни километров вдоль реки, что предполагает уровень населения, превышающий даже современный. Орельяна мог преувеличить уровень развития, хотя это оспаривается. Доказательства, подтверждающие его утверждение, исходят из открытия геоглифов, датируемых периодом 0–1250 гг. н. э., и из terra preta . [19] [20] Помимо геоглифов, эти популяции не оставили никаких долговечных памятников, возможно, потому, что они строили из дерева, которое сгнило бы во влажном климате, поскольку камень был недоступен. [ необходима цитата ]
Независимо от ее масштабов, эта цивилизация исчезла после демографического коллапса 16-го и 17-го веков из-за завезенных европейцами болезней, таких как оспа [20] и бандейрантских работорговцев. [21] Оседлые аграрии снова стали кочевниками, сохраняя при этом особые традиции своих оседлых предков. Их полукочевые потомки отличаются от племенных коренных обществ наследственной, но безземельной аристократией , что является исторической аномалией для общества без оседлой, аграрной культуры. [ требуется ссылка ]
Более того, многие коренные народы приспособились к более мобильному образу жизни, чтобы избежать колонизации . Это могло сделать преимущества terra preta , такие как ее способность к самообновлению, менее привлекательными: фермеры не смогли бы обрабатывать обновленную почву по мере миграции. Подсечно-угольное земледелие могло быть адаптацией к этим условиям. В течение 350 лет после прибытия европейцев португальская часть бассейна оставалась неухоженной. [ необходима цитата ]
Почвы Terra preta встречаются в основном в бразильской Амазонии , где Sombroek и др. [22] оценивают, что они покрывают не менее 0,1–0,3% или от 6300 до 18 900 квадратных километров (от 2400 до 7300 квадратных миль) низколесной Амазонии; [1] но другие оценивают эту поверхность в 10,0% или более (в два раза больше площади Великобритании ). [13] [23] Недавние прогнозы на основе моделей показывают, что площадь почв terra preta может составлять 3,2% от леса. [24]
Terra preta существует на небольших участках, в среднем 20 гектаров (49 акров), но также сообщалось о территориях почти 360 гектаров (890 акров). Они встречаются в различных климатических, геологических и топографических ситуациях. [1] Их распространение либо следует основным водным путям, от Восточной Амазонии до центрального бассейна, [25] или расположено на междуречных участках (в основном круглой или линзовидной формы) и меньшего размера, в среднем около 1,4 гектара (3,5 акра) (см. карту распределения участков terra preta в бассейне Амазонки). [26] Распространение тропического леса между саваннами может быть в основном антропогенным — понятие, имеющее драматические последствия для сельского хозяйства и охраны природы во всем мире . [27]
Места обитания Terra preta также известны в Льянос-де-Моксос в Боливии, Эквадоре , Перу и Французской Гвиане [28] [29] , а также на африканском континенте в Бенине , Либерии и южноафриканских саваннах [6] .
В международной системе классификации почв World Reference Base for Soil Resources (WRB) Terra preta называется Pretic Anthrosol . Наиболее распространенной исходной почвой до преобразования в terra preta является Ferralsol . Terra preta имеет содержание углерода от высокого до очень высокого (более 13–14% органического вещества) в горизонте A, но без гидроморфных характеристик. [30] Terra preta представляет важные разновидности. Например, сады, расположенные близко к жилищам, получали больше питательных веществ, чем поля, расположенные дальше. [31] Различия в амазонских темных землях не позволяют четко определить, были ли все они намеренно созданы для улучшения почвы или самые легкие разновидности являются побочным продуктом проживания. [ необходима цитата ]
Способность Terra preta увеличивать свой собственный объем — и, таким образом, поглощать больше углерода — была впервые задокументирована почвоведом Уильямом И. Вудсом из Университета Канзаса. [13] Это остается главной загадкой terra preta. [ необходима цитата ]
Процессы, ответственные за образование почв terra preta : [7]
Преобразование биомассы в древесный уголь производит ряд производных древесного угля, известных как пирогенный или черный углерод , состав которых варьируется от слегка обугленного органического вещества до частиц сажи , богатых графитом, образованных путем рекомпозиции свободных радикалов . [32] [33] Все типы карбонизированных материалов называются древесным углем. По соглашению, древесным углем считается любое природное органическое вещество, преобразованное термически или реакцией дегидратации с соотношением кислорода к углероду (O/C) менее 60; [32] были предложены меньшие значения. [34] Из-за возможных взаимодействий с минералами и органическими веществами из почвы, практически невозможно идентифицировать древесный уголь, определив только пропорцию O/C. Процент водорода к углероду [35] или молекулярные маркеры, такие как бензолполикарбоновая кислота, [36] используются в качестве второго уровня идентификации. [7]
Коренные народы добавляли низкотемпературный древесный уголь в бедные почвы. В некоторых terra preta было измерено до 9% черного углерода (против 0,5% в окружающих почвах). [37] Другие измерения показали, что уровни углерода в 70 раз выше, чем в окружающих ferralsols , [7] с приблизительными средними значениями 50 Мг/га/м. [38]
Химическая структура древесного угля в почвах terra preta характеризуется поликонденсированными ароматическими группами , которые обеспечивают длительную биологическую и химическую стабильность против микробной деградации; он также обеспечивает, после частичного окисления, самое высокое удержание питательных веществ. [7] [38] Низкотемпературный древесный уголь (но не тот, что из трав или материалов с высоким содержанием целлюлозы ) имеет внутренний слой биологических нефтяных конденсатов, которые потребляются бактериями, и похож на целлюлозу по своему воздействию на рост микробов. [39] Обугливание при высокой температуре потребляет этот слой и приносит небольшое увеличение плодородия почвы. [13] Образование конденсированных ароматических структур зависит от метода производства древесного угля. [36] [40] [41] Медленное окисление древесного угля создает карбоксильные группы ; они увеличивают катионообменную емкость почвы. [42] [43] Ядро частиц черного углерода, произведенных биомассой, остается ароматическим даже спустя тысячи лет и представляет спектральные характеристики свежего древесного угля. Вокруг этого ядра и на поверхности частиц черного углерода находятся более высокие пропорции форм карбоксильных и фенольных углеродов, пространственно и структурно отличных от ядра частицы. Анализ групп молекул дает доказательства как окисления самой частицы черного углерода, так и адсорбции нечерного углерода. [44]
Таким образом, этот древесный уголь имеет решающее значение для устойчивости terra preta . [42] [45] Добавление ферральсола в древесный уголь значительно повышает производительность. [25] Во всем мире сельскохозяйственные земли потеряли в среднем 50% своего углерода из-за интенсивной обработки и другого ущерба, нанесенного человеком. [13]
Свежий уголь должен быть «заряжен», прежде чем он сможет функционировать как биотоп . [46] Несколько экспериментов показывают, что незаряженный уголь может вызвать временное истощение доступных питательных веществ при первом помещении в почву, то есть до тех пор, пока его поры не заполнятся питательными веществами. Это преодолевается замачиванием угля на две-четыре недели в любом жидком питательном веществе (моча, растительный чай, червячный чай и т. д.). [47]
Пористость древесного угля обеспечивает лучшее удержание органических веществ, воды и растворенных питательных веществ, [42] [48], а также загрязняющих веществ, таких как пестициды и ароматические полициклические углеводороды. [49]
Высокий потенциал поглощения древесным углем органических молекул (и воды) обусловлен его пористой структурой. [7] Высокая концентрация древесного угля в Terra preta поддерживает высокую концентрацию органического вещества (в среднем в три раза больше, чем в окружающих бедных почвах), [ 7] [38] [43] [50] до 150 г/кг. [25] Органическое вещество можно найти на глубине от 1 до 2 метров (от 3 футов 3 дюймов до 6 футов 7 дюймов). [30]
Бехтольд предлагает использовать terra preta для почв, которые показывают на глубине 50 сантиметров (20 дюймов) минимальную долю органического вещества более 2,0–2,5%. Накопление органического вещества во влажных тропических почвах является парадоксом из-за оптимальных условий для деградации органического вещества. [38] Примечательно, что антросоли восстанавливаются, несмотря на преобладание этих тропических условий и их быстрые скорости минерализации. [25] Стабильность органического вещества в основном обусловлена тем, что биомасса потребляется лишь частично. [38]
Почвы Terra preta также показывают большее количество питательных веществ и лучшее удержание этих питательных веществ, чем окружающие неплодородные почвы. [38] Доля P достигает 200–400 мг/кг. [51] Количество N также выше в антросоле, но это питательное вещество иммобилизовано из-за высокой доли C над N в почве. [25]
Доступность P , Ca , Mn и Zn в Anthrosol выше, чем в ferrasol. Поглощение P, K , Ca, Zn и Cu растениями увеличивается, когда увеличивается количество доступного древесного угля. Производство биомассы для двух культур ( рис и Vigna unguiculata ) увеличилось на 38–45% без удобрения ( P < 0,05) по сравнению с культурами на удобренном ferralsol. [25]
Добавление кусочков древесного угля диаметром около 20 миллиметров (0,79 дюйма) вместо молотого древесного угля не изменило результаты, за исключением марганца (Mn) , поглощение которого значительно увеличилось. [25]
Выщелачивание питательных веществ в этом антросоле минимально, несмотря на их обилие, что приводит к высокому плодородию. Однако, когда в почву вносятся неорганические питательные вещества, дренаж питательных веществ в антросоле превышает дренаж в удобренном ферральсоле. [25]
В качестве потенциальных источников питательных веществ in situ могут быть получены только C (через фотосинтез ) и N (в результате биологической фиксации) . Все остальные элементы (P, K, Ca, Mg и т. д.) должны присутствовать в почве. В Амазонии обеспечение питательными веществами из разложения естественно доступного органического вещества не удается, поскольку сильные дожди смывают высвобождаемые питательные вещества, а в естественных почвах (ferralsols, acrisols, lixisols, arenosols, uxisols и т. д.) не хватает минеральных веществ для обеспечения этими питательными веществами. Глинистое вещество, которое существует в этих почвах, способно удерживать лишь небольшую часть питательных веществ, доступных в результате разложения. В случае terra preta единственными возможными источниками питательных веществ являются первичные и вторичные. Были обнаружены следующие компоненты: [38]
Насыщенность pH и основаниями более важна, чем в окружающих почвах. [51] [52]
Дождевой червь-сапсан Pontoscolex corethrurus ( Oligochaeta : Glossoscolecidae ) поглощает древесный уголь и смешивает его с минеральной почвой в тонкоизмельченную форму. P. corethrurus широко распространен в Амазонии и особенно на вырубках после сжигания благодаря своей толерантности к низкому содержанию органического вещества в почве. [53] Это является важным элементом в образовании terra preta , связанным с агрономическими знаниями, включающими наслаивание древесного угля тонкими регулярными слоями, благоприятными для его захоронения P. corethrurus . [ требуется ссылка ]
Некоторые муравьи отпугиваются от свежей terra preta ; их плотность оказывается низкой примерно через 10 дней после производства по сравнению с контрольной почвой. [54]
Недавно введенный термин - «синтетическая terra preta ». [55] [56] STP - это удобрение, состоящее из материалов, которые, как считается, копируют исходные материалы, включая измельченную глину, кровь и костную муку, навоз и биоуголь [55] имеет дисперсную природу и способен перемещаться вниз по профилю почвы и улучшать плодородие почвы и углерод в текущих почвенных слоях и агрегатах в течение жизнеспособного периода времени. [57] Такая смесь обеспечивает множественные улучшения почвы, достигая по крайней мере качества terra mulata . Кровь, костная мука и куриный помет полезны для краткосрочного внесения органических удобрений. [58] Возможно, самой важной и уникальной частью улучшения плодородия почвы является углерод, который, как полагают, постепенно включался 4-10 тысяч лет назад. [59] Биоуголь способен снижать кислотность почвы , и если его замочить в богатой питательными веществами жидкости, он может медленно высвобождать питательные вещества и обеспечивать среду обитания для микробов в почве из-за своей высокой пористости поверхности. [2]
Целью является экономически жизнеспособный процесс, который может быть включен в современное сельское хозяйство. Обычные бедные тропические почвы легко обогащаются до terra preta nova путем добавления древесного угля и конденсированного дыма. [60] Terra preta может быть важным путем будущей секвестрации углерода , одновременно обращая вспять текущее всемирное снижение плодородия почв и связанное с этим опустынивание . Возможно ли это в более крупных масштабах, еще предстоит доказать. Люцерна (tagasaste или Cytisus proliferus ) является одним из видов деревьев для удобрения, используемых для производства terra preta . Усилия по воссозданию этих почв предпринимаются такими компаниями, как Embrapa и другими организациями в Бразилии. [61]
Синтетическая terra preta производится в Центре биокультурной регенерации Сачамама в Высокой Амазонке, Перу. В этой области много почвенных зон terra preta , что свидетельствует о том, что этот антросоль был создан не только в бассейне Амазонки, но и на более высоких высотах. [62]
Альфонс-Эдуард Кригер разработал синтетический процесс terra preta для производства почвы с высоким содержанием гумуса, богатой питательными веществами и впитывающей воду. [63]
Системы санитарии Terra preta (TPS) были изучены как альтернативный вариант санитарии с использованием эффектов молочной кислоты в сухих туалетах с отводом мочи и последующей обработки вермикомпостированием . [64]
Этот раздел « см. также » может содержать чрезмерное количество записей . Убедитесь, что указаны только самые релевантные ссылки, что они не являются красными ссылками и что в этой статье еще нет ссылок. ( Ноябрь 2024 г. ) |
Почвы Terra Preta состоят преимущественно из остатков угля, состоящих из ~6 сросшихся ароматических колец
Многое из того, что считалось естественным лесом в Амазонии, вероятно, является результатом сотен лет использования и управления человеком.