Введение
Терра прета (Terra preta, буквально "чёрная почва" на португальском языке) – это тип очень тёмной, плодородной антропогенной почвы (антросола), обнаруженный в бассейне Амазонки. Её также называют "тёмной землёй Амазонки" или "чёрной землёй индейцев". На португальском языке её полное название – terra preta do índio или terra preta de índio ("чёрная земля индейцев", "чёрная земля индейцев"). Терра мулата ("мулатская земля") имеет более светлый или коричневатый оттенок. Терра прета обязана своим характерным чёрным цветом содержанию обугленного древесного угля, который стабилен и остаётся в почве на протяжении тысяч лет, связывая и удерживая минералы и питательные вещества. Терра прета характеризуется наличием остатков древесного угля, полученного при низких температурах, в высоких концентрациях. Плодородные почвы, такие как терра прета, демонстрируют высокий уровень микробиологической активности и другие специфические характеристики в определенных экосистемах. Зоны терра прета обычно окружены terra comum (ˈtɛʁɐ koˈmũ, ku), или "обычной почвой"; это неплодородные почвы, в основном акризоли. Терра прета менее подвержена вымыванию питательных веществ благодаря высокой концентрации древесного угля, микробной жизни и органических веществ. Это сочетание накапливает питательные вещества, минералы и микроорганизмы и противостоит вымыванию. Почвы терра прета были созданы земледельческими общинами между 450 г. до н.э. и 950 г. н.э. Сообщается, что она способна к самовосстановлению со скоростью до 100 тонн в год.
Terra preta (ˈtɛʁɐ ˈpɾetɐ, literally "black soil" in Portuguese) is a type of very dark, fertile anthropogenic soil (anthrosol) found in the Amazon Basin. It is also known as "Amazonian dark earth" or "Indian black earth". In Portuguese its full name is terra preta do índio or terra preta de índio ("black soil of the Indian", "Indians' black earth"). Terra mulata ("mulatto earth") is lighter or brownish in color. Terra preta owes its characteristic black color to its weathered charcoal content, the charcoal is stable and remains in the soil for thousands of years, binding and retaining minerals and nutrients. Terra preta is characterized by the presence of low temperature charcoal residues in high concentrations; Fertile soils such as terra preta show high levels of microorganic activities and other specific characteristics within particular ecosystems. Terra preta zones are generally surrounded by terra comum (ˈtɛʁɐ koˈmũ, ku ), or "common soil"; these are infertile soils, mainly acrisols, Terra preta is less prone to nutrient leaching because of its high concentration of charcoal, microbial life and organic matter. The combination accumulates nutrients, minerals and microorganisms and withstands leaching. Terra preta soils were created by farming communities between 450 BCE and 950 CE. Soil depths can reach It is reported to regenerate itself at the rate of per year.
Ранние теории
Истоки амазонских темных почв не были сразу ясны поздним поселенцам. Одна из гипотез заключалась в том, что они образовались в результате выпадения вулканического пепла из Анд, поскольку они чаще встречаются на гребнях более высоких террас. Другая теория рассматривала их формирование как результат осадконакопления в третичных озерах или в современных прудах.
Антропогенные корни
Почвы с повышенным содержанием древесного угля и часто встречающимися фрагментами керамики могут случайно накапливаться вблизи мест проживания в виде отходов от приготовления пищи, очагов, костей животных и рыбы, битой посуды и т.п. Считается, что многие структуры почвы терра прета сформировались под кухонными отвалами, а также создавались намеренно в больших масштабах. Обрабатываемые поля вокруг мест проживания называются терра мулата. Почвы терра мулата более плодородны, чем окружающие, но менее плодородны, чем терра прета, и, вероятно, были намеренно улучшены добавлением древесного угля. Этот тип почвы появился в период с 450 г. до н.э. по 950 г. н.э. на территории всего бассейна Амазонки.
Амазония
Амазонцы сформировали сложные, крупномасштабные социальные образования, включая вождества (особенно в межречных регионах) и даже крупные города и поселения. Например, культура острова Маражо могла развить социальную стратификацию и поддерживать население в 100 000 человек. Амазонцы, вероятно, использовали терра-прету для приведения земли в состояние, пригодное для крупномасштабного земледелия. Испанский исследователь Франсиско де Орельяна был первым европейцем, пересекшим реку Амазонку в XVI веке. Он сообщал о густонаселенных районах, простиравшихся на сотни километров вдоль реки, что указывает на уровень населения, превышающий даже современный. Орельяна, возможно, преувеличил степень развития, хотя это оспаривается. Подтверждением его утверждений служат находки геоглифов, датируемых периодом 0–1250 гг. н.э., и терра-прета. Помимо геоглифов, эти народы не оставили после себя долговечных монументов, возможно, потому, что строили из дерева, которое гнило бы во влажном климате, поскольку камень был недоступен. Какова бы ни была степень ее развития, эта цивилизация исчезла после демографического коллапса в XVI и XVII веках из-за болезней, занесенных европейцами, таких как оспа. Осевшие земледельцы вновь стали кочевниками, сохраняя при этом специфические традиции своих оседлых предков. Их полукочевые потомки выделяются среди племенных коренных обществ наследственной, но безземельной аристократией – исторической аномалией для общества, не имеющего оседлой аграрной культуры. Более того, многие коренные народы адаптировались к более мобильному образу жизни, чтобы избежать колониализма. Это могло снизить привлекательность преимуществ терра-прета, таких как ее способность к самовосстановлению: фермеры не смогли бы обрабатывать обновленную почву во время миграций. Подсечно-огневое земледелие могло быть адаптацией к этим условиям. В течение 350 лет после прибытия европейцев португальская часть бассейна оставалась невозделанной.
Местоположение
Почвы терра-прета встречаются главным образом в бразильской Амазонии, где Sombroek et al. оценивают, что они покрывают не менее 0,1–0,3% или площади низменной лесистой Амазонии. Недавние прогнозы, основанные на моделях, предполагают, что площадь почв терра-прета может достигать 3,2% лесного покрова. Терра-прета существует небольшими участками, в среднем , но сообщалось о площадях площадью почти . Они встречаются в различных климатических, геологических и топографических условиях, располагаются на межречных участках (в основном круглой или линзовидной формы) и имеют меньший размер, в среднем . (см. карту распространения участков терра-прета в бассейне Амазонки). Распространение тропических лесов между саваннами может быть в основном антропогенным – предположение, имеющее серьезные последствия для сельского хозяйства и охраны природы во всем мире. Участки терра-прета также известны в Льянос-де-Моксос Боливии, Эквадоре, Перу и Французской Гвиане, а также на африканском континенте в Бенине, Либерии и саваннах Южной Африки. Терра-прета имеет важные варианты. Например, сады вблизи жилья получали больше питательных веществ, чем поля, расположенные дальше. Разнообразие темных почв Амазонии не позволяет однозначно определить, были ли все они намеренно созданы для улучшения почвы или самые легкие варианты являются побочным продуктом жизнедеятельности человека. Способность терра-прета увеличивать свой объем – и, следовательно, секвестировать больше углерода – впервые была задокументирована почвоведом Уильямом И. Вудсом из Университета Канзаса. Все типы обугленных материалов называются древесным углем. По соглашению, древесным углем считается любое природное органическое вещество, преобразованное термически или реакцией обезвоживания с соотношением кислорода к углероду (O/C) менее 60. Из-за возможных взаимодействий с минералами и органическим веществом почвы практически невозможно идентифицировать древесный уголь, определяя только долю O/C. В качестве второго уровня идентификации используются процентное содержание водорода к углероду или молекулярные маркеры, такие как бензополикарбоновые кислоты. Коренные народы добавляли древесный уголь низких температур в бедные почвы. В некоторых образцах терра-прета было измерено до 9% черного углерода (против 0,5% в окружающих почвах). Другие измерения показали уровни углерода в 70 раз выше, чем в окружающих ферральсолах, со средними приблизительными значениями 50 мг/га/м. Химическая структура древесного угля в почвах терра-прета характеризуется поликонденсированными ароматическими группами, которые обеспечивают длительную биологическую и химическую стабильность против микробного разложения, а также, после частичного окисления, максимальное удержание питательных веществ. Обжиг при высокой температуре разрушает этот слой и мало способствует повышению плодородия почвы. Медленное окисление древесного угля создает карбоксильные группы, которые увеличивают катионно-обменную емкость почвы. Ядро частиц черного углерода, образованных из биомассы, остается ароматическим даже спустя тысячи лет и имеет спектральные характеристики свежего древесного угля. Вокруг этого ядра и на поверхности частиц черного углерода содержатся более высокие пропорции карбоксильных и фенольных форм углерода, пространственно и структурно отличающихся от ядра частицы. Анализ групп молекул предоставляет доказательства как окисления самой частицы черного углерода, так и адсорбции нечерного углерода. Таким образом, древесный уголь имеет решающее значение для устойчивости терра-прета. Внесение древесного угля в ферральсолы значительно повышает продуктивность. Несколько экспериментов показали, что незаряженный древесный уголь может временно истощать доступные питательные вещества при первом внесении в почву, то есть до тех пор, пока его поры не заполнятся питательными веществами. Это можно преодолеть, выдерживая древесный уголь в течение двух-четырех недель в любой жидкой питательной среде (моче, растительном чае, чае из дождевых червей и т. д.).
Органические вещества и питательные вещества
Пористость угля обеспечивает лучшее удержание органических веществ, воды и растворенных питательных веществ, а также загрязнителей, таких как пестициды и ароматические полициклические углеводороды.
Органическая материя
Высокий потенциал угля по поглощению органических молекул (и воды) обусловлен его пористой структурой. Высокая концентрация древесного угля в терра-прета способствует высокой концентрации органического вещества (в среднем в три раза больше, чем в окружающих бедных почвах), достигающей 150 г/кг. Содержание азота также выше в антрозоле, однако это питательное вещество находится в связанном состоянии из-за высокого соотношения углерода к азоту в почве.
Микроорганизмы и животные
Путешествующий дождевой червь Pontoscolex corethrurus (Oligochaeta: Glossoscolecidae) заглатывает древесный уголь и перемешивает его с минеральной почвой, измельчая до тонкого состояния. P. corethrurus широко распространен в Амазонии, особенно на вырубках и гарях после пожаров, благодаря своей устойчивости к низкому содержанию органических веществ в почве. Это играет важную роль в формировании терра-прета, что связано с агрономическими знаниями о создании тонких, равномерных слоев древесного угля, благоприятных для его заделывания P. corethrurus. Некоторые муравьи избегают свежеобразованной терра-преты; их плотность примерно через 10 дней после образования оказывается ниже, чем в контрольной почве.
Синтетическая терра-прета
Недавно был придуман термин "синтетическая терра-прета". STP – это удобрение, состоящее из материалов, призванных воспроизвести исходные компоненты, включая измельченную глину, кровь и костную муку, навоз и биоуголь. Такая смесь обеспечивает комплексное улучшение почвы, достигая как минимум качества терра-мулаты. Кровь, костная мука и куриный помет полезны для кратковременного внесения органических удобрений. Вероятно, наиболее важной и уникальной составляющей повышения плодородия почвы является углерод, который, как считается, постепенно накапливался в течение 4–10 тысяч лет. Биоуголь способен снижать кислотность почвы, а при вымачивании в богатой питательными веществами жидкости может медленно высвобождать питательные вещества и обеспечивать среду обитания для почвенных микробов благодаря своей высокой пористости и площади поверхности. Терра-прета может стать важным направлением для будущего секвестрации углерода, одновременно обращая вспять текущее глобальное снижение плодородия почв и связанное с этим опустынивание. Возможность реализации этого в большем масштабе еще предстоит доказать. Люцерна древовидная (тагасте или Cytisus proliferus) – один из видов деревьев-удобрений, используемых для создания терра-прета. Компании, такие как Embrapa, и другие организации в Бразилии предпринимают попытки воссоздать эти почвы. Синтетическая терра-прета производится в Центре биокультурной регенерации Сачамама в Высокой Амазонии, Перу. Эта область характеризуется множеством зон почв терра-прета, что демонстрирует, что этот антросол создавался не только в бассейне Амазонки, но и на больших высотах. Процесс создания синтетической терра-прета был разработан Альфонсом Эдуардом Кригером для получения почвы с высоким содержанием гумуса, богатой питательными веществами и способной к водопоглощению.
Санитария на земле
Системы санитарии Terra Preta (TPS) изучались как альтернативный подход к санитарии, основанный на использовании эффектов молочнокислого брожения в мочеотводящих сухих туалетах и последующей обработке вермикомпостированием.