En la Base de Referencia Mundial para Recursos del Suelo del sistema internacional de clasificación de suelos (WRB), Terra preta se llama Antrosol Pretico. El suelo original más común antes de transformarse en terra preta es el Ferralsol. Terra preta tiene un contenido de carbono que varía de alto a muy alto (más del 13-14% de materia orgánica) en su horizonte A, pero sin características hidromórficas. Terra preta presenta variantes importantes. Por ejemplo, los jardines cercanos a las viviendas recibían más nutrientes que los campos más alejados. Las variaciones en las tierras oscuras amazónicas impiden determinar claramente si todas fueron creadas intencionalmente para mejorar el suelo o si las variantes más ligeras son un subproducto de la vivienda.
La capacidad de Terra preta para aumentar su propio volumen—por lo tanto para secuestrar más carbono-fue documentada por primera vez por el pedólogo William I. Woods de la Universidad de Kansas. Este sigue siendo el misterio central de terra preta.
Los procesos responsables de la formación de suelos terra preta son:
- Incorporación de carbón vegetal
- Incorporación de materia orgánica y de nutrientes
- Crecimiento de microorganismos y animales en el suelo
Carbón de maderaedItar
La transformación de biomasa en carbón vegetal produce una serie de derivados de carbón vegetal conocidos como carbón pirógeno o negro, cuya composición varía desde carbón ligeramente carbonizado materia orgánica, para hollín de partículas ricas en grafito formadas por recomposición de radicales libres. Todos los tipos de materiales carbonizados se llaman carbón vegetal. Por convención, el carbón vegetal se considera cualquier materia orgánica natural transformada térmicamente o por una reacción de deshidratación con una relación oxígeno/carbono (O/C) inferior a 60; se han sugerido valores más pequeños. Debido a las posibles interacciones con los minerales y la materia orgánica del suelo, es casi imposible identificar el carbón al determinar solo la proporción de O/C. El porcentaje de hidrógeno/carbono o los marcadores moleculares, como el ácido bencenopolicarboxílico, se utilizan como un segundo nivel de identificación.
Los indígenas agregaron carbón vegetal de baja temperatura a los suelos pobres. Se ha medido hasta un 9% de carbono negro en algunos terra preta (contra un 0,5% en los suelos circundantes). Otras mediciones encontraron niveles de carbono 70 veces mayores que en los ferralsoles circundantes, con valores promedio aproximados de 50 Mg / ha / m.
La estructura química del carbón en suelos de terra preta se caracteriza por grupos aromáticos policondensados que proporcionan una estabilidad biológica y química prolongada contra la degradación microbiana; también proporciona, después de la oxidación parcial, la mayor retención de nutrientes. El carbón de baja temperatura (pero no el de hierbas o materiales con alto contenido de celulosa) tiene una capa interna de condensados biológicos de petróleo que las bacterias consumen, y es similar a la celulosa en sus efectos sobre el crecimiento microbiano. La carbonización a alta temperatura consume esa capa y trae poco aumento en la fertilidad del suelo. La formación de estructuras aromáticas condensadas depende del método de fabricación del carbón vegetal. La oxidación lenta del carbón crea grupos carboxílicos; estos aumentan la capacidad de intercambio de cationes del suelo. El núcleo de partículas de carbono negro producidas por la biomasa permanece aromático incluso después de miles de años y presenta las características espectrales del carbón fresco. Alrededor de ese núcleo y en la superficie de las partículas de carbono negro hay proporciones más altas de formas de carboxílicos y fenólicos distintos espacial y estructuralmente del núcleo de la partícula. El análisis de los grupos de moléculas proporciona evidencias tanto para la oxidación de la partícula de carbono negro en sí, como para la adsorción de carbono no negro.
Este carbón es decisivo para la sostenibilidad de terra preta. La modificación de ferralsol con carbón vegetal aumenta considerablemente la productividad. A nivel mundial, las tierras agrícolas han perdido en promedio el 50% de su carbono debido al cultivo intensivo y otros daños de origen humano.
El carbón fresco debe «cargarse» antes de que pueda funcionar como biotopo. Varios experimentos demuestran que el carbón vegetal sin carga puede producir un agotamiento provisional de los nutrientes disponibles cuando se coloca por primera vez en el suelo, es decir, hasta que sus poros se llenan de nutrientes. Esto se supera remojando el carbón durante dos a cuatro semanas en cualquier nutriente líquido (orina, té de plantas, etc.).).
Biocharredit
El biochar es carbón producido a temperaturas relativamente bajas a partir de biomasa de madera y materiales vegetales frondosos en un ambiente con muy bajo o sin oxígeno. Se ha observado que la modificación del suelo con biocarbón aumenta la actividad de los hongos micorrícicos arbusculares. Las pruebas de materiales de alta porosidad, como zeolita, carbón activado y carbón vegetal, muestran que el crecimiento microbiano mejora sustancialmente con el carbón vegetal. Es posible que pequeños trozos de carbón migren dentro del suelo, proporcionando un hábitat para las bacterias que descomponen la biomasa en la cubierta superficial del suelo. Este proceso puede tener un papel esencial en la autopropagación de terra preta; se desarrolla un ciclo virtuoso a medida que el hongo se propaga desde el carbón, fijando carbono adicional, estabilizando el suelo con glomalina y aumentando la disponibilidad de nutrientes para las plantas cercanas. Muchos otros agentes contribuyen, desde las lombrices de tierra hasta los seres humanos, así como el proceso de carbonización.
Si el biocarbón se utilizara ampliamente para mejorar el suelo, un efecto secundario produciría cantidades significativas de secuestro de carbono a nivel mundial, ayudando a mediar el calentamiento global. «Los sistemas de gestión del suelo con biocarburantes pueden reducir las emisiones de C comerciables, y el C secuestrado es fácilmente responsable y verificable.»
Se ha demostrado que el biocarbón aumenta la capacidad de intercambio catiónico del suelo, lo que mejora la absorción de nutrientes de las plantas. Junto con esto, fue particularmente útil en suelos tropicales ácidos, ya que es capaz de elevar el pH debido a su naturaleza ligeramente alcalina. El biocarbón muestra que, en relación con un suelo, la productividad de los residuos oxidados es particularmente estable, abundante y capaz de aumentar los niveles de fertilidad del suelo.
La estabilidad del biocarbón en comparación con otras formas de carbón vegetal se debe a su formación. El proceso de quemar material orgánico a altas temperaturas y bajos niveles de oxígeno da como resultado un producto poroso rico en carbón y pobre en cenizas. El biocarbón tiene el potencial de contribuir a largo plazo a la fertilidad del suelo con una alta densidad de nutrientes.
Materia orgánica y nutrienteseditar
La porosidad del carbón aporta una mejor retención de materia orgánica, agua y nutrientes disueltos, así como de contaminantes como pesticidas e hidrocarburos aromáticos policíclicos.
Materia orgánicaeditar
El alto potencial de absorción del carbón vegetal de moléculas orgánicas (y de agua) se debe a su estructura porosa. La alta concentración de carbón vegetal de Terra preta soporta una alta concentración de materia orgánica (en promedio tres veces más que en los suelos pobres circundantes), hasta 150 g/kg. La materia orgánica se puede encontrar a 1 a 2 metros (3 pies 3 pulgadas a 6 pies 7 pulgadas) de profundidad.
Bechtold propone utilizar terra preta para suelos que muestren, a 50 centímetros (20 pulgadas) de profundidad, una proporción mínima de materia orgánica superior al 2,0-2,5%. La acumulación de materia orgánica en suelos tropicales húmedos es una paradoja, debido a las condiciones óptimas para la degradación de la materia orgánica. Es notable que los antrosoles se regeneren a pesar de la prevalencia de estas condiciones tropicales y sus rápidas tasas de mineralización. La estabilidad de la materia orgánica se debe principalmente a que la biomasa solo se consume parcialmente.
Nutrienteseditar
Los suelos de Terra preta también muestran mayores cantidades de nutrientes, y una mejor retención de estos nutrientes, que los suelos infértiles circundantes. La proporción de P alcanza 200-400 mg / kg. La cantidad de N también es mayor en el antrosol, pero ese nutriente se inmoviliza debido a la alta proporción de C sobre N en el suelo.
La disponibilidad de Antrosol de P, Ca, Mn y Zn es mayor que la de ferrasol. La absorción de P, K, Ca, Zn y Cu por las plantas aumenta cuando aumenta la cantidad de carbón disponible. La producción de biomasa para dos cultivos (arroz y Vigna unguiculata) aumentó en un 38-45% sin fertilización (P < 0.05), en comparación con los cultivos con ferralsol fertilizado.
La modificación con piezas de carbón vegetal de aproximadamente 20 milímetros (0,79 pulgadas) de diámetro, en lugar de carbón vegetal molido, no cambió los resultados, excepto en el caso del manganeso (Mn), cuya absorción aumentó considerablemente.
La lixiviación de nutrientes es mínima en este antrosol, a pesar de su abundancia, lo que resulta en una alta fertilidad. Sin embargo, cuando se aplican nutrientes inorgánicos al suelo, el drenaje de los nutrientes en el antrosol supera al de la ferralsol fertilizada.
Como fuentes potenciales de nutrientes, solo se pueden producir in situ C (a través de la fotosíntesis) y N (a partir de la fijación biológica). Todos los demás elementos (P, K, Ca, Mg, etc.) debe estar presente en el suelo. En la Amazonía, el suministro de nutrientes a partir de la descomposición de la materia orgánica disponible de forma natural falla a medida que las fuertes lluvias eliminan los nutrientes liberados y los suelos naturales (ferralsoles, acrisoles, lixisoles, arenosoles, uxisoles, etc.).) carecen de la materia mineral para proporcionar esos nutrientes. La materia arcillosa que existe en esos suelos es capaz de contener solo una pequeña fracción de los nutrientes disponibles a partir de la descomposición. En el caso de terra preta, las únicas fuentes de nutrientes posibles son primarias y secundarias. Se han encontrado los siguientes componentes:
La saturación en pH y en base es más importante que en los suelos circundantes.
Microorganismos y animaleseditar
Bacterias y hongos (micoorganismos) viven y mueren dentro de los medios porosos del carbón, aumentando así su contenido de carbono.
Se ha identificado una producción biológica significativa de carbono negro, especialmente en condiciones tropicales húmedas. Es posible que el hongo Aspergillus niger sea el principal responsable.
La lombriz peregrina Pontoscolex corehrurus (Oligochaeta: Glossoscolecidae) ingiere carbón vegetal y lo mezcla en una forma finamente molida con el suelo mineral. P. corehrurus está muy extendido en la Amazonía y, en particular, en los claros después de los procesos de combustión gracias a su tolerancia a un bajo contenido de materia orgánica en el suelo. Esto como un elemento esencial en la generación de terra preta, asociado con el conocimiento agronómico que implica acodar el carbón en capas regulares delgadas favorables para su enterramiento por P. corehrurus.
Algunas hormigas son repelidas de terra preta fresca; su densidad es baja aproximadamente 10 días después de la producción en comparación con la de los suelos de control.