w international soil classification system World Reference Base for Soil Resources (WRB) Terra preta jest nazywana Antrozolem Pretycznym. Najbardziej powszechną pierwotną glebą przed przekształceniem w terra preta jest Ferralsol. Terra preta ma w swoim horyzoncie zawartość węgla od wysokiej do bardzo wysokiej (ponad 13-14% materii organicznej), ale bez cech hydromorficznych. Terra preta prezentuje ważne warianty. Na przykład Ogrody w pobliżu mieszkań otrzymywały więcej składników odżywczych niż pola dalej. Różnice w amazońskich ciemnych ziemiach uniemożliwiają jasne określenie, czy wszystkie z nich zostały celowo stworzone w celu poprawy gleby, czy też najlżejsze warianty są produktem ubocznym zamieszkania.
zdolność Terra prety do zwiększenia własnej objętości—w ten sposób do sekwestrowania większej ilości węgla—została po raz pierwszy udokumentowana przez pedologa Williama I. Woodsa z University of Kansas. To pozostaje główną tajemnicą terra preta.
procesy odpowiedzialne za powstawanie gleb terra preta to:
- wbudowanie węgla drzewnego
- wbudowanie materii organicznej i składników odżywczych
- wzrost mikroorganizmów i zwierząt w glebie
węgiel Drzewnyedytuj
przekształcenie biomasy w węgiel drzewny wytwarza szereg pochodnych węgla drzewnego znanych jako pirogenny lub czarny węgiel, których skład różni się od lekko zwęglonego materii organicznej, do cząsteczek sadzy bogatych w grafit, powstałych w wyniku rekompozycji wolnych rodników. Wszystkie rodzaje zwęglonych materiałów nazywane są węglem drzewnym. Zgodnie z konwencją węgiel jest uważany za każdą naturalną materię organiczną przekształconą termicznie lub w reakcji odwodnienia ze stosunkiem tlenu do węgla (O/C) mniejszym niż 60; sugerowano mniejsze wartości. Ze względu na możliwe interakcje z minerałami i materią organiczną z gleby, identyfikacja węgla drzewnego jest prawie niemożliwa, określając tylko proporcję O / C. procent wodoru / węgla lub markery molekularne, takie jak kwas benzenepolikarboksylowy, są używane jako drugi poziom identyfikacji.
rdzenni mieszkańcy dodawali niskotemperaturowy węgiel drzewny do ubogich gleb. Do 9% czarnego węgla zostało zmierzone w niektórych terra preta (wobec 0,5% w glebach otaczających). Inne pomiary wykazały poziom węgla 70 razy większy niż w otaczających ferralsolach, z przybliżonymi średnimi wartościami 50 Mg / ha / m.
struktura chemiczna węgla w glebach terra preta charakteryzuje się Poli-skondensowanymi grupami aromatycznymi, które zapewniają długotrwałą stabilność biologiczną i chemiczną przed degradacją drobnoustrojów; zapewnia również, po częściowym utlenianiu, najwyższą retencję składników odżywczych. Niskotemperaturowy węgiel drzewny (ale nie z traw lub materiałów o wysokiej zawartości celulozy) ma wewnętrzną warstwę biologicznych kondensatów ropy naftowej, które zużywają bakterie i jest podobny do celulozy w jej wpływie na rozwój drobnoustrojów. Zwęglanie w wysokiej temperaturze pochłania tę warstwę i przynosi niewielki wzrost żyzności gleby. Tworzenie skondensowanych struktur aromatycznych zależy od sposobu wytwarzania węgla drzewnego. Powolne utlenianie węgla drzewnego tworzy grupy karboksylowe, które zwiększają zdolność wymiany kationów w glebie. Jądro cząstek czarnego węgla wytwarzane przez biomasę pozostaje aromatyczne nawet po tysiącach lat i prezentuje charakterystykę widmową świeżego węgla drzewnego. Wokół tego jądra i na powierzchni cząstek czarnego węgla znajdują się większe proporcje form karboksylowych i fenolowych węgli przestrzennie i strukturalnie różniących się od jądra cząstki. Analiza grup cząsteczek dostarcza dowodów zarówno na utlenianie samej cząstki czarnego węgla, jak i na adsorpcję węgla innego niż czarny.
węgiel ten jest zatem decydujący dla trwałości terra preta. Zmiana ferralsolu węglem drzewnym znacznie zwiększa wydajność. Na całym świecie grunty rolne straciły średnio 50% węgla z powodu intensywnej uprawy i innych szkód pochodzenia ludzkiego.
świeży węgiel drzewny musi być „naładowany”, zanim będzie mógł funkcjonować jako biotop. Kilka eksperymentów pokazuje, że niezaładowany węgiel drzewny może doprowadzić do tymczasowego wyczerpania dostępnych składników odżywczych po pierwszym wprowadzeniu do gleby, czyli do momentu, gdy jej pory wypełnią się składnikami odżywczymi. Jest to przezwyciężone przez moczenie węgla drzewnego przez dwa do czterech tygodni w dowolnym płynnym składniku odżywczym (mocz, herbata roślinna itp.).
BiocharEdit
Biochar to węgiel drzewny produkowany w stosunkowo niskich temperaturach z biomasy drewna i liściastych materiałów roślinnych w środowisku o bardzo niskiej zawartości tlenu lub bez tlenu. Zaobserwowano zmianę gleby za pomocą biocharu w celu zwiększenia aktywności grzybów mikoryzowych arbuskularnych. Testy materiałów o wysokiej porowatości, takich jak zeolit, węgiel aktywny i węgiel drzewny pokazują, że wzrost drobnoustrojów znacznie poprawia się dzięki węglowi drzewnemu. Może się zdarzyć, że małe kawałki węgla drzewnego migrują w glebie, zapewniając siedlisko dla bakterii, które rozkładają biomasę w pokrywie gruntowej. Proces ten może mieć zasadniczą rolę w samorozprowadzaniu się terra preta; cykl cnotliwy rozwija się, gdy grzyb rozprzestrzenia się z węgla drzewnego, utrwalając dodatkowy węgiel, stabilizując glebę glomalinem i zwiększając dostępność składników odżywczych dla pobliskich roślin. Wiele innych czynników przyczynia się, od dżdżownic do ludzi, jak również proces zwęglania.
gdyby biochar stał się szeroko stosowany do poprawy gleby, efekt uboczny spowodowałby globalnie znaczne ilości sekwestracji węgla, pomagając mediować globalne ocieplenie. „Systemy zarządzania glebą Bio-char mogą zapewnić zbywalną redukcję emisji C, A C sequested jest łatwo rozliczalny i weryfikowalny.”
wykazano, że Biochar zwiększa zdolność wymiany kationów w glebie, prowadząc do lepszego pobierania składników pokarmowych przez rośliny. Oprócz tego był szczególnie przydatny na kwaśnych glebach tropikalnych, ponieważ jest zdolny do podnoszenia pH ze względu na lekko zasadowy charakter. Biochar pokazuje, że w odniesieniu do gleby wydajność utlenionych pozostałości jest szczególnie stabilna, obfita i zdolna do zwiększenia poziomu żyzności gleby.
stabilność biocharu w porównaniu z innymi formami węgla wynika z jego powstawania. Proces spalania materiału organicznego w wysokich temperaturach i niskim poziomie tlenu powoduje, że produkt porowaty jest bogaty w char i ubogie w popiół. Biochar może być długofalowym czynnikiem wpływającym na żyzność gleby.
substancje Organiczneedytuj
porowatość węgla drzewnego zapewnia lepszą retencję materii organicznej, wody i rozpuszczonych składników odżywczych, a także zanieczyszczeń, takich jak pestycydy i aromatyczne węglowodory Poli-cykliczne.
Znaczenie Organiczneedit
wysoki potencjał absorpcyjny cząsteczek organicznych (i wody) węgla wynika z jego porowatej struktury. Wysokie stężenie węgla drzewnego Terra preta wspomaga wysokie stężenie materii organicznej (średnio trzy razy więcej niż w otaczających glebach ubogich), do 150 g/kg. Materia organiczna znajduje się na głębokości od 1 do 2 metrów.
Bechtold proponuje stosowanie terra preta na glebach, które na głębokości 50 centymetrów (20 cali) wykazują minimalny udział materii organicznej powyżej 2,0-2,5%. Nagromadzenie materii organicznej w wilgotnych glebach tropikalnych jest paradoksem, ze względu na optymalne warunki degradacji materii organicznej. Godne uwagi jest to, że antrosole regenerują się pomimo występowania tych tropikalnych warunków i ich szybkiego tempa mineralizacji. Stabilność materii organicznej wynika głównie z faktu, że biomasa jest zużywana tylko częściowo.
Odżywkiedytuj
gleby Terra preta wykazują również większe ilości składników odżywczych i lepszą retencję tych składników niż otaczające gleby niepłodne. Udział P osiąga 200-400 mg / kg. Ilość N jest również wyższa w antrozolu, ale ten składnik odżywczy jest unieruchomiony z powodu wysokiego udziału C W N w glebie.
dostępność P, Ca, mn i Zn w Antrosolu jest wyższa niż w przypadku ferrasolu. Absorpcja P, K, Ca, Zn i Cu przez rośliny wzrasta, gdy zwiększa się ilość dostępnego węgla drzewnego. Produkcja biomasy dla dwóch upraw (ryżu i Vigna unguiculata) wzrosła o 38-45% bez nawożenia (P < 0,05), w porównaniu do upraw nawożonych ferralsolem.
Zmiana kawałkami węgla drzewnego o średnicy około 20 milimetrów (0,79 cala), zamiast mielonego węgla drzewnego, nie zmieniła wyników z wyjątkiem manganu (mn), dla którego absorpcja znacznie wzrosła.
wymywanie składników odżywczych jest minimalne w tym antrosolu, pomimo ich obfitości, co skutkuje wysoką płodnością. Gdy nieorganiczne składniki odżywcze są stosowane do gleby, jednak drenaż składników odżywczych w antrosolu przekracza wartość w nawożonym ferralsolu.
jako potencjalne źródło składników odżywczych można wytwarzać in situ tylko C (poprzez fotosyntezę) i N (Z fiksacji biologicznej). Wszystkie pozostałe elementy (P, K, Ca, Mg itp.) musi być obecny w glebie. W Amazonii dostarczanie składników odżywczych z rozkładu naturalnie dostępnej materii organicznej zawodzi, ponieważ intensywne opady deszczu zmywają uwolnione składniki odżywcze i naturalne gleby (ferralsole, akrisole, liksyzole, arenosole, uxisole itp.) brak materii mineralnej, aby zapewnić te składniki odżywcze. Materia gliniasta, która występuje w tych glebach, jest w stanie pomieścić tylko niewielką część składników odżywczych dostępnych z rozkładu. W przypadku terra preta jedynymi możliwymi źródłami składników odżywczych są pierwotne i wtórne. Stwierdzono następujące składniki:
nasycenie pH i zasad jest ważniejsze niż w glebach otaczających.
mikroorganizmy i zwierzątoedytuj
bakterie i grzyby (mykoorganizmy) żyją i umierają w porowatych podłożach węgla drzewnego, zwiększając w ten sposób jego zawartość węgla.
zidentyfikowano znaczną biologiczną produkcję czarnego węgla, szczególnie w wilgotnych warunkach tropikalnych. Możliwe, że grzyb Aspergillus niger jest głównie odpowiedzialny.
dżdżownica wędrowna Pontoscolex corethrurus (Oligochaeta: Glossoscolecidae) spożywa węgiel drzewny i miesza go w drobno zmieloną formę z glebą mineralną. P. corethrurus jest szeroko rozpowszechniony w Amazonii, a zwłaszcza na polanach po procesach spalania, dzięki swojej tolerancji na niską zawartość materii organicznej w glebie. Jest to istotny element w generowaniu „terra preta”, związany z wiedzą agronomiczną polegającą na układaniu węgla drzewnego w cienkie, regularne warstwy sprzyjające jego zakopaniu przez „P. corethrurus”.
niektóre mrówki są odpychane ze świeżej terra preta; ich gęstość jest niska około 10 dni po produkcji w porównaniu z glebami kontrolnymi.