Nel sistema internazionale di classificazione del suolo World Reference Base for Soil Resources (WRB) Terra preta è chiamato Anthrosol pretico. Il terreno originale più comune prima trasformato in terra preta è il Ferralsol. Terra preta ha un contenuto di carbonio che va da alto a molto alto (oltre il 13-14% di materia organica) nel suo orizzonte A, ma senza caratteristiche idromorfiche. Terra preta presenta varianti importanti. Ad esempio, i giardini vicini alle abitazioni ricevevano più nutrienti dei campi più lontani. Le variazioni nelle terre scure amazzoniche impediscono chiaramente di determinare se tutte sono state create intenzionalmente per il miglioramento del suolo o se le varianti più leggere sono un sottoprodotto dell’abitazione.
La capacità di Terra preta di aumentare il proprio volume—quindi di sequestrare più carbonio—fu documentata per la prima volta dal pedologo William I. Woods dell’Università del Kansas. Questo rimane il mistero centrale di terra preta.
I processi responsabili della formazione dei terreni di terra preta sono:
- Incorporazione di legno, carbone di
- Incorporazione di sostanza organica e di nutrienti
- la Crescita di microrganismi e animali nel suolo
Legno charcoalEdit
La trasformazione della biomassa in carbone produce una serie di carbone derivati noto come pirogeni o nero di carbonio, la cui composizione varia da leggermente carbonizzati di materia organica, per le particelle di fuliggine ricco di grafite formato da una ricomposizione dei radicali liberi. Tutti i tipi di materiali carbonizzati sono chiamati carbone. Per convenzione, il carbone è considerato qualsiasi materia organica naturale trasformata termicamente o da una reazione di disidratazione con un rapporto ossigeno/carbonio (O/C) inferiore a 60; sono stati suggeriti valori più piccoli. A causa delle possibili interazioni con minerali e materia organica dal suolo, è quasi impossibile identificare il carbone determinando solo la proporzione di O/C. La percentuale di idrogeno/carbonio o marcatori molecolari come l’acido benzenepolicarbossilico, sono usati come secondo livello di identificazione.
Gli indigeni hanno aggiunto carbone a bassa temperatura ai terreni poveri. In alcuni terreni preta è stato misurato fino al 9% di carbonio nero (contro lo 0,5% dei terreni circostanti). Altre misurazioni trovato livelli di carbonio 70 volte maggiore di quello circostante ferralsols, con una media approssimativa valori di 50 Mg/ha/m.
La struttura chimica del carbone in terra preta suoli è caratterizzata da poli-condensato gruppi aromatici che forniscono prolungata biologiche e chimiche stabilità contro la degradazione microbica; fornisce, inoltre, dopo la parziale ossidazione, il più alto di ritenzione dei nutrienti. Il carbone a bassa temperatura (ma non quello delle erbe o dei materiali ad alta cellulosa) ha uno strato interno di condensati biologici di petrolio che i batteri consumano ed è simile alla cellulosa nei suoi effetti sulla crescita microbica. Carbonizzazione ad alta temperatura consuma quello strato e porta poco aumento della fertilità del suolo. La formazione di strutture aromatiche condensate dipende dal metodo di produzione del carbone. La lenta ossidazione del carbone crea gruppi carbossilici; questi aumentano la capacità di scambio dei cationi del suolo. Il nucleo di particelle di carbonio nero prodotte dalla biomassa rimane aromatico anche dopo migliaia di anni e presenta le caratteristiche spettrali del carbone fresco. Attorno a quel nucleo e sulla superficie delle particelle di carbonio nero ci sono proporzioni più elevate di forme di carboni carbossilici e fenolici spazialmente e strutturalmente distinte dal nucleo della particella. L’analisi dei gruppi di molecole fornisce evidenze sia per l’ossidazione della particella di carbonio nero stessa, sia per l’adsorbimento del carbonio non nero.
Questo carbone è quindi decisivo per la sostenibilità di terra preta. La modifica di ferralsol con carbone di legna aumenta notevolmente la produttività. A livello globale, le terre agricole hanno perso in media il 50% del loro carbonio a causa della coltivazione intensiva e di altri danni di origine umana.
Il carbone fresco deve essere “caricato” prima che possa funzionare come biotopo. Diversi esperimenti dimostrano che il carbone non caricato può portare un esaurimento provvisorio dei nutrienti disponibili quando viene messo per la prima volta nel terreno, cioè fino a quando i suoi pori si riempiono di sostanze nutritive. Questo viene superato immergendo il carbone per due o quattro settimane in qualsiasi nutriente liquido (urina, tè vegetale, ecc.).
BiocharEdit
Il biochar è carbone prodotto a temperature relativamente basse da una biomassa di legno e materiali vegetali a foglia in un ambiente con ossigeno molto basso o assente. È stato osservato che la modifica del terreno con biochar aumenta l’attività dei funghi micorrizici arbuscolari. Test di materiali ad alta porosità come zeolite, carbone attivo e carbone mostrano che la crescita microbica migliora sostanzialmente con il carbone. Può darsi che piccoli pezzi di carbone migrino all’interno del suolo, fornendo un habitat per i batteri che decompongono la biomassa nella copertura del suolo superficiale. Questo processo può avere un ruolo essenziale nell’auto-propagazione di terra preta; un ciclo virtuoso si sviluppa mentre il fungo si diffonde dal carbone, fissando il carbonio aggiuntivo, stabilizzando il terreno con glomalin e aumentando la disponibilità di nutrienti per le piante vicine. Molti altri agenti contribuiscono, dai lombrichi agli esseri umani così come il processo di carbonizzazione.
Se il biochar diventasse ampiamente utilizzato per il miglioramento del suolo, un effetto collaterale produrrebbe quantità globalmente significative di sequestro del carbonio, aiutando a mediare il riscaldamento globale. “I sistemi di gestione del suolo del Bio-char possono consegnare la riduzione commerciabile delle emissioni di C e il C sequestrato è facilmente responsabile e verificabile.”
Il biochar è indicato per aumentare la capacità di scambio del catione del suolo, piombo all’assorbimento nutriente migliore della pianta. Insieme a questo è stato particolarmente utile in terreni tropicali acidi in quanto è in grado di aumentare il pH a causa della sua natura leggermente alcalina. Biochar mostra che, in relazione ad un suolo, la produttività del residuo ossidato è particolarmente stabile, abbondante e in grado di aumentare i livelli di fertilità del suolo.
La stabilità del biochar rispetto ad altre forme di carbone è dovuta alla sua formazione. Il processo di combustione di materiale organico ad alte temperature e bassi livelli di ossigeno si traduce in un prodotto poroso ricco di carbone e povero di ceneri. Il biochar ha il potenziale per contribuire a lungo termine alla fertilità del suolo.
Materia organica e nutrientimodifica
La porosità del carbone porta una migliore ritenzione della materia organica, dell’acqua e dei nutrienti disciolti, nonché di inquinanti come pesticidi e idrocarburi policiclici aromatici.
Materia organicamodifica
L’elevato potenziale di assorbimento del carbone di legna di molecole organiche (e di acqua) è dovuto alla sua struttura porosa. L’alta concentrazione di carbone di Terra preta supporta un’alta concentrazione di materia organica (in media tre volte superiore rispetto ai terreni poveri circostanti), fino a 150 g/kg. La materia organica può essere trovata a 1-2 metri (3 ft 3 dentro a 6 ft 7 dentro) in profondità.
Bechtold propone di utilizzare terra preta per terreni che mostrano, a 50 centimetri (20 in) di profondità, una percentuale minima di materia organica superiore al 2,0-2,5%. L’accumulo di materia organica in terreni tropicali umidi è un paradosso, a causa delle condizioni ottimali per la degradazione della materia organica. È notevole che gli antrosoli si rigenerino nonostante la prevalenza di queste condizioni tropicali e i loro rapidi tassi di mineralizzazione. La stabilità della materia organica è principalmente perché la biomassa viene consumata solo parzialmente.
NutrientiEdit
I terreni di Terra preta mostrano anche maggiori quantità di nutrienti e una migliore ritenzione di questi nutrienti rispetto ai terreni sterili circostanti. La proporzione di P raggiunge 200-400 mg / kg. La quantità di N è inoltre più alta in anthrosol, ma quella sostanza nutriente è immobilizzata a causa dell’alta proporzione di C sopra N nel suolo.
La disponibilità di Anthrosol di P, Ca, Mn e Zn è superiore a ferrasol. L’assorbimento di P, K, Ca, Zn e Cu da parte delle piante aumenta quando aumenta la quantità di carbone disponibile. La produzione di biomassa per due colture (riso e Vigna unguiculata) è aumentata del 38-45% senza fertilizzazione (P < 0,05), rispetto alle colture su ferralsol fertilizzato.
La modifica con pezzi di carbone di circa 20 millimetri (0,79 in) di diametro, invece di carbone macinato, non ha modificato i risultati ad eccezione del manganese (Mn), per il quale l’assorbimento è notevolmente aumentato.
La lisciviazione dei nutrienti è minima in questo antrosolo, nonostante la loro abbondanza, con conseguente elevata fertilità. Quando i nutrienti inorganici vengono applicati al terreno, tuttavia, il drenaggio dei nutrienti in anthrosol supera quello in ferralsol fertilizzato.
Come potenziali fonti di nutrienti, solo C (tramite fotosintesi) e N (dalla fissazione biologica) possono essere prodotti in situ. Tutti gli altri elementi (P, K, Ca, Mg, ecc.) deve essere presente nel terreno. In Amazzonia, la fornitura di nutrienti dalla decomposizione della materia organica disponibile naturalmente fallisce poiché le forti piogge lavano via i nutrienti rilasciati e i terreni naturali (ferralsols, acrisols, lixisols, arenosols, uxisols, ecc.) manca la materia minerale per fornire tali sostanze nutritive. La materia argillosa che esiste in quei terreni è in grado di contenere solo una piccola frazione dei nutrienti resi disponibili dalla decomposizione. Nel caso di terra preta, le uniche fonti di nutrienti possibili sono primarie e secondarie. Sono stati trovati i seguenti componenti:
La saturazione del pH e della base è più importante che nei terreni circostanti.
Microrganismi e animalimodifica
Batteri e funghi (micoorganismi) vivono e muoiono all’interno dei mezzi porosi del carbone, aumentando così il suo contenuto di carbonio.
È stata identificata una significativa produzione biologica di carbonio nero, specialmente in condizioni tropicali umide. È possibile che il fungo Aspergillus niger sia il principale responsabile.
Il lombrico pellegrino Pontoscolex corethrurus (Oligochaeta: Glossoscolecidae) ingerisce carbone e lo mescola in una forma finemente macinata con il terreno minerale. P. corethrurus è diffuso in Amazzonia e in particolare nelle radure dopo processi di combustione grazie alla sua tolleranza ad un basso contenuto di materia organica nel terreno. Questo come elemento essenziale nella generazione di terra preta, associato alla conoscenza agronomica che coinvolge la stratificazione del carbone in sottili strati regolari favorevoli alla sua sepoltura da parte di P. corethrurus.
Alcune formiche vengono respinte dalla fresca terra preta; la loro densità è bassa circa 10 giorni dopo la produzione rispetto a quella dei terreni di controllo.