Примерно между 450 г. до н.э. и 950 г. н.э. миллионы индейцев, живших в сегодняшней Амазонии, с помощью различных процессов преобразовали изначально бедную почву. На протяжении многих поколений земля обогащалась древесным углем от огня, на котором готовили пищу и сжигали отходы, костей животных, битой глиняной посуды, компоста и навоза. В результате получилась так называемая черная земля индейцев или терра прета. Она исключительно плодородна, благодаря насыщенности питательными и стабильными органическими веществами, полученным из древесного угля.

Теперь ученые из Бразилии показывают, что терра прета может стать "секретным оружием" для ускорения восстановления лесов — не только в Амазонии, где с 1970-х годов было потеряно 18% или примерно 780 000 км2, — но и во всем мире.

"Мы показываем, что использование черной земли может улучшить рост пастбищ и деревьев, благодаря высокому уровню питательных веществ, а также присутствию полезных бактерий и архей в микробном сообществе почвы, — говорит соавтор исследования Луис Фелипе Загатто из Университета Сан-Паулу. — Это означает, что знание "ингредиентов", которые делают терра прета настолько плодородной, может быть применено для ускорения проектов по восстановлению окружающей среды".

Лесовосстановление в миниатюре

Исследователи провели контролируемые эксперименты, чтобы имитировать экологическую последовательность и изменения в почве, которые происходят, когда обезлесенные районы активно восстанавливаются. Цель ученых состояла в том, чтобы узнать, как терра прета или земля, микробиом которой был искусственно составлен для ее имитации, могут ускорить этот процесс.

Загатто и его коллеги взяли пробы черной земли на экспериментальной исследовательской станции Калдейран в бразильском штате Амазонас. В качестве контрольной использовалась сельскохозяйственная почва в Высшей школе сельского хозяйства им. Луиса де Кейроса в штате Сан-Паулу. Исследователи наполнили каждый из 36 четырехлитровых горшков тремя килограммами земли и поместили их в теплицу со средней температурой в 34 градуса. 

В одну треть горшков вносили только контрольную почву, в другую треть - смесь контрольной и черной земли в пропорции 4:1, а в третью - 100% терра прета. Чтобы имитировать пастбище, они посадили семена травы urochloa brizantha (обычного корма для скота в Бразилии). Исследователи позволили рассаде расти в течение 60 дней, а затем срезали ее и оставили только корни. Впоследствии ученые повторно засадили каждую из трех почв семенами деревьев: либо колонизирующим видом cecropia pachystachya, либо peltophorum dubium, типичным для вторичных лесов, либо cedrela fissilis, типичным для климаксного леса.

Проросткам давали развиваться в почве 90 дней, после чего измеряли высоту, сухую массу и удлинение корней. Ученые также оценили изменения pH почвы, текстуры и концентрации органических веществ, калия, кальция, магния, алюминия, серы, бора, меди, железа и цинка в ходе эксперимента. Кроме того, они изучили микробное разнообразие среды.

Питательное богатство

В начале исследования образцы терра прета показывали повышенное количество питательных веществ, по сравнению с контрольной почвой. Например, содержание фосфора оказалось больше в 30, а каждого из других измеренных веществ, кроме марганца — в три-пять раз. Черная земля также имела более высокий pH и содержала больше песка и ила, но меньше глины. После эксперимента же в образцах было меньше питательных веществ, чем в начале, что отражало поглощение растениями, но почвы на 100% состоявшие из терра прета оставались более богатыми, чем контрольные. В то же время уровни питательных веществ в образцах с 20% черной земли были промежуточными.

На протяжении всего эксперимента почвы с 20% или 100% терра прета поддерживали большее биоразнообразие бактерий и архей, чем контрольные.

"Микробы превращают химические частицы земли в питательные вещества, которые могут усваиваться растениями. Наши данные показали, что терра прета содержит микроорганизмы, которые лучше справляются с такой трансформацией почвы. Это обеспечивает больше ресурсов для развития растений, — говорит соавтор исследования Андерсон Сантос де Фрейтас. — Например, образцы терра прета содержали более полезные таксоны бактериальных семейств Paenibacillaceae, Planococcaceae, Micromonosporaceae и Hyphomicroblaceae".

Ускоренный рост

Результаты эксперимента показали, что добавление черной земли в почву улучшает рост и развитие растений. Например, сухая масса травы увеличилась в 3,4 раза при 20% и в 8,1 раза при 100% терра прета по сравнению с контрольной почвой. Добавление амазонской земли также стимулировало рост трех видов деревьев: сеянцы cedro blanco и P. dubium были в 2,1 и 5,2 раза выше при 20% и в 3,2 и 6,3 раза выше при 100% черной земли по сравнению с контрольными. Cecropia pachystachya не росла в контрольных почвах или при 20%, но процветала в 100% терра прета.

В то же время старший автор исследования, доктор Сиу Муи Цай предупреждает: "Черная земля накапливалась тысячи лет, и столько же времени потребуется для восстановления в природе, если ее использовать. Наши рекомендации заключаются не в том, чтобы использовать саму терра прета, а в том, чтобы копировать характеристики, особенно микроорганизмы, для использования в будущих проектах по восстановлению окружающей среды".

 Результаты опубликованы в Frontiers in Soil Science.