Як стародавній ґрунт може сприяти відновленню лісів у всьому світі

Відповідно до дослідження бразильських вчених, опублікованого в журналі Frontiers in Soil Science, додавання в ґрунт амазонського темнозему (ADE) може значно прискорити ріст рослин. ADE, також відомий як terra preta, є високоплідним завдяки багатству поживних речовин і стабільній органічній речовині. Дослідники провели експерименти з ADE і виявили, що додавання його в ґрунт прискорює ріст і розвиток рослин, а також підтримує більшу біорізноманітність бактерій і архей. Дослідження показує, що ADE можна використовувати для прискорення проєктів екологічного відновлення в усьому світі.

Приблизно між 450 р. до н. е. і 950 р. н. е. мільйони індіанців, які проживали в сучасній Амазонії, за допомогою різних процесів змінили спочатку бідний ґрунт. Протягом багатьох поколінь людства ґрунти збагачувалися деревним вугіллям, отриманим від вогню низької інтенсивності для приготування їжі та спалювання сміття, кісток тварин, битої кераміки, компосту та гною. Результатом є амазонська темноземна земля (ADE) або terra preta, надзвичайно родюча, оскільки багата поживними речовинами та стабільною органічною речовиною, отриманою з деревного вугілля, що надає їй чорний колір.

Тепер вчені з Бразилії показують, що ADE може бути «секретною зброєю» для стимулювання лісовідновлення – не лише в Амазонці, де з 1970-х років було втрачено 18%, або приблизно 780 000 км 2, але й у всьому світі. Результати були опубліковані в журналі Frontiers in Soil Science.

«Тут ми показуємо, що використання ADE може посилити ріст пасовищ і дерев завдяки високому вмісту поживних речовин, а також завдяки присутності корисних бактерій і архей у мікробному співтоваристві ґрунту», — сказав спільний провідний автор Луїс Феліпе Загатто, аспірант Центру ядерної енергії в сільському господарстві Університету Сан-Паулу, Бразилія.

«Це означає, що знання «інгредієнтів», які роблять ADE настільки родючими, можна застосувати для прискорення проєктів екологічного відновлення».

Імітація лісовідновлення в мініатюрі

Дослідники провели контрольовані експерименти, щоб імітувати екологічну спадкоємність і зміни в ґрунті, які відбуваються, коли пасовища в обезлісених районах активно відновлюються в ліс. Їхня мета полягала в тому, щоб вивчити, як ADE або, зрештою, ґрунти, з яких мікробіом був штучно складений для їх імітації, можуть прискорити цей процес.

Zagatto та його колеги взяли зразки ADE з експериментальної науково-дослідної станції Caldeirão в бразильському штаті Амазонас, а в якості контрольного – сільськогосподарський ґрунт із Вищої школи сільського господарства Луїса де Кейроза в штаті Сан-Паулу. Вони наповнили кожен із 36 чотирилітрових горщиків 3 кг ґрунту всередині теплиці із середньою температурою 34ºC, щоб передбачити глобальне потепління за нинішню температуру в Амазонії від 22 до 28ºC.

Одна третина горщиків отримувала лише контрольний ґрунт, інша третина – суміш 4:1 контрольного ґрунту та ADE, а ще одна третина – 100% ADE. Щоб імітувати пасовище, вони висадили насіння частокілової трави (Urochloa brizantha), звичайного корму для худоби в Бразилії, у кожен горщик і дали його розсаді рости протягом 60 днів. Потім вони скошують траву і залишають у ґрунті лише її коріння – незайману територію для відновлення лісів у мініатюрі. Потім дослідники пересадили кожен із трьох ґрунтів насінням дерев: або колоніальним видом амбейського гарбуза (Cecropia pachystachya), типовим для вторинних лісів Peltophorum dubium, або кедром білим (Cedrela fissilis), характерний для клімаксового лісу.

Насінню давали можливість прорости, а розсаді рости протягом 90 днів, після чого вимірювали висоту, суху масу та розтягнення коренів. Вчені кількісно оцінили зміни рН ґрунту, структуру та концентрацію органічної речовини, калію, кальцію, магнію, алюмінію, сірки, бору, міді, заліза та цинку протягом експерименту. За допомогою молекулярних методів вони також вимірювали зміни мікробного різноманіття в ґрунті.

Багатий поживними речовинами та корисними мікробами

На початку ADE показали більшу кількість поживних речовин, ніж контрольний ґрунт: наприклад, у 30 разів більше фосфору та в три-п’ять разів більше кожної з інших вимірюваних поживних речовин, окрім марганцю. ADE також мав вищий pH і містив більше піску та мулу, але менше глини. Після експерименту ґрунти містили менше поживних речовин, ніж на початку, що відображає поглинання рослинами, але ґрунти зі 100% ADE залишалися багатшими на них, ніж контрольні ґрунти, тоді як рівні поживних речовин у ґрунтах з 20% ADE були проміжними.

Під час експерименту 20% або 100% ADE ґрунти підтримували більшу біорізноманітність бактерій і архей, ніж контрольні ґрунти.

«Мікроби перетворюють хімічні частинки ґрунту на поживні речовини, які можуть засвоюватися рослинами. Наші дані показали, що ADE містить мікроорганізми, які краще справляються з такою трансформацією ґрунтів, таким чином забезпечуючи більше ресурсів для розвитку рослин», — сказав спільний провідний автор Андерсон Сантос де Фрейтас.

«Наприклад, ґрунти ADE містили більш корисні таксони родин бактерій Paenibacillaceae, Planococcaceae, Micromonosporaceae та Hyphomicroblaceae».

Прискорене зростання

Результати також показали, що додавання ADE в ґрунт покращує ріст і розвиток рослин. Так, наприклад, суха маса трави частокілу була збільшена в 3,4 раза у 20% ADE, і в 8,1 раза в 100% ADE, порівняно з контрольним ґрунтом. Додавання ADE також прискорило ріст трьох видів дерев: саджанці cedro blanco та P. dubium були у 2,1 і 5,2 раза вищими у 20% ADE і в 3,2 і 6,3 раза вищими в 100% ADE порівняно з контрольними ґрунтами. Гарбузове дерево Амбей навіть не росло на контрольних ґрунтах або 20% ADE, але процвітало на 100% ADE.

Дослідники дійшли висновку, що ADE може прискорити ріст рослин. «Наші дані вказують на суміш поживних речовин ґрунту та адаптованих мікроорганізмів [в ADE] для покращення приживлюваності деревних рослин під час відновлення», — написали вони.

Старший автор, доктор Сіу Муй Цай, професор того ж інституту, попередив: «Акумуляції ADE тривали тисячі років, і стільки ж часу знадобилося б для регенерації в природі, якщо її використовувати. Наші рекомендації полягають не у використанні самого ADE, а в тому, щоб скопіювати його характеристики, зокрема його мікроорганізми, для використання в майбутніх проєктах екологічного відновлення».