亞馬遜地區腳下的秘密

在大約公元前450年到公元前950年之間，生活在今天亞馬遜地區的數百萬美洲印第安人通過各種過程改造了原本貧瘠的土壤。經過許多代人的努力，土壤被他們用于做飯和焚燒垃圾、動物骨頭、碎陶器、堆肥和糞便的低強度火炭所富集。其結果是亞馬遜黑土（ADE），又名terra preta特別肥沃，因為富含來自木炭的營養和穩定的有機物，這使其呈現黑色。

現在，來自巴西的科學家表明，ADE可以成為促進重新造林的"秘密武器"--不僅是在亞馬遜地區，那里自20世紀70年代以來已經損失了18%或大約78萬平方公里--而且在全世界。這些結果發表在《土壤科學前沿》雜志上。

聯合第一作者、巴西圣保羅大學農業核能中心的研究生Luís Felipe Zagatto說："這里我們表明，由于ADE的高營養水平，以及土壤微生物群落中有益細菌和古細菌的存在，使用ADE可以促進牧草和樹木的生長。這意味著關于使ADE非常肥沃的'成分'的知識可以應用于幫助加速生態恢復項目"。

研究人員進行了受控實驗，以模仿生態演替和土壤的變化，這些變化發生在被砍伐地區的牧場被積極恢復為森林的時候。他們的目的是研究ADEs，或者最終微生物組被人為地組成以模仿它們的土壤，如何能夠促進這一過程。

Zagatto及其同事從巴西亞馬遜州的Caldeir?o實驗研究站采集了ADE樣本，并將圣保羅州的Luiz de Queiróz高級農業學校的農業土壤作為對照。他們在一個平均溫度為34oC的溫室內，將36個4升的花盆裝滿了3公斤的土壤，以預期全球變暖，超過亞馬遜地區目前22至28oC的溫度。

深裂號角樹花瓶實驗顯示出生長的差異取決于土壤。從左到右：100% ADE, 20% ADE, 控制土壤。資料來源：Luís Felipe Guandalin Zagatto

三分之一的花盆只接受對照土壤，另三分之一是對照土壤和ADE的4:1混合物，還有三分之一是100% ADE。為了模仿牧場，他們在每個花盆中種植了巴西常見的牲畜飼料棕櫚草（Urochloa brizantha）的種子，讓其幼苗生長60天。然后他們把草割掉，只讓它的根留在土壤里--這就是微縮版的重新造林的處女地。然后，研究人員在這三種土壤中的每一種都重新種上了樹的種子：或者種上入侵物種Ambay pumpwood（Cecropia pachystachya），或者種上Peltophorum dubium以及cedro blanco（Cedrela fissilis）。

讓種子發芽，幼苗生長90天，然后測量其高度、干重和根系的延伸。在實驗過程中，科學家們量化了土壤的pH值、質地和有機物、鉀、鈣、鎂、鋁、硫、硼、銅、鐵和鋅的濃度變化。通過分子方法，他們還測量了土壤中微生物多樣性的變化。劈裂洋椿的花瓶實驗顯示出生長的差異取決于土壤。從左到右：100% ADE，20% ADE，控制土壤。資料來源：Luís Felipe Guandalin Zagatto

在開始時，ADE顯示出比對照土壤更多的營養物質：例如，30倍的磷和3到5倍的其他測量營養物質，除了錳。ADE還具有更高的pH值，含有更多的沙子和淤泥，但粘土較少。實驗結束后，土壤中的養分含量比開始時少，反映了植物的吸收情況，但100% ADE土壤的養分含量仍然比對照土壤豐富，而20% ADE土壤的養分含量處于中間水平。

在整個實驗過程中，20%或100% ADE土壤比對照土壤支持更多的細菌和古細菌的生物多樣性。

"微生物將化學土壤顆粒轉化為可被植物吸收的營養物質。"聯合第一作者安德森-桑托斯-德-弗雷塔斯說："我們的數據顯示，ADE含有的微生物更擅長這種土壤轉化，從而為植物發展提供更多的資源。例如，ADE土壤含有更多有益的細菌家族Paenibacillaceae、Planococcaceae、Micromonosporaceae和Hyphomicroblaceae的分類群"。

研究結果還顯示，在土壤中添加ADE可以改善植物的生長和發育。例如，與對照土壤相比，棕櫚草的干質量在20% ADE中增加了3.4倍，在100% ADE中增加了8.1倍。ADE的添加也促進了三種樹種的生長：與對照土壤相比，在20% ADE中，白雪松和P. dubium的幼苗分別高了2.1和5.2倍，在100% ADE中分別高了3.2和6.3倍。深裂號角樹在對照土壤或20% ADE中甚至沒有生長，但在100% ADE中卻很茁壯。

研究人員得出結論，ADE可以促進植物生長。他們寫道："我們的數據表明，土壤養分和適應性微生物的混合物[在ADE中]可以改善植物樹木在修復中的建立。"

高級作者、同一研究所的教授Siu Mui Tsai博士告誡說："ADE經過數千年的積累，如果使用，也需要同樣的時間在自然界中再生。我們的建議不是利用ADE本身，而是復制其特征，特別是其微生物，以用于未來的生態恢復項目"。