Wie uralter Boden die Wiederherstellung von Wäldern auf der ganzen Welt vorantreiben kann

Das Hinzufügen von Amazonas-Dunkelerde zu Böden fördert das Pflanzenwachstum, zeigt eine Studie.

Laut einer Studie brasilianischer Wissenschaftler, die in Frontiers in Soil Science veröffentlicht wurde, kann das Hinzufügen von Amazonian Dark Earth (ADE) zu Böden das Pflanzenwachstum erheblich steigern. ADE, auch bekannt als Terra Preta, ist aufgrund seines Reichtums an Nährstoffen und stabilen organischen Stoffen sehr fruchtbar. Die Forscher führten Experimente mit ADE durch und stellten fest, dass die Zugabe zum Boden das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen förderte und eine größere Artenvielfalt von Bakterien und Archaeen unterstützte. Die Studie legt nahe, dass ADE genutzt werden könnte, um ökologische Sanierungsprojekte auf der ganzen Welt zu beschleunigen.

Zwischen etwa 450 v. Chr. und 950 n. Chr. verwandelten Millionen von Indianern, die im heutigen Amazonien lebten, den ursprünglich kargen Boden durch verschiedene Prozesse. Über viele Menschengenerationen hinweg wurden Böden mit Holzkohle aus ihren schwachen Feuern zum Kochen und Verbrennen von Abfällen, Tierknochen, Tonscherben, Kompost und Mist angereichert. Das Ergebnis ist Amazonian Dark Earth (ADE) bzw Terra Pretaaußergewöhnlich fruchtbar, weil es reich an Nährstoffen und stabilen organischen Stoffen aus Holzkohle ist, die ihm seine schwarze Farbe verleiht.

Jetzt zeigen Wissenschaftler aus Brasilien, dass ADE eine „Geheimwaffe“ sein könnte, um die Wiederaufforstung anzukurbeln – nicht nur im Amazonasgebiet, wo 18 % oder etwa 780.000 km² liegen² ist seit den 1970er Jahren verloren gegangen – aber auf der ganzen Welt. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen in der Bodenkunde.

„Hier zeigen wir, dass die Verwendung von ADEs das Wachstum von Weiden und Bäumen aufgrund ihres hohen Nährstoffgehalts sowie des Vorhandenseins nützlicher Bakterien und Archaeen in der mikrobiellen Gemeinschaft des Bodens fördern kann“, sagte der gemeinsame Hauptautor Luís Felipe Zagatto , ein Doktorand am Zentrum für Kernenergie in der Landwirtschaft der Universität São Paulo, Brasilien.

„Das bedeutet, dass das Wissen über die ‚Zutaten‘, die ADEs so fruchtbar machen, dazu beitragen könnte, ökologische Sanierungsprojekte zu beschleunigen.“

Endgültige Vasen für Cedrela fissilis zeigen Unterschiede im Wuchs je nach Boden. Von links nach rechts: 100 % ADE, 20 % ADE, Kontrollboden. Bildnachweis: Luís Felipe Guandalin Zagatto

Wiederaufforstung im Miniaturformat nachahmen

Die Forscher führten kontrollierte Experimente durch, um die ökologische Sukzession und die Veränderungen des Bodens nachzuahmen, die auftreten, wenn Weiden in abgeholzten Gebieten aktiv wieder in Wald umgewandelt werden. Ihr Ziel war es, zu untersuchen, wie ADEs oder letztendlich Böden, aus denen das Mikrobiom künstlich zusammengesetzt wurde, um sie zu imitieren, diesen Prozess ankurbeln können.

Zagatto und Kollegen nahmen ADE-Proben von der Caldeirão Experimental Research Station im brasilianischen Bundesstaat Amazonas und als Kontrolle landwirtschaftlichen Boden von der Luiz de Queiróz Superior School of Agriculture im Bundesstaat São Paulo. Sie füllten jeden der 36 Vier-Liter-Töpfe mit 3 kg Erde in einem Gewächshaus mit einer Durchschnittstemperatur von 34 ° C, um eine globale Erwärmung über die derzeitigen Temperaturen in Amazonien zwischen 22 und 28 ° C hinaus zu antizipieren.

Endgültige Vasen für Cecropia pachystachya zeigen Unterschiede im Wuchs je nach Boden. Von links nach rechts: 100 % ADE, 20 % ADE, Kontrollboden. Bildnachweis: Luís Felipe Guandalin Zagatto

Ein Drittel der Töpfe erhielt nur Kontrollerde, ein weiteres Drittel eine 4:1-Mischung aus Kontrollerde und ADE und ein weiteres Drittel 100 % ADE. Um Weiden nachzuahmen, pflanzten sie Samen von Palisadengras (Urochloa brizantha), übliches Viehfutter in Brasilien, in jeden Topf und ließ seine Sämlinge 60 Tage lang wachsen. Dann mähen sie das Gras und lassen nur noch die Wurzeln im Boden – Neuland für die Wiederaufforstung im Kleinen. Die Forscher bepflanzten dann jeden der drei Böden mit Baumsamen neu: entweder mit der Besiedelung[{” attribute=””>species Ambay pumpwood (Cecropia pachystachya), with Peltophorum dubium typical of secondary forests, or with cedro blanco (Cedrela fissilis), typical of climax forest.

The seeds were allowed to germinate, and the seedlings to grow for 90 days, after which the height, dry mass, and extension of the roots were measured. The scientists quantified changes in the soil’s pH, texture, and concentration of organic matter, potassium, calcium, magnesium, aluminum, sulfur, boron, copper, iron, and zinc over the course of the experiment. With molecular methods, they also measured changes in microbial diversity in the soil.

Final vases for Peltophorum dubium show differences in growth depending on soil. From left to right: 100% ADE, 20% ADE, Control soil. Credit: Luís Felipe Guandalin Zagatto

Rich in nutrients and beneficial microbes

At the start, ADEs showed greater amounts of nutrients than control soil: for example, 30 times more phosphorus and three to five times more of each of the other measured nutrients, except manganese. ADE also had a higher pH and contained more sand and silt, but less clay. After the experiment, soils contained fewer nutrients than at the start, reflecting take-up by the plants, but 100% ADE soils remained richer in these than control soils, while nutrient levels were intermediate in 20% ADE soils.

Throughout the experiment, 20% or 100% ADE soils supported a greater biodiversity of bacteria and archaea than control soils.

“Microbes transform chemical soil particles into nutrients that can be taken up by plants. Our data showed that ADE contains microorganisms that are better at this transformation of soils, thus providing more resources for plant development,” said joint lead author Anderson Santos de Freitas.

“For example, ADE soils contained more beneficial taxa of the bacterial families Paenibacillaceae, Planococcaceae, Micromonosporaceae, and Hyphomicroblaceae.”

Growth boosted

The results also showed that adding ADE to soil improved the growth and development of plants. For example, the dry mass of palisade grass was increased 3.4 times in 20% ADE, and 8.1 times in 100% ADE, compared to in control soil. The addition of ADE also boosted the growth of the three tree species: seedlings of cedro blanco and P. dubium were 2.1 and 5.2 times taller in 20% ADE, and 3.2 and 6.3 times taller in 100% ADE, compared to in control soils. Ambay pumpwood didn’t even grow in control soils or 20% ADE, but thrived in 100% ADE.

The researchers concluded that ADE can boost plant growth. “Our data point to a mixture of soil nutrients and adapted microorganisms [in ADE] um die Etablierung von Pflanzenbäumen in der Restaurierung zu verbessern“, schrieben sie.

Leitender Autor Dr. Siu Mui Tsai, Professor am selben Institut, warnte: „ADE hat Tausende von Jahren gebraucht, um sich anzusammeln, und würde genauso lange brauchen, um sich in der Natur zu regenerieren, wenn es verwendet wird. Unsere Empfehlung ist, ADE nicht selbst zu verwenden, sondern seine Eigenschaften, insbesondere seine Mikroorganismen, für die Verwendung in zukünftigen ökologischen Sanierungsprojekten zu kopieren.“

Referenz: „Amazonische dunkle Erden fördern die Etablierung von Baumarten bei der ökologischen Wiederherstellung von Wäldern“ von Anderson Santos de Freitas, Luís Felipe Guandalin Zagatto, Gabriel Silvestre Rocha, Franciele Muchalak, Solange dos Santos Silva, Aleksander Westphal Muniz, Rogério Eiji Hanada und Siu Mui Sai, 5. Mai 2023, Grenzen in der Bodenkunde.
DOI: 10.3389/fsoil.2023.1161627

Finanzierung: São Paulo Research Foundation, Brasilianischer Nationalrat für wissenschaftliche und technologische Entwicklung, Koordination für die Verbesserung des Hochschulpersonals – Brasilien