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 dunkle Amazonaserde (ADE) oder Terra Preta, außergewöhnlich fruchtbar, weil sie reich an Nährstoffen und stabilen organischen Stoffen ist, die aus Holzkohle gewonnen werden, was ihr ihre schwarze Farbe verleiht.
Jetzt zeigen Wissenschaftler aus Brasilien, dass ADE eine „Geheimwaffe“ sein könnte, um die Wiederaufforstung anzukurbeln – nicht nur im Amazonas, wo seit den 1970er Jahren 18 % oder etwa 780.000 km2 verloren gegangen sind – sondern auf der ganzen Welt. Die Ergebnisse werden in 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.“
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.
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), einem in Brasilien üblichen Viehfutter, in jeden Topf und ließen die Sämlinge 60 Tage lang wachsen. Dann mähen sie das Gras und lassen nur die Wurzeln im Boden – unberührtes Terrain für die Wiederaufforstung im Kleinen. Anschließend bepflanzten die Forscher jeden der drei Böden mit Baumsamen neu: entweder mit der kolonisierenden Art Ambay-Kürbiskraut (Cecropia pachystachya), mit dem für Sekundärwälder typischen Peltophorum dubium oder mit dem für Klimaxwald typischen Cedro blanco (Cedrela fissilis).
Man ließ die Samen keimen und die Sämlinge 90 Tage lang wachsen, wonach die Höhe, Trockenmasse und Ausdehnung der Wurzeln gemessen wurden. Die Wissenschaftler quantifizierten im Laufe des Experiments Veränderungen des pH-Werts, der Textur und der Konzentration von organischem Material, Kalium, Kalzium, Magnesium, Aluminium, Schwefel, Bor, Kupfer, Eisen und Zink im Boden. Mit molekularen Methoden maßen sie auch Veränderungen der mikrobiellen Vielfalt im Boden.
Reich an Nährstoffen und nützlichen Mikroben
Zu Beginn zeigten ADEs größere Mengen an Nährstoffen als Kontrollboden: zum Beispiel 30-mal mehr Phosphor und drei- bis fünfmal mehr von jedem der anderen gemessenen Nährstoffe, außer Mangan. ADE hatte auch einen höheren pH-Wert und enthielt mehr Sand und Schlick, aber weniger Ton. Nach dem Experiment enthielten die Böden weniger Nährstoffe als zu Beginn, was die Aufnahme durch die Pflanzen widerspiegelt, aber 100 % ADE-Böden blieben reicher an diesen als Kontrollböden, während die Nährstoffgehalte in 20 % ADE-Böden dazwischen lagen.
Während des gesamten Experiments unterstützten 20 % oder 100 % ADE-Böden eine größere Biodiversität von Bakterien und Archaea als Kontrollböden.
„Mikroben wandeln chemische Bodenpartikel in Nährstoffe um, die von Pflanzen aufgenommen werden können. Unsere Daten zeigten, dass ADE Mikroorganismen enthält, die bei dieser Umwandlung von Böden besser sind und somit mehr Ressourcen für die Pflanzenentwicklung bereitstellen“, sagte der gemeinsame Hauptautor Anderson Santos de Freitas.
„Zum Beispiel enthielten ADE-Böden nützlichere Taxa der Bakterienfamilien Paenibacillaceae, Planococcaceae, Micromonosporaceae und Hyphomicroblaceae.“
Wachstum angekurbelt
Die Ergebnisse zeigten auch, dass die Zugabe von ADE zum Boden das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen verbesserte. Beispielsweise war die Trockenmasse von Palisadengras in 20 % ADE um das 3,4-fache und in 100 % ADE um das 8,1-fache im Vergleich zu Kontrollerde erhöht. Die Zugabe von ADE förderte auch das Wachstum der drei Baumarten: Sämlinge von Cedro Blanco und P. dubium waren 2,1- und 5,2-mal höher in 20 % ADE und 3,2- und 6,3-mal höher in 100 % ADE im Vergleich zu Kontrollerden. Ambay Pumpwood wuchs nicht einmal in Kontrollerden oder 20 % ADE, sondern gedieh in 100 % ADE.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass ADE das Pflanzenwachstum fördern kann. „Unsere Daten deuten auf eine Mischung aus Bodennährstoffen und angepassten Mikroorganismen hin [in ADE] um die Etablierung von Pflanzenbäumen in der Restaurierung zu verbessern“, schrieben sie.
Der leitende 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 Empfehlungen sind nicht, ADE selbst zu verwenden, aber sondern seine Eigenschaften, insbesondere seine Mikroorganismen, zur Verwendung in zukünftigen ökologischen Sanierungsprojekten zu kopieren.“
Mehr Informationen:
Luís Felipe Zagatto et al. Amazonas-Dunkelerden fördern die Etablierung von Baumarten in der forstökologischen Wiederherstellung, Grenzen in der Bodenkunde (2023). DOI: 10.3389/fsoil.2023.1161627