揭开亚马逊地区脚下的秘密：古老的土壤如何促进全球的森林恢复

在大约公元前450年到公元前950年之间，生活在今天亚马逊地区的数百万美洲印第安人通过各种过程改造了原本贫瘠的土壤。经过许多代人的努力，土壤被他们用于做饭和焚烧垃圾、动物骨头、碎陶器、堆肥和粪便的低强度火炭所富集。其结果是亚马逊黑土（ADE），又名terra preta特别肥沃，因为富含来自木炭的营养和稳定的有机物，这使其呈现黑色。

现在，来自巴西的科学家表明，ADE可以成为促进重新造林的"秘密武器"--不仅是在亚马逊地区，那里自20世纪70年代以来已经损失了18%或大约78万平方公里--而且在全世界。这些结果发表在《土壤科学前沿》杂志上。

联合第一作者、巴西圣保罗大学农业核能中心的研究生Luís Felipe Zagatto说："这里我们表明，由于ADE的高营养水平，以及土壤微生物群落中有益细菌和古细菌的存在，使用ADE可以促进牧草和树木的生长。这意味着关于使ADE非常肥沃的'成分'的知识可以应用于帮助加速生态恢复项目"。

Cedrela fissilis的最终花瓶显示了不同土壤的生长差异。从左到右：100% ADE，20% ADE，控制土壤。资料来源：Luís Felipe Guandalin Zagatto

模仿重新造林的缩影

研究人员进行了受控实验，以模仿生态演替和土壤的变化，这些变化发生在被砍伐地区的牧场被积极恢复为森林的时候。他们的目的是研究ADEs，或者最终微生物组被人为地组成以模仿它们的土壤，如何能够促进这一过程。

Zagatto及其同事从巴西亚马逊州的Caldeirão实验研究站采集了ADE样本，并将圣保罗州的Luiz de Queiróz高级农业学校的农业土壤作为对照。他们在一个平均温度为34ºC的温室内，将36个4升的花盆装满了3公斤的土壤，以预期全球变暖，超过亚马逊地区目前22至28ºC的温度。

三分之一的花盆只接受对照土壤，另三分之一是对照土壤和ADE的4:1混合物，还有三分之一是100% ADE。为了模仿牧场，他们在每个花盆中种植了巴西常见的牲畜饲料棕榈草（Urochloa brizantha）的种子，让其幼苗生长60天。然后他们把草割掉，只让它的根留在土壤里--这就是微缩版的重新造林的处女地。然后，研究人员在这三种土壤中的每一种都重新种上了树的种子：或者种上入侵物种Ambay pumpwood（Cecropia pachystachya），或者种上Peltophorum dubium以及cedro blanco（Cedrela fissilis）。

让种子发芽，幼苗生长90天，然后测量其高度、干重和根系的延伸。在实验过程中，科学家们量化了土壤的pH值、质地和有机物、钾、钙、镁、铝、硫、硼、铜、铁和锌的浓度变化。通过分子方法，他们还测量了土壤中微生物多样性的变化。

丰富的营养物质和有益的微生物

在开始时，ADE显示出比对照土壤更多的营养物质：例如，30倍的磷和3到5倍的其他测量营养物质，除了锰。ADE还具有更高的pH值，含有更多的沙子和淤泥，但粘土较少。实验结束后，土壤中的养分含量比开始时少，反映了植物的吸收情况，但100% ADE土壤的养分含量仍然比对照土壤丰富，而20% ADE土壤的养分含量处于中间水平。

在整个实验过程中，20%或100% ADE土壤比对照土壤支持更多的细菌和古细菌的生物多样性。

"微生物将化学土壤颗粒转化为可被植物吸收的营养物质。"联合第一作者安德森-桑托斯-德-弗雷塔斯说："我们的数据显示，ADE含有的微生物更擅长这种土壤转化，从而为植物发展提供更多的资源。例如，ADE土壤含有更多有益的细菌家族Paenibacillaceae、Planococcaceae、Micromonosporaceae和Hyphomicroblaceae的分类群"。

生长得到促进

研究结果还显示，在土壤中添加ADE可以改善植物的生长和发育。例如，与对照土壤相比，棕榈草的干质量在20% ADE中增加了3.4倍，在100% ADE中增加了8.1倍。ADE的添加也促进了三种树种的生长：与对照土壤相比，在20% ADE中，白雪松和P. dubium的幼苗分别高了2.1和5.2倍，在100% ADE中分别高了3.2和6.3倍。深裂号角树在对照土壤或20% ADE中甚至没有生长，但在100% ADE中却很茁壮。

研究人员得出结论，ADE可以促进植物生长。他们写道："我们的数据表明，土壤养分和适应性微生物的混合物[在ADE中]可以改善植物树木在修复中的建立。"

高级作者、同一研究所的教授Siu Mui Tsai博士告诫说："ADE经过数千年的积累，如果使用，也需要同样的时间在自然界中再生。我们的建议不是利用ADE本身，而是复制其特征，特别是其微生物，以用于未来的生态恢复项目"。