テラ・プレタ

テラ・プレタ（ポルトガル語発音: [ˈtɛʁɐ ˈpɾetɐ]、文字通り「黒い土」を意味する）は、アマゾンの暗色土またはインドの黒土としても知られ、アマゾン川流域で発見された非常に暗く肥沃な人為起源土壌（アントロソル）。ポルトガル語での正式名称はterra preta do índioまたはterra preta de índio （「インディアンの黒土」、「インディアンの黒い土」）である。Terra mulata（「ムラートの土」）は、より明るい色または茶色がかった色である。 [ 1 ]

白い矢印で示された木炭片が付いた自家製テラプレタ

テラ・プレタの特徴的な黒色は、風化した木炭の成分によるもので[ 2 ]、肥沃度の低いアマゾンの土壌に木炭、骨、陶器の破片、堆肥、肥料を混ぜて作られます。アマゾンの先住民による土壌管理と焼畑農業の産物であるこの木炭は[ 3 ]、安定しており、数千年も土壌に留まり、ミネラルや栄養素を結合・保持します。[ 4 ] [ 5 ]

テラ・プレタは、低温で生成された木炭の残渣が高濃度に存在すること、[ 2 ]、大量の小さな陶器の破片が存在すること、植物残渣、動物の排泄物、魚や動物の骨、その他の有機物が存在すること、窒素、リン、カルシウム、亜鉛、マンガンなどの栄養素が含まれていることが特徴です。[ 6 ]テラ・プレタのような肥沃な土壌は、特定の生態系内で微生物の活動が活発で、他の特定の特性も示しています。

テラ・プレタ地帯は、一般的にテラ・コムム（[ˈtɛʁɐ koˈmũ, ku-]）、つまり「共通土壌」に囲まれています。これらは不毛な土壌で、主にアクリソル[ 6 ]ですが、フェラルソルやアレノソル[ 7 ]も含まれます。アマゾンの森林伐採された耕作地は、栄養素が消費されるか、雨や洪水によって浸出するまでの短期間は生産性があります。そのため、農民は焼けていない地域に移住し、そこを（火で）開墾せざるを得ません。[ 8 ] [ 9 ]テラ・プレタは、木炭、微生物、有機物が豊富に含まれているため、栄養素の浸出が起こりにくいです。この組み合わせにより、栄養素、ミネラル、微生物が蓄積され、浸出に耐えます。

テラ・プレタ土壌は、紀元前450年から紀元後950年の間に農業共同体によって形成されました。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]土壌の深さは2メートル（6.6フィート）に達することもあります。年間1センチメートル（0.4インチ）の速度で再生すると報告されています。[ 13 ]

歴史

初期の理論

アマゾンの暗黒土の起源は、後世の入植者たちにはすぐには理解できませんでした。アンデス山脈の火山灰の降下によって生じたという説があります。これは、暗黒土が高台にある段丘の稜線上に多く見られるためです。また、第三紀の湖沼や最近の池における堆積作用によって形成されたとする説もあります。

人為的ルーツ

木炭含有量が高く、土器の残骸が多く見られる土壌は、食事の調理や火の残り、動物や魚の骨、割れた陶器などが堆積し、居住区の近くに偶然形成されることがあります。テラ・プレタの土壌構造の多くは、台所の貝塚の下で形成されたと考えられていますが、より大規模に意図的に製造されたことも考えられます。[ 14 ] [ 15 ]居住区周辺の農耕地はテラ・ムラタ と呼ばれています。テラ・ムラタの土壌は周囲の土壌よりも肥沃ですが、テラ・プレタほど肥沃ではなく、木炭を使って意図的に改良された可能性が高いです。

このタイプの土壌は、紀元前450年から紀元950年の間にアマゾン川流域の各地の遺跡で出現しました。[ 12 ]最近の研究では、テラ・プレタは自然起源である可能性があり、コロンブス以前の人々が、肥沃度の低い地域に点在する既存の肥沃な土壌を意図的に利用し、改良していたことが示唆されています。[ 16 ]

アマゾニア

アマゾンの人々は、複雑で大規模な社会構造を形成し、首長制（特に河川間地域）や大規模な町や都市さえも形成しました。[ 17 ]例えば、マラジョ島の文化は社会階層を発達させ、10万人の人口を支えていた可能性があります。アマゾンの人々は、土地を大規模農業に適したものにするために、テラ・プレタ（土壤）を利用した可能性があります。 [ 18 ]

スペインの探検家フランシスコ・デ・オレリャーナは、16世紀にアマゾン川を横断した最初のヨーロッパ人でした。彼は川沿いに数百キロメートルにわたって人口密度の高い地域が広がっていたと報告しており、当時の人口レベルは現在のそれをも上回っていたことを示唆しています。オレリャーナは開発レベルを誇張していた可能性がありますが、これには異論があります。彼の主張を裏付ける証拠として、西暦0年から1250年の間に発見された地上絵とテラ・プレタがあります。[ 19 ] [ 20 ]これらの人々は地上絵以外には永続的な記念碑を残していません。これはおそらく、石材が入手できず、湿気の多い気候で腐ってしまう木材で建物を建てたためでしょう。

この文明は、その規模に関わらず、16世紀と17世紀の人口減少の後、ヨーロッパからもたらされた天然痘[ 20 ]やバンデランテによる奴隷略奪[ 21 ]などの疫病によって消滅した。定住農耕民は再び遊牧民となったが、定住した祖先の特定の伝統は依然として維持されていた。彼らの半遊牧民的な子孫は、先住民の部族社会の中で、世襲制でありながら土地を持たない貴族制という特徴を有している。これは、定住農耕文化を持たない社会としては歴史的な異例である。

さらに、多くの先住民は植民地主義から逃れるために、より移動性の高い生活様式へと適応しました。このため、テラ・プレタの自己再生能力といった利点は魅力を薄れてしまった可能性があります。農民は移住するにつれて、再生した土壌を耕作することができなかったでしょう。焼畑農業は、こうした状況への適応策だったのかもしれません。ヨーロッパ人が到着してから350年間、この盆地のポルトガル領地域は手つかずのままでした。

位置

テラ・プレタ土壌は主にブラジルのアマゾンに分布し、ソムブロークら[ 22 ]は、その面積はアマゾンの低森林地帯の少なくとも0.1～0.3％、6,300～18,900平方キロメートル（2,400～7,300平方マイル）に及ぶと推定している。[ 1 ]しかし、この面積は10％以上（イギリスの面積の2倍）と推定する研究者もいる。[ 13 ] [ 23 ]最近のモデルに基づく予測では、テラ・プレタ土壌の範囲は森林の3.2％に達する可能性があることが示唆されている。[ 24 ]

テラ・プレタは平均20ヘクタール（49エーカー）の小さな区画に生息していますが、360ヘクタール（890エーカー）近くの地域も報告されています。それらは様々な気候、地質、地形的状況の中で発見されています。[ 1 ]それらの分布は、東アマゾンから中央流域への主要な水路に沿っているか、[ 25 ]または河川間の場所（主に円形またはレンズ状）にあり、平均約1.4ヘクタール（3.5エーカー）のより小さな規模で存在しています（アマゾン流域のテラ・プレタの分布図を参照）。 [ 26 ]サバンナの間に広がる熱帯林は主に人為的である可能性があり、これは世界中の農業と保全に劇的な影響を与える概念です。[ 27 ]

テラ・プレタ遺跡はボリビアのリャノス・デ・モソス、エクアドル、ペルー、フランス領ギアナでも知られており[ 28 ] [ 29 ]、アフリカ大陸ではベナン、リベリア、南アフリカのサバンナでも知られている[ 6 ]。

土壌学

国際土壌分類システムである世界土壌資源参照基準（WRB）では、テラ・プレタはプレティック・アントロソルと呼ばれています。テラ・プレタに変化する前の最も一般的な元の土壌はフェラルソルです。テラ・プレタは、A層の炭素含有量が高いものから非常に高いもの（13～14％を超える有機物）までの範囲ですが、水和変形特性はありません。[ 30 ]テラ・プレタには重要な変異体があります。たとえば、住居に近い庭園には、遠くにある畑よりも多くの栄養分が供給されていました。[ 31 ]アマゾンの暗色土の多様性により、これらすべてが土壌改良のために意図的に作られたものなのか、最も明るい変異体が居住の副産物なのかを明確に判断することはできません。

テラ・プレタが自身の体積を増やす能力、つまりより多くの炭素を固定する能力は、カンザス大学の土壌学者ウィリアム・I・ウッズによって初めて記録されました。 [ 13 ]これはテラ・プレタの最大の謎であり続けています。

テラ・プレタ土壌の形成過程は以下の通りである。 [ 7 ]

  • 木炭の配合
  • 有機物と栄養素の取り込み
  • 土壌中の微生物と動物の増殖

木炭

バイオマスが木炭に変化すると、熱分解炭素または黒色炭素として知られる一連の木炭誘導体が生成されます。その組成は、軽く炭化した有機物から、フリーラジカルの再構成によって形成された黒鉛を多く含んだすす粒子まで様々です。[ 32 ] [ 33 ]すべての種類の炭化物は木炭と呼ばれます。慣例により、木炭は、熱または脱水反応によって変化した天然有機物で、酸素/炭素（O/C）比が60未満であるものと考えられています。[ 32 ]さらに小さい値が提案されています。[ 34 ]土壌からの鉱物や有機物との相互作用の可能性があるため、O/C比の測定のみで木炭を識別することはほぼ不可能です。水素/炭素百分率[ 35 ]またはベンゼンポリカルボン酸などの分子マーカー[ 36 ]が、第2レベルの識別として使用されます。[ 7 ]

先住民は、痩せた土壌に低温炭を投入しました。一部のテラ・プレタでは、最大9%の黒色炭素が測定されています（周囲の土壌では0.5%）。[ 37 ]他の測定では、周囲のフェラルソルの70倍の炭素濃度が測定され、[ 7 ]平均値はおよそ50 Mg/ha/mでした。[ 38 ]

テラ・プレタ土壌の木炭の化学構造は、微生物による分解に対して長期にわたる生物学的・化学的安定性を提供する多縮合芳香族基を特徴とする。また、部分酸化後には最高の栄養保持力を発揮する。 [ 7 ] [ 38 ]低温木炭（草やセルロース含有率の高い材料由来のものを除く）には、バクテリアが消費する生物学的石油凝縮物の内部層があり、微生物の増殖に対する効果はセルロースに似ている。 [ 39 ]高温で炭化するとこの層が消費され、土壌の肥沃度はほとんど増加しない。[ 13 ]凝縮芳香族構造の形成は、木炭の製造方法に依存する。[ 36 ] [ 40 ] [ 41 ]木炭のゆっくりとした酸化によりカルボキシル基が生成され、これが土壌の陽イオン交換容量を増加させる。 [ 42 ] [ 43 ]バイオマスによって生成されるブラックカーボン粒子の核は、数千年を経ても芳香を保ち、新鮮な木炭のスペクトル特性を示す。その核の周囲とブラックカーボン粒子の表面には、粒子の核とは空間的にも構造的にも異なるカルボキシル基とフェノール基を持つ炭素が高濃度に存在する。分子群の分析により、ブラックカーボン粒子自体の酸化と非ブラックカーボンの吸着の両方の証拠が得られる。[ 44 ]

したがって、この木炭はテラ・プレタの持続可能性にとって決定的な役割を果たします。[ 42 ] [ 45 ]フェラルソルに木炭を混ぜると、生産性が大幅に向上します。 [ 25 ]世界的に、農地は集約的な耕作や人為的な被害により、平均50%の炭素を失っています。[ 13 ]

新鮮な木炭は、ビオトープとして機能する前に「充電」する必要があります。[ 46 ]いくつかの実験では、充電されていない木炭は、土壌に初めて投入された際に、その細孔が栄養分で満たされるまで、一時的に利用可能な栄養分が枯渇する可能性があることが示されています。この現象は、木炭を液体栄養剤（尿、植物茶、ミミズ茶など）に2～4週間浸すことで解消されます。[ 47 ]

有機物と栄養素

木炭の多孔性により、有機物、水、溶解した栄養素の保持力が向上し、[ 42 ] [ 48 ]農薬や芳香族多環炭化水素などの汚染物質の保持力も向上します。 [ 49 ]

有機物

木炭が有機分子（および水）を吸収する能力が高いのは、その多孔質構造によるものです。[ 7 ]テラ・プレタの高濃度の木炭は、高濃度の有機物（周囲の痩せた土壌よりも平均で3倍）を支えます。[ 7 ] [ 38 ] [ 43 ] [ 50 ]最大150 g/kg。[ 25 ]有機物は1～2メートル（3フィート3インチ～6フィート7インチ）の深さで見つかります。[ 30 ]

ベクトルトルドは、深さ50センチメートル（20インチ）における有機物含有量が2.0～2.5%を超える土壌にテラ・プレタを使用することを提案している。湿潤な熱帯土壌における有機物の蓄積は、有機物の分解に最適な条件が存在するにもかかわらず、逆説的である。 [ 38 ]このような熱帯条件が広く普及し、鉱化速度が速いにもかかわらず、アントロソルが再生していることは注目に値する。 [ 25 ]有機物の安定性は、主にバイオマスが部分的にしか消費されないためである。[ 38 ]

栄養素

テラ・プレタ土壌は周囲の不毛な土壌に比べて養分量が多く、それらの養分をよりよく保持する。[ 38 ]リンの割合は200～400 mg/kgに達する。[ 51 ]アントロソル中の窒素量も高いが、土壌中の窒素に対する炭素の割合が高いため、その養分は固定化されている。 [ 25 ]

アントロソルは、フェラソルよりもP、Ca、Mn、Znの利用性が高い。利用可能な木炭の量が増えると、植物によるP、 K、Ca、Zn、Cuの吸収も増加する。施肥なしの2つの作物（イネとササゲ）のバイオマス生産量は、施肥 されたフェラソルで栽培された作物と比較して、38～45%増加した（P < 0.05）。 [ 25 ]

粉砕した木炭の代わりに直径約20ミリメートル（0.79インチ）の木炭片を加えても、マンガン（Mn）の吸収が大幅に増加した以外は結果は変わりませんでした。[ 25 ]

このアントロソルは、栄養素が豊富に存在するにもかかわらず、その浸出が最小限に抑えられており、その結果、高い肥沃度を維持しています。しかしながら、無機栄養素を土壌に施用すると、アントロソルの栄養素の排水性は、施肥されたフェラルソルの排水性を超えます。[ 25 ]

潜在的な栄養源としては、C（光合成経由）とN（生物固定による）のみが土壌中で生成できる。その他の元素（P、K、Ca、Mgなど）はすべて土壌中に存在する必要がある。アマゾンでは、豪雨によって放出された栄養分が洗い流され、自然土壌（フェラルソル、アクリソル、リキソル、アレノソル、キシソルなど）にはそれらの栄養分を供給する鉱物質がないため、自然に利用可能な有機物の分解による栄養分の供給がうまくいかない。これらの土壌に存在する粘土質は、分解によって得られる栄養分のごく一部しか保持できない。テラ・プレタの場合、考えられる栄養源は一次栄養源と二次栄養源のみである。以下の成分が見つかっている。[ 38 ]

pHと塩基の飽和度は周囲の土壌よりも重要です。 [ 51 ] [ 52 ]

微生物と動物

ハヤブサ類ミミズPontoscolex corethrurus（貧毛類：Glossoscolecidae）は木炭を摂取し、それを細かく粉砕して鉱物質土壌と混ぜる。P . corethrurusは土壌中の低有機物含有量にも耐性があるため、アマゾンに広く分布し、特に焼却後の開拓地に多く生息する。 [ 53 ]これはテラ・プレタの生成に不可欠な要素であり、 P. corethrurusが木炭を埋没しやすいように薄く規則的に層状に堆積させるという農業技術と関連している。

一部のアリは新鮮なテラプレタから忌避され、生産後約10日で対照土壌に比べて密度が低くなることが確認された。[ 54 ]

テラ・プレタの作成に関する現代の研究

合成テラプレタ

新しく造られた用語は「合成テラ・プレタ」である。[ 55 ] [ 56 ] STPは、砕いた粘土、血粉と骨粉、厩肥、バイオ炭など、元の材料を複製すると考えられる材料でできた肥料である。 [ 55 ]粒状で、土壌プロファイルを下方に移動させ、実行可能な時間枠内で現在の土壌ペッドと団粒内の土壌肥沃度と炭素を改善することができる。 [ 57 ]このような混合物は、少なくともテラ・ムラタの品質に達する複数の土壌改良をもたらす。血粉、骨粉、鶏糞は、短期的な有機肥料の添加に役立つ。[ 58 ]土壌肥沃度の改善においておそらく最も重要でユニークな部分は炭素であり、4〜1万年前に徐々に取り入れられたと考えられている。[ 59 ]バイオチャールは土壌の酸性度を下げる効果があり、栄養豊富な液体に浸すとゆっくりと栄養素を放出し、その高い多孔性表面積により土壌中の微生物の生息地を提供します。 [ 2 ]

目標は、現代農業に組み込むことができ、経済的に実行可能なプロセスである。平均的な痩せた熱帯土壌は、木炭と凝縮した煙を加えることで、簡単にテラ・プレタ・ノヴァに肥沃化できる。 [ 60 ]テラ・プレタは、現在世界中で起こっている土壌肥沃度の低下とそれに伴う砂漠化を逆転させながら、将来の炭素隔離の重要な手段となる可能性がある。これがより大規模に可能かどうかはまだ証明されていない。アルファルファ（タガサステまたはシチサス・プロリフェルス）は、テラ・プレタを作るのに使用される肥料の木の一種である。これらの土壌を再現する取り組みは、ブラジルのエンブラパなどの企業や他の組織によって進行中である。[ 61 ]ますます多くのスタートアップ企業が、炭素クレジットの販売を通じて南半球でのバイオ炭生産の規模拡大を提案している。例としては、英国外務・英連邦・開発省のグリーン成長ファシリティ（国際気候金融）を通じて支援されているタンザニアのスタートアップ企業 Dark Earth Carbon（DEC）が挙げられる。[ 62 ] [ 63 ]世界中でバイオ炭プロジェクトと炭素クレジットを販売する積極的な取り組みが増えています。[ 64 ]

合成テラ・プレタは、ペルーの高地アマゾンにあるサチャママ生物文化再生センターで生産されています。この地域には多くのテラ・プレタ土壌帯があり、この土壌がアマゾン川流域だけでなく、より高地でも形成されたことを示しています。[ 65 ]

アルフォンス・エドゥアルド・クリーガーは、腐植質、栄養分、吸水性に富んだ土壌を生産するための合成テラプレタ法を開発した。 [ 66 ]

テラ・プレタの衛生

テラ・プレタ（TPS）システムは、尿を転換する乾式トイレにおける乳酸菌の効果と、その後のミミズ堆肥化による処理を利用した代替衛生オプションとして研究されてきた。[ 67 ]

参照

注記

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参考文献

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