Lessons from the Terra Preta de Índios of the Amazon region for the utilisation of charcoal for soil amendment

The potential of charcoal and of partially combusted organic waste to mimic the soil organic matter of the Terras Pretas de Índios (Amazonian Dark Earths) from the Amazon Region is discussed. These materials serve as soil conditioners and as sequesterers of carbon in recalcitrant and in reactive forms. Studies carried out by Brazilian and by international groups have contributed to the emergence of an awareness of the compositions and of the uses of these materials. In this contribution we report on chemical studies that are leading to the development of a scientific and technological awareness, and of innovations that will have value in finding novel uses in applications to soil of chars from organic wastes such as those from the biofuel industry, and from metallurgical and various coal plant residues.

Lessons from the Terra Preta de Índios of the Amazon region for the utilisation of charcoal for soil amendment.

Neste trabalho faz-se a divulgação do potencial de carvões e resíduos orgânicos parcialmente carbonizados visando obter materiais que mimetizam a matéria orgânica do solo das Terras Pretas de Índio da Amazônia, e que sirvam como condicionadores de solo e seqüestrem carbono de forma recalcitrante e reativa. Pesquisas desenvolvidas por grupos brasileiros e estrangeiros têm contribuído para o entendimento do surgimento e utilização das Terras Pretas de Índio da Amazônia. Aqui são divulgados resultados de estudos químicos no sentido do desenvolvimento do conhecimento científico e tecnológico e de inovação no aproveitamento de subprodutos orgânicos, principalmente de indústrias de biocombustíveis, carvão vegetal metalúrgico e outros, buscando imitar a excelente performance da chamada Terras Pretas de Índio da Amazônia.

The ceramic artifacts in archaeological black earth (terra preta) from lower Amazon region, Brazil: mineralogy

Several archaeological black earth (ABE) sites occur in the Amazon region. They contain fragments of ceramic artifacts, which are very important for the archaeological purpose. In order to improve the archaeological study in the region we carried out a detailed mineralogical and chemical study of the fragments of ceramic artifacts found in the two ABE sites of Cachoeira-Porteira, in the Lower Amazon Region. Their ceramics comprise the following tempers: cauixi, cariapé, sand, sand +feldspars, crushed ceramic and so on and are composed of quartz, clay equivalent material (mainly burned kaolinite), feldspars, hematite, goethite, maghemite, phosphates, anatase, and minerals of Mn and Ba. Cauixi and cariapé, siliceous organic compounds, were found too. The mineralogical composition and the morphology of their grains indicate a saprolite (clayey material rich on quartz) derived from fine-grained felsic igneous rocks or sedimentary rocks as source material for ceramic artifacts, where silica-rich components such cauixi, cariapé and/or sand (feldspar and rock fragments) were intentionally added to them. The high content of (Al,Fe)-phosphates, amorphous to low crystalline, must be product of the contact between the clayey matrix of pottery wall and the hot aqueous solution formed during the daily cooking of animal foods (main source of phosphor). The phosphate crystallization took place during the discharge of the potteries put together with waste of organic material from animal and vegetal origin, and leaving to the formation of the ABE-soil profile.

The ceramic artifacts in archaeological black earth (terra preta) from Lower Amazon Region, Brazil: chemistry and geochemical evolution

This paper carried out a chemical investigation of archaeological ceramic artifacts found in archaeological sites with Black Earth (ABE) in the Lower Amazon Region at Cachoeira-Porteira, State of Pará, Brazil. The ceramic artifacts, mostly of daily use, belong to Konduri culture (from 900 to 400 years BP). They are constituted of SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O and P2O5; SiO2 and Al2O3 together add up to 80 % and indicate influence of acid rocks, transformed into clay minerals basically kaolinite. The relative high contents of P2O5 (2.37 % in average) come out as (Al,Fe)-phosphate, an uncommon fact in primitive red ceramics, but found in some roman and egyptian archaeological sites. The contents of the trace elements are similar or below the Earth's crust average. This chemical composition (except P2O5) detaches saprolite material derived acid igneous rocks or sedimentary ones as the main raw material of the ceramics. The contents of K, Na and Ca represent the feldspars and rock fragments possibly introduced into saprolitic groundmass, indicated by mineralogical studies. The presence of cauixi and cariapé as well as quartz sand was confirmed by optical microscope, SEM analyses and by the high silica contents of ceramic fragments. Phosphorus was possibly incorporated into groundmass during cooking of foods, and ABE soil profile formation developed on yellow Latosols. The raw materials and its tempers (cauixi, or cariapé, feldspar, crushed rocks, old ceramic artifacts and quartz fragments) are found close to the sites and therefore and certainly came from them.

Efeito da fertilidade de terra preta de índio da Amazônia Central no estado nutricional e na produtividade do mamão hawaí (Carica papaya L.)

Com o objetivo de avaliar o efeito da fertilidade de solos antropogênicos no estado nutricional e na produtividade do mamão Havaí (Carica papaya L.), conduziu-se o presente estudo em um plantio, localizado na Costa do Açutuba, Iranduba, AM, em Latossolo Amarelo antrópico em plantas com oito meses de idade e no início da produção de frutos, no período de agosto a outubro de 2003. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com quatro tratamentos e nove repetições, constituídos de uma amostra composta por três plantas e trinta e seis unidades experimentais, sendo os tratamentos Tpn = plantio em terra preta não adubada; Tpa = plantio em terra preta adubada; Tm1 = plantio em terra mulata não adubada; Tm2 = plantio em terra mulata com um ano de pousio. O tratamento que apresentou maior produção foi o Tpa, com média de 61,10 frutos/planta, e o que apresentou menor produção foi o Tpn, com média de 18,18 frutos/planta. A acidez potencial em todos os tratamentos apresentou-se em níveis médios, mesmo com o manejo da fertilidade praticado nos últimos anos. Observou-se um desbalanço nutricional provocado pelos altos teores de P, Ca, Mg e baixo teor de K; todos os tratamentos apresentaram teores de Zn e Mn considerados tóxicos, enquanto que o Fe apresentou níveis adequados.

Fracionamento químico da matéria orgânica e características de ácidos húmicos de solos com horizonte a antrópico da amazônia (Terra Preta)

Os solos da Amazônia que possuem horizonte A antrópico (Au) apresentam elevada fertilidade natural geralmente atribuída ao teor elevado de matéria orgânica e à sua elevada reatividade. Neste estudo foram quantificadas as substâncias húmicas e caracterizados os ácidos húmicos (AH) extraídos da camada 0-20 cm de solos com horizonte Au do estado do Amazonas (Terra Preta de Índio) sob floresta e cultivo agrícola. Também foram investigadas amostras de solos adjacentes sem o horizonte antrópico. A caracterização dos AH foi realizada através de análise termogravimétrica, análise da composição elementar e quantificação dos grupos funcionais (total, carboxílica e fenólica). Os horizontes A de solos antropogênicos apresentaram maior teor de carbono total, comparados aos de solos adjacentes. Entre as frações húmicas, a mais abundante foi a humina. A fração de ácidos húmicos (AH) foi a dominante das frações alcalino-solúveis nos solos estudados. Os AH dos solos antropogênicos tanto sob floresta como sob cultivo agrícola apresentaram maior grau de humificação quando comparados aos AH dos solos sem o horizonte Au. O cultivo agrícola também teve efeito na estabilidade e reatividade dos AH nos solos antropogênicos.

Mineralogia e geoquímica de perfis de solo com Terra Preta Arqueológica de Bom Jesus do Tocantins, sudeste da Amazônia

A comparação de dados morfológicos, mineralógicos e químicos de solo com horizontes antrópicos - Terra Preta Arqueológica (TPA) com Argissolos adjacentes permitiu identificar os principais processos responsáveis pela formação da TPA em um sítio arqueológico no Município de Bom Jesus do Tocantins, sudeste do Estado do Pará. A similaridade entre os dados dos horizontes subsuperficiais do solo com TPA e solos adjacentes indica que o horizonte antrópico do solo TPA foi provavelmente desenvolvido a partir de um horizonte similar aos Argissolos adjacentes com posterior transformação pedogenética através da introdução de materiais orgânicos e inorgânicos por antigas colonizações humanas, resultando no espessamento do horizonte superficial e em concentrações maiores de CaO e P2O5 (teores totais), Zn (teor traço), P e Zn disponível (teores disponíveis), além de Ca e Mg trocáveis (teores trocáveis) em relação aos Argissolos adjacentes. Além disso, essa intervenção antrópica antiga também provocou modificações no horizonte subsuperficial do Argissolo com TPA, como concentrações altas de P2O5 e principalmente P disponível. O Soil Taxonomy e o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SiBCS) são adequados para a identificação de solo com horizonte antrópico (p.exe. TPA), uma vez que priorizam nas ordens do solo os principais processos pedogenéticos atuantes na formação do solo, relacionados aos horizontes subsuperficiais, além das transformações pedogenéticas posteriores no horizonte superficial. Contudo, este trabalho recomenda o acréscimo de alguns atributos diagnósticos como quantidade de artefatos cerâmicos e líticos, P2O5, P e Zn disponíveis, C orgânico, Ca2++ Mg2+ (teores trocáveis), CTC e índice de saturação por bases no horizonte superficial para o agrupamento e distinção dos diversos tipos de solos antrópicos antigos da Amazônia.

Soil organic matter and fertility of anthropogenic dark earths (Terra Preta de Índio) in the Brazilian Amazon basin

Fertility properties, total C (Ctot), and chemical soil organic matter fractions (fulvic acid fraction - FA, humic acid fraction - HA, humin fraction - H) of anthropogenic dark earths (Terra Preta de Índio) of the Amazon basin were compared with those of Ferralsols with no anthropogenic A horizon. Terra Preta soils had a higher fertility (pH: 5.1-5.4; Sum of bases, SB: 8.93-10.33 cmol c kg-1 , CEC: 17.2-17.5 cmol c kg-1 , V: 51-59 %, P: 116-291 mg kg-1) and Ctot (44.6-44.7 g kg-1) than adjacent Ferralsols (pH: 4.4; SB: 2.04 cmol c kg-1, CEC: 9.5 cmol c kg-1, V: 21 %, P 5 mg kg-1, C: 37.9 g kg-1). The C distribution among humic substance fractions (FA, HA, H) in Terra Preta soils was also different, as shown by the ratios HA:FA and EA/H (EA=HA+FA) (2.1-3.0 and 1.06-1.08 for Terra Preta and 1.2 and 0.72 for Ferralsols, respectively). While the cation exchange capacity (CEC), of Ferralsols correlated with FA (r = 0.97), the CEC of Terra Preta correlated with H (r = 0.82). The correlation of the fertility of Terra Preta with the highly stable soil organic matter fraction (H) is highly significant for the development of sustainable soil fertility management models in tropical ecosystems.

Bacterial diversity of terra preta and pristine forest soil from the Western Amazon

The survey presented here describes the bacterial diversity and community structures of a pristine forest soil and an anthropogenic, terra preta from the Western Amazon forest using molecular methods to identify the predominant phylogenetic groups. Bacterial community similarities and species diversity in the two soils were compared using oligonucleotide fingerprint grouping of 16S rRNA gene sequences for 1500 clones (OFRG) and by DNA sequencing. The results showed that both soils had similar bacterial community compositions over a range of phylogenetic distances, among which Acidobacteria were predominant, but that terra preta supported approximately 25% greater species richness. The survey provides the first detailed analysis of the composition and structure of bacterial communities from terra preta anthrosols using noncultured-based molecular methods. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mineralogia e geoquímica de perfis de solo com Terra Preta Arqueológica de Bom Jesus do Tocantins, sudeste da Amazônia

A comparação de dados morfológicos, mineralógicos e químicos de solo com horizontes antrópicos - Terra Preta Arqueológica (TPA) com Argissolos adjacentes permitiu identificar os principais processos responsáveis pela formação da TPA em um sítio arqueológico no Município de Bom Jesus do Tocantins, sudeste do Estado do Pará. A similaridade entre os dados dos horizontes subsuperficiais do solo com TPA e solos adjacentes indica que o horizonte antrópico do solo TPA foi provavelmente desenvolvido a partir de um horizonte similar aos Argissolos adjacentes com posterior transformação pedogenética através da introdução de materiais orgânicos e inorgânicos por antigas colonizações humanas, resultando no espessamento do horizonte superficial e em concentrações maiores de CaO e P₂O₅ (teores totais), Zn (teor traço), P e Zn disponível (teores disponíveis), além de Ca e Mg trocáveis (teores trocáveis) em relação aos Argissolos adjacentes. Além disso, essa intervenção antrópica antiga também provocou modificações no horizonte subsuperficial do Argissolo com TPA, como concentrações altas de P₂O₅ e principalmente P disponível. O Soil Taxonomy e o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SiBCS) são adequados para a identificação de solo com horizonte antrópico (p.exe. TPA), uma vez que priorizam nas ordens do solo os principais processos pedogenéticos atuantes na formação do solo, relacionados aos horizontes subsuperficiais, além das transformações pedogenéticas posteriores no horizonte superficial. Contudo, este trabalho recomenda o acréscimo de alguns atributos diagnósticos como quantidade de artefatos cerâmicos e líticos, P₂O₅, P e Zn disponíveis, C orgânico, Ca²++ Mg²⁺ (teores trocáveis), CTC e índice de saturação por bases no horizonte superficial para o agrupamento e distinção dos diversos tipos de solos antrópicos antigos da Amazônia.

The ceramic artifacts in archaeological black earth (terra preta) from Lower Amazon Region, Brazil: chemistry and geochemical evolution

Neste trabalho realizou-se a caracterização química de fragmentos de artefatos cerâmicos encontrados em sítios arqueológicos com terra preta no Baixo Amazonas (Cachoeira-Porteira, Pará, Brasil), representativos da cultura Konduri (de 900 a 400 anos AP). Esses fragmentos são constituídos de SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, Na₂O e P₂O₅, sendo que SiO₂ e Al₂O₃, juntos, perfazem mais de 80 % em peso. Os teores de P₂O,₅ são relativamente elevados (2,37 % em média) sob a forma de (Al,Fe)-fosfatos, incomuns em cerâmicas vermelhas primitivas, mas encontrados em algumas cerâmicas arqueológicas egípcias e romanas. As concentrações dos elementos traços são comparáveis ou mesmo inferiores ao nível crustal, embora a composição total seja próxima a mesma. A composição química (exceto P₂O₅) em conjunto com os dados mineralógicos e texturais indicam material saprolítico derivado de rochas ígneas félsicas ou rochas sedimentares como matéria-prima das cerâmicas. Os teores de K, Ca e Na mostram que os feldspatos e fragmentos de rochas foram adicionados ao material argiloso, como sugerido pela mineralogia. Os altos teores de sílica respondem pela presença de cauixi, cariapé e/ou areias quartzosas. Fósforo deve ter sido incorporadoà matriz argilosa da cerâmica, quando do cozimento de alimentos nos vasos cerâmicos, e ainda, em parte, durante a formação do perfil de solo tipo ABE sobre Latossolos Amarelos. A matéria prima e os temperos (cauixi, cariapé, rochas trituradas e fragmentos de vasos cerâmicos descartados) encontram-se disponíveis próximos aos sítios até a atualidade, e, portanto foram a área fonte dos mesmos para a confecção dos artefatos cerâmicos.

The ceramic artifacts in archaeological black earth (terra preta) from lower Amazon region, Brazil: Mineralogy

Sítios arqueológicos com Terra Preta, denominados de Terra Preta de Índio ou ainda Terra Preta Arqueológica (TPA) são muito freqüentes na Amazônia. As TPA geralmente contém fragmentos de vasos cerâmicos, por vezes abundantes, além de líticos, que são materiais de grande importância para os estudos arqueológicos. Para consubstanciar esses estudos, realizou-se pesquisas mineralógicas e químicas em fragmentos cerâmicos provenientes de dois sítios arqueológicos da região de Cachoeira-Porteira, Estado do Pará. Os fragmentos foram classificados segundo seus principais temperos em: cauixi, cariapé, areia+feldspatos e caco de vaso cerâmico. Mineralogicamente são compostos de quartzo, minerais de argila calcinados (especialmente caulinita), feldspatos (albita e microclínio), hematita, goethita, maghemita, variscita-estrengita, fosfatos amorfos, anatásio, e raramente apatita, rhabdophana e óxidos de Mn e Ba. Cauixi e cariapé são componentes orgânicos silicosos e amorfos a DRX. A composição mineralógica e a morfologia dos seus grãos indicam saprólito (material argiloso rico em quartzo) derivado de rochas ígneas félsicas de granulação fina ou rochas sedimentares ricas em argilominerais como matéria-prima dos vasos cerâmicos. Neste material argiloso cauixi, cariapé e/ou areias, ricas em sílica, foram intencionalmente adicionados. O elevado conteúdo de fosfatos de Al-Fe, amorfos ou como de baixa cristalinidade, originou-se a partir do contato entre a matriz argilosa da parede do vaso cerâmico com a solução aquosa quente durante o cozimento diário de alimentos de origem animal (principal fonte de fósforo). A cristalização dos fosfatos deve ter prosseguida mesmo depois que os vasos foram descartados, e juntos com os restos de matéria orgânica vegetal e animal incorporaram-se aos solos residuais. Participaram desta forma na formação dos solos tipo TPA.

Densidade e biomassa de minhocas em Terra Preta de Índio no Amazonas utilizando diferentes metodologias de coleta.

O objetivo do trabalho foi avaliar a densidade (D) e a biomassa de minhocas (BM) em Terra Preta de Índio (TPI) nos municípios de Iranduba e Manaus, Amazonas, utilizando diferentes métodos de coleta: extrato de cebola, formol e óleo de mostarda.

Soil amendment and slow release fertilizer preparation from castor meal.

2008