1. INTRODUZIONE 1.1 Il suolo

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1 1. INTRODUZIONE 1.1 Il suolo Una definizione di suolo breve ed esauriente è resa difficile dalla complessità dei fenomeni che ne caratterizzano la genesi e la molteplicità e varietà di componenti. Il suolo, dove la vita terrestre attinge larga parte dei suoi bisogni e al quale infine restituisce i prodotti delle sue biosintesi, costituisce la più straordinaria officina di trasformazione dove vengono riciclati senza sosta gli elementi che fanno parte del mondo organico e del mondo minerale (Pesson, 1975). Esso risulta composto da tre fasi: solida (composta da sostanze inorganiche ed organiche), liquida (nella quale sono disciolte sostanze di varia natura) e gassosa (Alloway, 1994; Violante, 2002). In un certo senso può essere visto come il punto d incontro tra biosfera, atmosfera e litosfera, nel quale si sintetizzano gli effetti del clima, della costituzione litologica, della morfologia e dell attività biotica, animale e vegetale (Pignatti, 1995). Questa definizione pone l accento sul fatto che il suolo è un sistema aperto, oggetto di continui scambi di materia ed energia con gli altri comparti ambientali, formatisi in seguito a numerosissimi processi chimici, fisici e biologici che, agendo contemporaneamente o in sequenza, hanno operato sinergicamente o in opposizione (Violante, 2002). Assume dunque una posizione centrale nel complesso dinamismo della biosfera. Dall ambiente circostante il suolo ricava energia e acqua, oltre a continui apporti di materia, che trasforma e restituisce alla biosfera nelle forme più utilizzabili. Le varie definizioni specifiche di suolo dipendono dagli ambiti disciplinari in cui esso viene considerato (Violante, 2002): per la chimica agraria, è un sistema disperso plurifasico, costituito dallo strato superficiale roccioso alterato della crosta terrestre le cui fasi concorrono a conferigli la capacità di mantenere la vita vegetale, con possibilità di produzione economica redditizia ; per la scienza del suolo, è il prodotto della trasformazione di sostanze minerali ed organiche operata da fattori ambientali, caratterizzato da specifica organizzazione e morfologia, capace di provvedere allo sviluppo delle piante superiori e, conseguentemente, di assicurare la vita all uomo e agli animali ; per la pedologia, è l insieme dei corpi naturali esistenti sulla superficie terrestre, contenente materia vivente. Il suo limite superiore è rappresentato dall aria o da acque poco profonde ; per l agronomia, è lo strato superficiale della litosfera, permeato di humus e dotato di fertilità. 1

2 La sostanza organica (S.O.) anche se rappresenta percentualmente un valore ridotto rispetto al volume totale di un suolo, svolge un ruolo fondamentale nella sua evoluzione e nel mantenimento della sua fertilità. Ha infatti un ruolo determinante nell'assicurare la buona qualità di un terreno in quanto rappresenta un substrato nutritivo ed energetico per gli organismi del suolo (Schnitzer, 1986; Stevenson, 1994) ed una fonte di nutrienti per le piante, aumenta la capacità di scambio cationico del suolo, influenza la biodegradabilità, la persistenza e la reattività di sostanze xenobiotiche, nonché la chelazione di elementi micronutritivi e la detossificazione da metalli pesanti. Garantisce inoltre una buona struttura del suolo per l'aumento della porosità e della stabilità degli aggregati, che si riflette in buon drenaggio e aerazione, aumento della ritenzione idrica e riduzione dei fenomeni erosivi. Il contenuto di S.O. risulta quindi essere un buon indicatore ambientale in quanto si correla con numerosi aspetti della produttività e della sostenibilità degli agro-ecosistemi e della conservazione dell'ambiente (Smith et al., 2000). La microflora (batteri, attinomiceti e funghi) costituisce la parte più cospicua della biomassa del terreno, sia per quantità sia per funzioni biologiche svolte, quali la degradazione di molti materiali organici e composti che caratterizzano l humus (Hayes e Clapp, 2001; MacCarty, 2001). Questi composti umici presentano una resistenza alla degradazione fisico-chimica elevata, superiore a quella dei composti di partenza. I processi di stabilizzazione di tali sostanze nel suolo non sono ascrivibili solo a proprietà intrinseche, dipendenti dalle caratteristiche molecolari, ma anche alle loro interazioni con le componenti inorganiche che ne possono alterare la degradabilità, oltre che l'accessibilità all'attacco microbico ed enzimatico (Sollins et al., 1996). Tali caratteristiche sono, almeno in parte, attribuibili all'intima associazione di queste molecole con i colloidi del suolo e al loro intrappolamento all'interno degli aggregati (Schnitzer, 1978). I composti umici si legano infatti ai minerali argillosi e le particelle vengono complessate in unità sempre più grandi, strutturando così il terreno e rendendo disponibili i sali minerali, ad esempio nitrati, solfati e fosfati, fondamentali per le piante. 2

3 Figura 1. Rilascio schematico di ioni K(+) da parte di un granulo di concime e successivo assorbimento da parte di un colloide del suolo e di una radice. Il ruolo dei sistemi agricoli rispetto al contenuto di sostanza organica del terreno è stato esaminato utilizzando alcune prove agronomiche di lungo termine localizzate principalmente nel nord Europa e nelle pianure Statunitensi, oltre che dall'utilizzo di modelli matematici (Smith et al., 1997). Parlare in generale di sostanza organica è comunque un concetto troppo limitante, vista la diversa natura e grado di evoluzione dei composti organici del suolo e il loro differente grado di resistenza alla mineralizzazione. Le più recenti ricerche (Six et al, 2002) hanno ormai portato ad individuare differenti pools in cui la S.O. è protetta fisicamente, chimicamente e biochimicamente, in maniera più o meno stabile nel lungo periodo. Accanto alle frazioni stabilizzate esistono le frazioni più labili, non protette, e soggette quindi a rapido turn-over. La determinazione di tali pools e dei meccanismi che portano alla loro formazione risulta fondamentale per poter prevedere i cambiamenti dei sistemi agricoli, dovuti all evoluzione temporale di pratiche colturali globali dell'ecosistema. Per riuscire a determinare inoltre la saturazione dei suoli coltivati in termini di capacità di sequestro, risulta fondamentale lo studio dei meccanismi che determinano la protezione del carbonio organico. Particolarmente importanti sono anche gli studi sulle attività enzimatiche, soprattutto di quelle che partecipano ai cicli biogeochimici degli elementi riguardanti la nutrizione minerale delle piante. Il ricorso al dosaggio di alcune attività enzimatiche è particolarmente utile per studiare l'impatto provocato sul suolo dall`applicazione di fitofarmaci, metalli pesanti, rifiuti urbani, liquami zootecnici, concimi. Le attività biologiche divengono così un potente strumento il cui uso integrato tende a definire la conoscenza globale di un suolo e delle sue dinamiche (Brady e Weil, 2002). Una buona conoscenza dell'evoluzione, della stabilità e delle dinamiche delle componenti organiche dei terreni, quindi, può portare a garantirne la conservazione, nonché a preservare quelle sue stesse 3

4 proprietà che dalla sostanza organica sono fortemente influenzate, contribuendo quindi a garantirne la funzionalità. In ambito internazionale attualmente vi è un rilevante interesse per lo studio dei problemi ambientali, per il controllo delle azioni antropiche e la riduzione dell inquinamento, soprattutto in relazione alle strategie per l abbattimento delle emissioni dei gas serra e agli impegni sottoscritti dai maggiori Paesi industrializzati nell ambito del Protocollo di Kyoto. Ricerche e progetti recenti hanno dimostrato che l'attività agricola può essere di volta in volta serbatoio (sink) o fonte (source) di carbonio, e quindi di gas ad effetto serra in relazione alla trasformazioni di uso del territorio, alla produzione, alle tecniche di conservazione, nonchè alle caratteristiche chimiche e fisiche dei terreni. E' da sottolineare che i programmi di sequestro di gas serra nel settore agricolo risultano economicamente convenienti, in particolare se si inseriscono in una politica più ampia di contenimento delle emissioni a livello nazionale, e determinando inoltre degli effetti postivi in termini di riduzione dell'inquinamento globale e di fenomeni erosivi (McCarl e Schneider, 2001). La perdita di sostanza organica, spesso causa e contemporaneamente conseguenza di processi di erosione, è generalmente associata agli effetti di pratiche agricole intensive, soprattutto se accompagnate dalla concomitante scomparsa dell attività zootecnica e dalla perdita nella biodiversità. Il suolo è dunque una componente chiave degli ecosistemi terrestri, sia naturali sia agricoli, essendo essenziale per la crescita delle piante e per la degradazione ed il riciclo della sostanza organica morta, nonché per la sua interazione con i cicli della materia. Il suolo, come l aria e le acque superficiali e profonde, ha subito un forte deterioramento a causa dell immissione massiccia in natura di prodotti chimici ed industriali avvenuta nel corso del XX secolo. 4

5 1.2 Pratiche agronomiche e rischio ambientale Le pratiche agronomiche e le azioni di degrado hanno un'influenza diretta sui parametri del terreno e qualsiasi agente o fenomeno che limiti l'efficienza del metabolismo degli organismi del suolo danneggia il funzionamento di tutto il sistema. Si afferma più in generale che queste pratiche influenzano la biodiversità. Quest ultima è riferita ad ogni specie di piante, animali e microrganismi che esistono ed interagiscono all'interno di un ecosistema (Vandermeer e Perfecto, 1995), ed è fondamentale per tutte le piante agricole. E risaputo che i microrganismi e le loro interazioni possono guidare le funzioni dell ecosistema, siano queste la sua diversità, la produttività o la variabilità della popolazione vegetale (Van der Heijden et al., 1998). I funghi micorrizici in particolare, che rappresentano un collegamento diretto tra le piante e il suolo, sono il fattore che maggiormente contribuisce a mantenere la funzionalità dell ecosistema (Vallino et al., 2006). Le sottili ife del fungo immobilizzano efficacemente l acqua e i nutrienti quali il fosforo, l azoto, il potassio, il calcio, il ferro ed il rame delle particelle del suolo, e questi nutrienti vengono trasferiti alla pianta ospite (Smith e Read, 1997; Ouziad et al., 2005). Le piante micorrizate generalmente sono più resistenti agli stress causati dalla siccità, dalla salinità, dai metalli pesanti o dagli attacchi da parte di patogeni (Jordan et al., 2000; Berta et al., 2005). Sembra che l influenza dei funghi micorrizici arbuscolari (AM) decresca al crescere della disponibilità di nutrienti e della produttività (Colpaert, 2003). Nei sistemi agricoli, la biodiversità compie servizi all intero ecosistema, influenzando così diversi fattori. Gli esempi includono: riciclaggio di nutrienti, controlli di microclima locale, regolamentazione di processi idrologici e locali, regolamentazione dell'abbondanza di organismi indesiderabili e disintossicazione di prodotti chimici nocivi. Questi processi di rinnovamento e servizi di ecosistema sono biologici, perciò la loro persistenza dipende dal mantenimento della diversità biologica (Altieri, 1999). 5