Microbioma del suolo: Come può trasformare la tua agricoltura?

Il microbioma del suolo: un ecosistema cruciale per l’agricoltura

L’agricoltura moderna si trova di fronte a sfide sempre maggiori, tra cui la necessità di aumentare la produzione alimentare in modo sostenibile e di ridurre l’impatto ambientale delle pratiche agricole. In questo contesto, lo studio del microbioma del suolo emerge come un’area di ricerca di fondamentale importanza. Il microbioma del suolo, ovvero l’insieme dei microrganismi che vivono nel terreno, svolge un ruolo cruciale nel mantenimento della fertilità del suolo, nella crescita delle piante e nella loro resistenza alle malattie. Comprendere e manipolare il microbioma del suolo può portare a rese superiori, piante più resistenti alle malattie e una maggiore efficienza nell’assorbimento dei nutrienti.

Il suolo è un vero e proprio deposito di vita, al cui interno si trova un numero incredibilmente alto di microrganismi viventi, tutti coinvolti in modo diverso e complementare nelle funzioni essenziali per il mantenimento degli ecosistemi e, in generale, per la vita delle piante. Basti pensare, per esempio, che i microrganismi del suolo sono interessati in funzioni essenziali come la decomposizione della sostanza organica, il ciclo dell’azoto, il ciclo del carbonio e in generale sono coinvolti nel ciclo biogeochimico degli elementi nutritivi. Questa comunità di microrganismi e le interazioni ambientali che essi stabiliscono tra terreno e piante è, appunto, il microbioma del suolo, un elemento importante che influenza la fertilità di un terreno. La fertilità, infatti, non si misura solo da un punto di vista di composizione chimica e fisica ma anche in base alla vitalità del suolo, ossia alla presenza microbiologica.
La biodiversità microbica è un fattore chiave per la salute del suolo. Un suolo ricco di diverse specie di microrganismi è più resiliente agli stress ambientali e più efficiente nel ciclare i nutrienti. Le pratiche agricole intensive, come l’uso di fertilizzanti chimici e pesticidi, possono ridurre la biodiversità del microbioma, rendendo il suolo più vulnerabile e meno produttivo. L’agricoltura biologica, al contrario, promuove la biodiversità del microbioma attraverso l’uso di pratiche sostenibili come la rotazione delle colture, il compostaggio e l’uso di sovesci.

Preservare la salute del suolo nutrendo e anzi aumentando la fertilità della comunità microbica del terreno è importante per aiutare lo sviluppo e la crescita delle piante coltivate ma, in generale, anche per mitigare gli effetti della pressione antropica che le attività agricole, come le lavorazioni, hanno inevitabilmente sulla degradazione della sostanza organica e sulle attività degli organismi del terreno. Mantenere l’equilibrio chimico – fisico e biologico nel suolo è un obiettivo importante, con cui gli agricoltori devono fare i conti se vogliono preservare la ricchezza dei terreni su cui coltivano. Un suolo in equilibrio e ricco di sostanze organiche è in grado di trattenere maggiormente l’umidità, permettendo alla piante di resistere alla carenza idrica. Infatti una buona condizione del microbioma permette una maggiore disponibilità di elementi nutritivi per le piante e le colture e un più facile assorbimento da parte delle radici.

Tecniche avanzate per studiare e manipolare il microbioma

Negli ultimi anni, sono state sviluppate tecniche avanzate per studiare il microbioma del suolo e per manipolarlo a vantaggio dell’agricoltura. La metagenomica, ad esempio, consente di analizzare il DNA di tutti i microrganismi presenti in un campione di suolo, fornendo una visione completa della composizione e della funzionalità del microbioma. Questa tecnica può essere utilizzata per identificare i microrganismi benefici e per monitorare l’impatto delle pratiche agricole sul microbioma.

Col termine “Metagenomica” s’intende l’analisi diretta del DNA totale estratto da un campione ambientale. Quest’analisi ha lo scopo non solo di definire i genomi di tutti gli abitanti microbici di un certo ambiente ma anche le loro funzioni potenziali. La caratterizzazione e l’analisi dei genomi microbici del suolo è, attualmente, l’approccio scientificamente più avanzato per poterne studiare le funzioni e sfruttarne le potenzialità applicative (fertilità, cicli biogeochimici, biorisanamento, produzione di nuovi antibiotici, ecc.). Finora la metagenomica è stata applicata ad ambienti relativamente semplici o particolarmente specializzati (es. acque di mare, apparato gastro-intestinale umano, ecc.); tuttavia lo sviluppo delle nuove tecnologie di sequenziamento (NGS) rende adesso possibile anche il completo sequenziamento del metagenoma del suolo che, da un punto di vista microbiologico, è certamente l’ambiente più complesso.

Oltre alla metagenomica, esistono altre tecniche per manipolare il microbioma del suolo, come l’inoculo di microrganismi benefici, l’uso di ammendanti organici e la pratica della lavorazione conservativa del suolo. L’inoculo di microrganismi benefici consiste nell’aggiunta di microrganismi selezionati al suolo per migliorare la crescita delle piante e la resistenza alle malattie. Gli ammendanti organici, come il compost e il letame, forniscono nutrienti e sostanza organica al suolo, favorendo la crescita dei microrganismi benefici. La lavorazione conservativa del suolo riduce l’erosione e la perdita di sostanza organica, preservando la biodiversità del microbioma.

La conoscenza del metagenoma del suolo aprirà la strada alla comprensione del ruolo dei microrganismi nella funzionalità del suolo stesso e nei suoi processi, nella sua fertilità e sostenibilità, permettendo di affrontare in modo scientifico fenomeni come l’impoverimento e l’erosione del suolo che minacciano vaste aree coltivabili del pianeta. E’, infatti, ampiamente riconosciuto che l’intensificarsi dei processi produttivi in agricoltura ha causato una perdita di biodiversità microbica del suolo e che i maggiori processi di degradazione sono riconducibili ad una drastica riduzione di attività biologica.

Ma per quanto tecnologicamente possibile, il sequenziamento del metagenoma del suolo richiederà comunque uno sforzo scientifico ed economico notevole se si pensa che in un grammo di terreno sono presenti miliardi di microrganismi appartenenti a qualche migliaia di specie diverse. La vera sfida sarà perciò legata più alla capacità di analizzare ed interpretare l’immensa quantità di informazioni contenute nel metagenoma del suolo piuttosto che limitarsi ad estrarlo e a sequenziarlo. Non basta, infatti, procurarsi dei libri e metterli su uno scaffale per conoscere una materia, è necessario leggerli, metterli in ordine e comprenderne il contenuto. E per riuscire a leggere e comprendere il “libro della metagenomica” si deve ricorrere alla bioinformatica. Il sequenziamento del metagenoma è infatti, solo la prima tappa del processo conoscitivo, a cui deve far seguito l’analisi bioinformatica e l’interpretazione dei dati ottenuti. La scienza del suolo ha quindi a disposizione un nuovo e potente strumento d’indagine di cui, in futuro, non potrà più fare a meno.

L’impatto delle pratiche agricole sul microbioma del suolo

Le pratiche agricole hanno un impatto significativo sul microbioma del suolo. L’uso di fertilizzanti chimici e pesticidi può ridurre la biodiversità del microbioma e favorire la crescita di microrganismi dannosi. La lavorazione intensiva del suolo può distruggere la struttura del suolo e ridurre la disponibilità di sostanza organica, danneggiando il microbioma.

La rotazione colturale, l’uso di fertilizzanti organici e di cover crop e la riduzione delle lavorazioni, sono tra le tecniche che possono influenzare positivamente il microbioma del suolo. Sono invece ritenute pratiche potenzialmente dannose per l’equilibrio microbico del suolo le concimazioni chimiche (qualora portino a squilibri nella composizione del terreno), l’uso di agrofarmaci e le lavorazioni intensive.
Come riassumono Bünemann et al., i concimi minerali hanno tendenzialmente effetti diretti limitati sul microbiota del terreno. Indirettamente, però, migliorando la produttività delle colture, le rese e la quantità di residui colturali che permangono nel suolo, possono influenzarne le comunità microbiche. La concimazione azotata può acidificare il ph dei suoli, con potenziali effetti negativi sui microrganismi presenti. Gli ammendamenti organici sono per il microbiota sia una fonte diretta di carbonio sia una fonte indiretta di questo elemento, sempre per questioni di resa delle colture e di residui colturali. Tuttavia, la qualità delle matrici organiche di scarto con cui possono essere prodotti ammendanti e concimi deve essere controllata (si pensi al caso dei compost da RSU), per evitare l’accumulo di sostanze tossiche nel suolo. Erbicidi, fungicidi e insetticidi possono avere diversi effetti sui microrganismi del terreno: basti citare il caso del rame che, a causa del suo potenziale effetto tossico sui microrganismi, in Unione Europea può essere utilizzato con restrizioni sulle dosi.

La sostanza organica aggiunta ai suoli coltivati con lo scopo di migliorarne la fertilità fisica e chimica ha notoriamente effetti anche sulla fertilità biologica, interagendo con l’intera popolazione di microrganismi presenti nel suolo, tanto con quelli benefici quanto con quelli dannosi (patogeni e parassiti). Pertanto, per massimizzare l’efficacia dell’aggiunta di sostanza organica ai suoli coltivati, è necessario comprendere adeguatamente queste interazioni e come esse siano influenzate da altre pratiche agricole, come ad esempio la lavorazione del terreno utilizzata per interrare ammendanti e concimi. Le ricerche condotte sull’interramento della sostanza organica portano a risultati variabili. Per esempio, essa può determinare una riduzione della biomassa fungina e provocare alterazioni anche molto importanti nelle popolazioni di nematodi e protozoi degli strati più superficiali del suolo, mentre i batteri risultano essere molto meno sensibili a questa pratica colturale. Va tuttavia sottolineato, come abbiamo già descritto in questo articolo, che anche la microfauna e la microflora di strati più profondi del terreno hanno un ruolo determinante nei cicli degli elementi nutritivi. E ancora poco studiati sono gi effetti dell’interramento della sostanza organica sul microbiota di questi orizzonti.

Verso un futuro dell’agricoltura basato sulla conoscenza del microbioma

Lo studio del microbioma del suolo rappresenta una vera e propria rivoluzione per l’agricoltura. Comprendere e manipolare il microbioma può portare a rese superiori, piante più resistenti alle malattie e una maggiore efficienza nell’assorbimento dei nutrienti. L’agricoltura biologica, con le sue pratiche sostenibili, rappresenta un modello ideale per promuovere la biodiversità del microbioma e per sfruttare al meglio il suo potenziale. Il sequenziamento del metagenoma è infatti, solo la prima tappa del processo conoscitivo, a cui deve far seguito l’analisi bioinformatica e l’interpretazione dei dati ottenuti. La scienza del suolo ha quindi a disposizione un nuovo e potente strumento d’indagine di cui, in futuro, non potrà più fare a meno.

Analizzando gli effetti di singole pratiche colturali sulla consistenza e la composizione delle comunità microbiche dei suoli, è possibile prendere in considerazione combinazioni di tecniche. Una ricerca di durata decennale condotta a Zurigo a partire dal 2009 su frumento, cui è stato dato il nome di FAST (FarmingSystems and Tillage), ha raccolto dati in due repliche poste l’una accanto all’altra sullo stesso appezzamento, allo scopo di minimizzare le variazioni causate dall’eterogeneità spaziale del suolo. L’esperimento è stato progettato per confrontare la gestione convenzionale (C) e quella biologica (O) accoppiate a diversi regimi di lavorazione del terreno: intensiva (IT), ridotta (RT) e nulla (NT). Le parcelle convenzionali hanno ricevuto fertilizzanti minerali di sintesi, erbicidi, insetticidi e fungicidi e sono state sottoposte a lavorazione intensiva (IT) e non lavorazione (NT, con uso aggiuntivo di glifosato). I sistemi colturali corrispondenti sono stati denominati convenzionale con lavorazione intensiva (C-IT) e convenzionale senza lavorazione (C-NT). Le parcelle biologiche sono state concimate con liquame bovino, non hanno ricevuto agrofarmaci di sintesi e sono state sottoposte a lavorazione intensiva (IT) o ridotta (RT), dando luogo ai sistemi colturali denominati biologico con lavorazione intensiva (O-IT) e biologico con lavorazione ridotta (O-RT). Gli effetti delle diverse combinazioni sistema colturale – intensità di lavorazione sono stati misurati sul microbiota del suolo dell’appezzamento e su quello della rizosfera delle piante di frumento. I risultati hanno dimostrato che le comunità batteriche del suolo sono influenzate principalmente dalla lavorazione del terreno, mentre le comunità fungine variano principalmente in risposta al tipo di gestione, e solo secondariamente in risposta alla lavorazione del terreno. A livello di rizosfera, tuttavia, il tipo di gestione è il fattore che più ha influenzato i batteri, mentre i funghi sono stati generalmente influenzati dalle variazioni dell’intensità della lavorazione del terreno. Dunque, l’adozione di determinate tecniche colturali ha effetti diversi sui microbiota delle due porzioni di terreno.

L’analisi delle reti di co-occorrenza che andando ad analizzare più nel dettaglio il peso dell’influenza delle tecniche agronomiche sulla composizione delle popolazioni microbiche, è emerso che circa il 10% della variazione delle comunità di microrganismi del suolo è spiegata dalle pratiche colturali testate. I microbi più sensibili alle tecniche colturali sono diversificati dal punto di vista tassonomico e includono anche i cosiddetti “membri frequenti” delle comunità ovvero i cosiddetti “membri co-occorrenti”, suggerendo che le pratiche colturali possano consentire di indirizzare la presenza o assenza di tali specie. I microbi che frequentemente co-occorrono con molti altri sono definiti “taxa chiave”, perché possono svolgere un ruolo ecologicamente importante, determinando le dinamiche comunitarie e il funzionamento del microbiota. I membri del microbiota del suolo e delle radici interagiscono direttamente e indirettamente tra loro e uno strumento per comprendere meglio queste potenziali interazioni è l’analisi delle reti di co-occorrenza. Da tempo utilizzate nelle scienze sociali per analizzare le relazioni tra gli esseri umani, le analisi di rete sono state recentemente applicate all’ecologia microbica del suolo, per definire i modelli in base ai quali le comunità microbiche si assemblano, nonché i modelli di risposta di gruppi tassonomici diversi alle tecniche agronomiche, e per identificare i singoli membri del microbiota che influenzano in modo significativo la composizione della comunità. È stato dimostrato che i suoli sottoposti a gestione convenzionale e biologica ospitano reti microbiche distinte, ma non è chiaro se i taxa chiave dei microbiota del suolo e delle radici siano sensibili alle pratiche colturali.

Guardando al futuro: il ruolo cruciale dell’innovazione e della ricerca

Il futuro dell’agricoltura è strettamente legato alla nostra capacità di comprendere e valorizzare il microbioma del suolo. La ricerca scientifica, l’innovazione tecnologica e la collaborazione tra agricoltori, ricercatori e aziende del settore sono fondamentali per sviluppare pratiche agricole sostenibili che promuovano la salute del suolo e la produzione alimentare. Lo studio e la comprensione del modo in cui le tecniche colturali, anche combinate tra di loro, riescono a modificare le comunità microbiche dei suoli, e in particolare i loro “taxa chiave”, è fondamentale per poterne indirizzare la composizione a vantaggio del miglior stato nutrizionale e fitosanitario delle piante coltivate, in un’ottica di smart farming.

E il futuro è già adesso, con la scienza del suolo che ha a disposizione un nuovo e potente strumento d’indagine di cui non potrà più fare a meno.

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Amici, parliamoci chiaro: quante volte abbiamo sentito dire che il segreto di un buon raccolto sta nella terra? Ebbene, è proprio così! Ma non si tratta solo di avere un terreno fertile, ricco di sostanze nutritive. Il vero tesoro si nasconde sotto la superficie, in quel brulicante mondo di microrganismi che lavorano instancabilmente per nutrire le nostre piante. Un concetto base dell’agricoltura, che forse molti di noi danno per scontato, è proprio l’importanza della sostanza organica nel terreno. Aggiungere compost, letame o sovesci non significa solo concimare, ma anche alimentare la vita ???????????????? che rende il nostro terreno vivo e produttivo.

E per chi vuole spingersi oltre, c’è l’agricoltura rigenerativa, un approccio ancora più avanzato che mira a ripristinare la salute del suolo attraverso pratiche che imitano i processi naturali. Si tratta di un vero e proprio cambio di paradigma, che mette al centro la cura del suolo e la sua biodiversità. Un modo per lavorare con la natura, invece che contro di essa.

Ma cosa possiamo fare noi, nel nostro piccolo orto o giardino? Semplicemente, osservare, sperimentare e imparare. Ogni terreno è diverso, ogni pianta ha le sue esigenze. Non esistono ricette magiche, ma solo la volontà di capire come funziona questo meraviglioso ecosistema che ci nutre. E magari, la prossima volta che zappiamo la terra, pensiamo a tutti quei piccoli esseri viventi che ci stanno dando una mano. Perché, in fondo, il segreto di un buon raccolto sta proprio lì: nella vita che si nasconde sotto i nostri piedi.