Implicazioni agronomiche della mineralizzazione della sostanza organica

La mineralizzazione della sostanza organica del suolo è il processo biologico con cui i microrganismi decompongono molecole organiche complesse e le trasformano in forme minerali semplici, rendendo disponibili elementi nutritivi (soprattutto Azoto) e liberando al tempo stesso anidride carbonica e acqua.

In termini pratici, la mineralizzazione è uno dei passaggi centrali del ciclo della fertilità, ma anche un punto critico, in quanto regola l’alimentazione delle colture ed è alla base perdita di Carbonio dal suolo e delle emissioni di gas serra nell’atmosfera.

Il contenuto in sostanza organica del suolo non è statico, ma dipende da una serie di processi a cui i residui organici sono sottoposti: l’umificazione, la mineralizzazione e l’interazione con la frazione minerale. A questi processi sono correlate non solo la quantità ma anche e soprattutto la qualità, o meglio la tipologia, di sostanza organica presente nel terreno. Tali processi, inoltre, governano la velocità con cui avvengono le trasformazioni da un tipo all’altro. Di seguito sono descritti:

• l’umificazione prevede una serie di reazioni che portano alla formazione di molecole con una struttura sempre più complessa e lontana da quella d’origine, man mano che le reazioni procedono. Il risultato è la sintesi degli acidi umici, degli acidi fulvici e dell’umina. La velocità di trasformazione è influenzata non solo dal tipo di sostanza organica da umificare, ma anche dalla sua interazione con la frazione minerale;
• la mineralizzazione, che risulta favorita in ambienti ben aerati e caratterizzati da intensa attività biologica, porta alla decomposizione della sostanza organica. Essa ha luogo in presenza di microrganismi, che necessitano di energia e di fonti di Azoto per lo svolgimento delle proprie funzioni e la sintesi dei propri composti. Durante la mineralizzazione, la sostanza organica viene degradata ad anidride carbonica e acqua, mentre l’Azoto viene liberato e riutilizzato in diversi processi. Carbonio e Azoto vengono in parte nuovamente immobilizzati nella biomassa microbica del suolo. Il risultato di questo insieme di processi porta a una complessiva riduzione del rapporto tra Carbonio e Azoto;
• l’interazione della sostanza organica con la frazione minerale avviene attraverso la formazione di legami ionici o per scambio di leganti tra la frazione minerale e i composti organici. Si formano complessi molto stabili, che aumentano in generale lo stato di aggregazione e la stabilità del suolo e rallentano i processi di degradazione microbica della sostanza organica.

Velocità e intensità del processo di mineralizzazione dipendono soprattutto da:

• temperatura
• umidità
• aerazione
• pH
• rapporto C:N
• qualità dei residui
• attività microbica
• esposizione del suolo agli agenti atmosferici.

Temperature più elevate in genere accelerano la decomposizione, così come un equilibrio idrico favorevole, che aumenta l’attività biologica; al contrario, eccesso d’acqua e scarsa aerazione possono limitare il processo o spostarlo verso vie anaerobiche. In pratica, suoli caldi, ben aerati e con umidità intermedia mostrano spesso una mineralizzazione più rapida; suoli freddi, saturi o poveri di substrato facilmente degradabile tendono a rallentarla.

Il pH determina l’efficienza e la tipologia dei microrganismi (batteri e funghi) deputati alla decomposizione presenti nel microbiota:

pH 6,5 – 7,5 – è l’intervallo ideale, in cui la biomassa microbica è più attiva e diversificata. La mineralizzazione della sostanza organica procede in modo efficiente, rilasciando elementi nutritivi nel terreno;

pH < 5,5 – l’attività batterica viene fortemente inibita. La degradazione è affidata quasi esclusivamente ai funghi, che sono più lenti. La sostanza organica tende ad accumularsi (torba) e la mineralizzazione risulta fortemente rallentata;

pH > 8,0 – la vita microbica si riduce a causa dell’alta salinità o della scarsa disponibilità di alcuni microelementi, limitando il processo di mineralizzazione

Anche la qualità del substrato conta molto: residui facilmente degradabili e con rapporto C:N più basso tendono a mineralizzarsi più rapidamente, mentre materiali più lignificati rallentano il rilascio dei nutrienti. Sulla qualità e composizione dei residui pesa in maniera importante la tipologia di vegetazione o la/le coltura/e che insistono sul suolo.
A scala gestionale, lavorazioni frequenti e profonde, scarsa restituzione di residui e assenza di apporti organici tendono a favorire la perdita di sostanza organica e quindi una mineralizzazione netta più rapida del patrimonio organico del suolo. Un suolo meno disturbato dalle lavorazioni e possibilmente coperto da vegetazione (colture e cover crop), per buona parte dell’anno, che lo rende meno esposto agli agenti atmosferici e ne regola la temperatura, soprattutto nei mesi più caldi, presenterà una mineralizzazione più lenta.

Chiaramente la concimazione può fare una grande differenza nel determinare il rallentamento o l’accelerazione della mineralizzazione e nel restituire sostanza organica al suolo quando necessario, se effettuata con concimi organici o organo-minerali.

Il principale beneficio agronomico derivante dalla mineralizzazione della sostanza organica del suolo è il rilascio di nutrienti in forme assimilabili, soprattutto Azoto ammoniacale e nitrico, ma anche Fosforo e Zolfo, con un effetto diretto sulla nutrizione delle piante e sulla fertilità chimica del terreno.
Inoltre, una mineralizzazione equilibrata rilascia sostanze in grado di stimolare la vitalità del microbiota, favorendo quindi un sistema suolo più funzionale.

Quando tuttavia la mineralizzazione è troppo intensa, e/o non bilanciata da nuovi apporti organici, comporta perdita di Carbonio organico e progressivo impoverimento della sostanza organica del suolo. Questo può tradursi in minore stabilità strutturale, ridotta capacità di trattenere acqua e nutrienti, maggiore suscettibilità all’erosione e minore resilienza biologica.

Sul piano agronomico, un rilascio troppo rapido dell’Azoto può anche aumentare le perdite per lisciviazione – con tutti i rischi ambientali che ne derivano – soprattutto se la domanda della coltura non coincide con il picco di mineralizzazione.
Alla luce di quanto sopra, possiamo dire che la mineralizzazione va letta come un processo ambivalente: è indispensabile per la fertilità di breve e lungo periodo, ma se eccede la capacità del sistema di accumulare nuova sostanza organica può ridurre la funzione di sequestro del carbonio.

In altre parole, il problema non è la mineralizzazione in sé, ma il suo disallineamento rispetto ai tempi di assorbimento delle colture e alla capacità del suolo di reintegrare la frazione organica.

Dal punto di vista climatico, la mineralizzazione è un nodo centrale perché converte parte del Carbonio organico in anidride carbonica, cioè in emissione diretta di gas serra. In condizioni particolari, soprattutto con scarso ossigeno e forte umidità, i processi microbici possono contribuire anche a emissioni di protossido di Azoto e metano, con forte impatto sul bilancio climatico del sistema suolo.

Lo stoccaggio di Carbonio nel suolo dipende quindi dall’equilibrio tra ingressi di nuova matrice organica, intensità dell’attività del microbiota e uscite dovute a decomposizione e mineralizzazione. Quando gli apporti organici e le pratiche agricole conservative o rigenerative prevalgono, il suolo può agire da serbatoio di carbonio; quando invece prevalgono lavorazioni intense e bassa restituzione di residui, il bilancio tende a diventare negativo.