Le tappe fondamentali della storia della concimazione

La storia della concimazione è fortemente legata a quella del modo in cui l’uomo ha interpretato la fertilità del suolo e la nutrizione vegetale. Per secoli l’esperienza agronomica ha associato la produttività alla presenza di residui, letame e terre considerate “grasse”. Nell’Ottocento la chimica ha chiarito il ruolo degli elementi minerali. Oggi, infine, la scienza del suolo integra nel concetto di fertilità componenti chimiche, fisiche e biologiche, costituendo la base per le strategie contemporanee di concimazione. Questa evoluzione spiega perché la moderna gestione della fertilità del terreno non possa ridursi alla semplice somministrazione di nutrienti, ma debba considerare anche la quantità e la qualità della sostanza organica, l’attività microbica del suolo, le sue caratteristiche fisiche (struttura in primis) e più in generale la resilienza del sistema suolo-pianta.

L’agricoltura in generale e in particolare il tema della fertilità del suolo, del suo mantenimento e della sua reintegrazione sono stati oggetto di trattazione da parte di moltissimi autori dall’antichità a oggi.

Gli antichi Romani “leggevano” la fertilità attraverso osservazioni concrete: colore e tessitura della terra, risposta delle colture alle rotazioni e all’impiego di deiezioni animali… Autori come Catone, Varrone e Columella distinguevano i diversi tipi di letame, ne indicavano le modalità di conservazione e suggerivano di distribuire nei campi coltivati materiali vegetali e animali. Mancava una teoria della nutrizione, ma era già chiaro il principio operativo della restituzione: in un suolo coltivato doveva essere reintegrato ciò che le piante asportavano durante il loro ciclo produttivo.

Agli inizi del XIV secolo Pietro De’ Crescenzi raccolse conoscenze classiche ed esperienza pratica nel suo Opus ruralium commodorum. Nell’opera organizzò in forma sistematica le tecniche di coltivazione e di gestione dell’azienda agricola, consolidando la tradizione antica delle pratiche fondate sull’uso del letame, sulle rotazioni e sulle lavorazioni.

Bernard Palissy (XVI secolo) si focalizzò sull’importanze dei sali minerali nella nutrizione delle piante.

Gli esperimenti di John Woodward, all’inizio del Settecento, mostrarono che le piante le cui radici affondavano in acque contenenti materiale terroso crescevano meglio rispetto a quelle con le radici immerse in semplice acqua, rafforzando l’idea che il suolo fornisse componenti indispensabili allo sviluppo delle colture.

A cavallo tra Seicento e Settecento, Jethro Tull attribuì grande importanza alla lavorazione fine e ripetuta del terreno, immaginando che le radici utilizzassero particelle del suolo. Nonostante la sua intuizione non fosse corretta, la seminatrice messa a punto da questo agronomo e sperimentatore e la coltivazione in file favorirono comunque un’agricoltura più moderna.

A metà Settecento Francis Home, nel suo libro The principles of agriculture and vegetation, riportava i risultati dei suoi esperimenti con diversi materiali fertilizzanti e più o meno nello stesso periodo Johan Gottschalk Wallerius, Agriculturae fundamenta chemica contribuì a distinguere la funzione dell’humus da quella delle sostanze minerali.

Alla fine del XVIII secolo il quadro restava incompleto, ma la domanda era ormai formulata scientificamente: quali sostanze nutrono davvero la pianta?

Nella prima metà dell’Ottocento Justus von Liebig introdusse nella nutrizione vegetale il concetto di bilancio chimico. In Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie (1840) egli contestò l’idea che l’humus fosse l’unica fonte di nutrimento per le piante e mise al centro gli elementi minerali assorbiti dal suolo. Da qui la base teorica della concimazione minerale: somministrare alle piante coltivate, in forme chimiche direttamente assorbibili, gli elementi indispensabili per la produzione.

Alla figura di Liebig è associata anche la legge del minimo, formulata in precedenza da Carl Sprengel e resa celebre dal chimico tedesco: la crescita è limitata dal nutriente disponibile in quantità più bassa rispetto al fabbisogno, non dalla somma totale delle risorse. Il principio resta fondamentale per la diagnosi nutrizionale, purché si considerino le interazioni tra nutrienti, acqua, pH, radici e biologia del suolo. Più controverso fu il cosiddetto “letame brevettato di Liebig”, un fertilizzante minerale preparato in forme poco solubili per ridurre le perdite di elementi nutritivi non utilizzati dalle piante: le prestazioni agronomiche del prodotto furono deludenti. L’episodio dimostrò che una formulazione teoricamente completa non è efficace se i nutrienti non diventano disponibili nei tempi richiesti dalla coltura.

Intorno alla metà del XIX secolo John Bennet Lawes e Joseph Henry Gilbert avviarono a Rothamsted, in Inghilterra, prove di campo pluriennali su frumento e altre colture. Confrontarono parcelle non concimate e concimate con letame, singoli nutrienti minerali, combinazioni di fertilizzanti minerali e combinazioni tra questi ultimi e letame. I risultati dimostrarono sperimentalmente che le rese elevate richiedevano apporti adeguati di nutrienti, incluso Azoto prontamente disponibile (e questo contraddiceva quanto sostenuto da Liebig, secondo il quale potevano soddisfare tutto il loro fabbisogno di Azoto tramite la fissazione di quello atmosferico) e che la concimazione minerale può sostenere la produttività quando è ben bilanciata, mentre il letame influenza contemporaneamente nutrizione, carbonio organico, struttura e capacità di trattenere acqua. Tali deduzioni non devono essere lette come una contrapposizione formale tra minerale e organico, bensì come la dimostrazione del fatto che rese produttive soddisfacenti e salute del suolo devono essere osservate su scale temporali lunghe per trarre conclusioni veritiere.

Nella seconda metà dell’Ottocento divenne evidente che molte trasformazioni nutritive non erano soltanto reazioni chimiche spontanee. Maxime Berthelot studiò la fissazione dell’Azoto atmosferico nel suolo e contribuì a spostare l’attenzione verso l’azione dei microrganismi. Le ricerche su noduli radicali e batteri simbionti chiarirono poi che le leguminose possono acquisire Azoto grazie alla simbiosi con microrganismi azotofissatori. In parallelo, Ewald Wollny sviluppò una visione sperimentale della fisica e biologia del suolo, studiando gli effetti della sostanza organica sulla ritenzione idrica, la temperatura, l’aerazione del terreno e i riflessi di queste proprietà fisiche sulla produttività, anche in dipendenza dalla decomposizione della sostanza organica effettuata dal microbiota.

La microbiologia attuale, come noto, interpreta il suolo come un habitat ad alta biodiversità, dove microrganismi di vario tipo mineralizzano i residui vegetali e animali, immobilizzano temporaneamente i nutrienti, fissano l’Azoto, nitrificano, denitrificano, solubilizzano il Fosforo e interagiscono con le radici. La rizosfera è quindi un’interfaccia biologica decisiva.

Nel Novecento l’ampia disponibilità di fertilizzanti industriali ha aumentato le rese e sostenuto la sicurezza alimentare, ma in molti sistemi intensivi la specializzazione colturale (monocotura), l’assenza di rotazioni, la riduzione delle restituzioni organiche, le lavorazioni frequenti e gli effetti dei cambiamenti climatici hanno favorito il depauperamento del Carbonio organico. A ciò si sommano erosione, compattazione, salinizzazione locale e perdita di biodiversità.

La rivalutazione della sostanza organica nella concimazione non implica il ritorno a una concezione superata dell’humus come alimento universale della pianta, ma comporta una conoscenza approfondita delle sue funzioni multiple: aggregazione e stabilità strutturale, porosità, capacità di scambio, riserva e riciclo dei nutrienti, ritenzione idrica, attenuazione degli stress e sostegno alle reti microbiche.

I primi fertilizzanti azotati di sintesi

Agli inizi del ‘900, l’azienda oggi nota come Yara International (all’epoca fondata con il nome di Norsk Hydro) realizzò la prima produzione industriale al mondo di fertilizzanti azotati sintetici, risolvendo la grave scarsità di nutrienti che minacciava l’agricoltura globale.

Lo scienziato Kristian Birkeland e l’industriale Sam Eyde, fondatori della Norsk Hydro, svilupparono un metodo per la fissazione diretta dell’azoto atmosferico tramite un forno ad arco elettrico ad altissima temperatura, che permetteva di legare l’Azoto e l’Ossigeno dell’aria, generando ossidi di Azoto poi convertiti in acido nitrico e, infine, in nitrato di Calcio (il primo fertilizzante minerale Azotato commerciale, battezzato Norgessalpeter). Il processo Birkeland-Eyde richiedeva una quantità enorme di energia elettrica e per tale motivo la Norsk Hydro scelse come sede la Norvegia, ricca di corsi d’acqua, costruendo monumentali centrali idroelettriche a Notodden e Rjukan. Fu l’inizio della transizione dall’uso di risorse naturali esauribili (come il guano o il nitrato del Cile) alla produzione chimica e sintetica su larga scala.

Sebbene il processo Birkeland-Eyde fosse innovativo, risultava energeticamente inefficiente rispetto alle tecnologie successive. Nel corso del Novecento, l’azienda implementò prima l’elettrolisi dell’acqua e in seguito convertì i propri impianti verso il più efficiente processo Haber-Bosch e l’utilizzo del gas naturale, mantenendo la leadership globale nella chimica dell’azoto.

La concimazione contemporanea deve partire da analisi del suolo, fabbisogni colturali, obiettivi produttivi e bilanci degli elementi. La concimazione minerale conserva un ruolo essenziale quando serve correggere con precisione una carenza o più in generale è necessaria la disponibilità immediata di uno o più nutrienti. Tuttavia, il solo apporto minerale non sostituisce le funzioni strutturali e biologiche della matrice organica. Ammendanti e concimi organici apportano Carbonio e nutrienti a rilascio prolungato nel tempo; la loro efficacia dipende da origine e qualità della matrice organica, dose e modalità di distribuzione.

I concimi organo-minerali combinano una matrice organica con nutrienti minerali. Se correttamente formulati e impiegati, possono integrare disponibilità relativamente pronta e rilascio più graduale, migliorare la localizzazione degli elementi e contribuire all’apporto di carbonio.

La storia della concimazione mostra un progressivo ampliamento del concetto di fertilità. Oggi la sfida è produrre riducendo il depauperamento del capitale suolo e favorendone la rigenerazione. Non esiste una contrapposizione assoluta tra organico e minerale: esiste la necessità di ricostruire cicli efficienti, aumentare la resilienza e preservare nel lungo periodo la fertilità del suolo.