Siccità e microbiota del suolo

L’annata agraria 2023 si sta caratterizzando per una spiccata e diffusa carenza di acqua disponibile per le colture. In primavera, la siccità può avere effetti negativi sulla germinazione dei semi, il superamento dello stress da trapianto per le piantine e la ripresa vegetativa delle specie arboree. È inoltre risaputo, anche se in materia abbiamo ancora molto da scoprire, che la carenza di acqua nel suolo influenza la composizione del microbiota, sia a livello di rizosfera che in zone più lontane dalle radici.

Quali cambiamenti intervengono? E che riflessi hanno sulla fertilità globale del suolo?

Ne parliamo in questo articolo, traendo le informazioni da alcune pubblicazioni scientifiche sull’argomento, in particolare dal lavoro pubblicato da Bogati e Walczak nel 2022.

L’osservazione delle modifiche che avvengono nella composizione delle comunità microbiche del suolo in presenza di siccità prolungata ha permesso di stabilire alcune evidenze. Tra queste il fatto che spesso, soprattutto a livello di rizosfera, i batteri Gram negativi – normalmente più numerosi in queste porzioni di suolo – diminuiscano e lascino spazio ai Gram positivi, tra cui in particolare gli Attinomiceti, molto importanti per la produzione di humus. Le cellule dei Gram positivi, dotate di parete più spessa per la presenza di abbondante peptidoglicano, sono in grado di resistere maggiormente alla carenza idrica.

Le popolazioni fungine sembrerebbero invece molto meno reattive rispetto ai cambiamenti di umidità del suolo.

Al sopraggiungere di periodi di siccità, alcuni microrganismi del suolo muoiono per la loro incapacità di adattarsi alle mutate condizioni. Da questo fatto possono trarre beneficio altri microrganismi, in quanto le cellule microbiche morte rilasciano nel suolo numerosi composti preziosi per la nutrizione delle cellule che sopravvivono e rimangono metabolicamente attive, tra cui azoto, fosfati e aminoacidi.

Altri microbi in presenza di siccità mettono in atto meccanismi di sopravvivenza, come la quiescenza. Tra questi, i microrganismi in grado di formare spore (ad esempio Bacillus sp., tra i quali si ricordano B. subtilis e B. amyloliqueaciens, entrambi microrganismi utili in agricoltura), che possono trascorrere periodi anche molto prolungati in stato di dormienza, in attesa di condizioni più favorevoli.

Altri microrganismi, infine, adottano meccanismi di tolleranza, spesso molto dispendiosi in termini di energia per la cellula. Tra questi si annoverano la regolazione di alcuni geni di resistenza e la sintesi di sostanze in grado di regolare la pressione osmotica (più in generale di sostanze in grado di agire sul bilancio idrico della cellula, dette “xeroprotettori”), come zuccheri non riducenti, acidi organici, polioli, aminoacidi e altri. In altri casi ancora si osserva una sovra-espressione di geni codificanti per enzimi coinvolti nella sintesi di strutture cellulari. Si ritiene inoltre che i siderofori, metaboliti secondari che chelano il ferro presente nel suolo circostante e lo trasportano alle cellule attraverso recettori specifici, aiutino i batteri a prosperare in caso di siccità. È stato dimostrato che alcuni ceppi del batterio azotofissatore Azospirillum, produttori di siderofori, sono più resistenti allo stress idrico.

Gli enzimi presenti nel suolo sono prodotti da animali, piante e microrganismi ma principalmente da questi ultimi, tanto che l’attività enzimatica di un suolo è ritenuta strettamente correlata alla vitalità del suo microbiota. I microrganismi del suolo sintetizzano sia enzimi intracellulari che enzimi extracellulari come glucosidasi, idrolasi, fosfatasi, amilasi, chitinasi e molti altri. Questi ultimi sono estremamente importanti per i processi di mineralizzazione della sostanza organica, che rende disponibili elementi nutritivi per le piante. In condizioni di siccità, è stata osservata una diminuzione dell’attività metabolica della comunità microbica del suolo, che a sua volta porta a una riduzione della mineralizzazione e dei cicli del carbonio, dell’azoto e del fosforo. In particolare, la siccità influisce fortemente sul ciclo dell’azoto nel suolo, inibendo la nitrificazione, in quanto limita l’attività dei batteri ossidanti l’ammoniaca (principalmente i generi Nitrosomonas e Nitrosospira), responsabili della prima fase della nitrificazione.

In tutte le prove eseguite, i ricercatori hanno evidenziato effetti meno importanti della siccità sulle popolazioni microbiche dei suoli caratterizzati da un maggiore contenuto in sostanza organica. Questo si spiega certamente con l’effetto positivo di quest’ultima sulle caratteristiche fisiche del terreno, in particolare sulla sua capacità di ritenzione idrica, ma parrebbe non essere l’unica motivazione. Resta ancora da indagare in maniera più approfondita il ruolo di stimolo che alcune frazioni della sostanza organica hanno sulla vitalità dei microrganismi del suolo.

L’osservazione dei cambiamenti che intervengono nelle comunità microbiche dei suoli a seguito dell’instaurarsi di condizioni di siccità più o meno severa è di fondamentale importanza per approfondire le conoscenze sui meccanismi messi in atto dai microrganismi più resistenti o tolleranti e sui nuovi equilibri che si generano, in termini di composizione del microbioma e attività enzimatiche. Conoscenze che possono successivamente essere sfruttate nell’isolamento di microrganismi utili alla formulazione di biopreparati in grado di supportare le colture nell’affrontare gli stress idrici, sempre più frequenti.

Sappiamo che la siccità agisce direttamente sulle rese delle colture ma abbiamo imparato anche che condiziona, per ora non sappiamo in quale misura, il microbiota del suolo.

Conoscere questo aspetto sarà estremamente importante per attenuarlo e per evitare ulteriori risvolti negativi, che normalmente si percepiscono nel medio e lungo periodo.