Inondazioni e microbiota del suolo

In un approfondimento pubblicato in precedenza, ci siamo concentrati sulle modalità con cui la siccità modifica la composizione del microbiota di un suolo e le relative attività.
Ma cosa accade al microbiota quando un suolo viene inondato o quando si verificano precipitazioni particolarmente intense? E ancora, come varia il microbiota quando l’umidità del suolo subisce variazioni in un senso o nell’altro?
Ce lo spiega un gruppo di ricercatori di diversa nazionalità (spagnola, tedesca e portoghese) nella pubblicazione Sculpting the soil microbiota, pubblicata da The Plant Journal nel 2021.

Tra le caratteristiche fisiche di un suolo vi è la struttura, ovvero la presenza in esso di spazi pieni e vuoti. La struttura si deve alla presenza nel suolo di glomeruli costituiti da particelle minerali, materia organica, polisaccaridi, radici di piante e altri materiali di varia natura. In base alle loro dimensioni, questi glomeruli vengono classificati in microaggregati (<250 µm) e macroaggregati (0,25-2 mm), i quali formano una vasta gamma di nicchie fisico-chimiche, in grado di fornire microhabitat distinti a diverse comunità microbiche. Durante la formazione degli aggregati, infatti, i microrganismi del suolo vengono in parte inglobati e in parte restano liberi nel terreno. Una volta formatisi, gli aggregati costituiscono un ambiente isolato, che può essere significativamente diverso dal suolo circostante.
In funzione delle quantità di micro e macroaggregati presenti in un suolo, varierà anche la porosità di quest’ultimo. Dove prevalgono macro-aggregati la porosità del terreno presenta normalmente un contenuto d’acqua ridotto e una maggior presenza di ossigeno, con basso accumulo di carbonio organico. Al contrario, dove prevalgono i microaggregati i pori presentano una maggiore saturazione in acqua, per cui i tassi di diffusione dell’ossigeno sono bassi e la disponibilità di carbonio organico è relativamente alta. Queste diverse condizioni influenzano pesantemente la composizione globale del microbiota di un terreno.

Non solo. In risposta a cambiamenti delle condizioni ambientali, gli aggregati del suolo possono subire delle “ristrutturazioni”, che portano al rilascio delle comunità microbiche in essi racchiuse, consentendo la colonizzazione di nuove “nicchie” del terreno. Le comunità microbiche possono quindi “migrare” e interagire con i microbiota residenti in altre porzioni di terreno, influenzando le dinamiche microbiche globali e contribuendo a nuovi cicli di formazione degli aggregati.
Esempi significativi di perturbazioni ambientali che modificano l’isolamento spaziale dei microrganismi negli aggregati del suolo sono le inondazioni o le precipitazioni intense. Per effetto della saturazione del terreno, gli aggregati contenenti microrganismi possono essere dispersi dal movimento dell’acqua, raggiungendo nuove aree, diverse da quelle originarie.

A seconda della regione geografica in cui ci si trova, l’umidità del suolo può essere più costante o molto variabile, per effetto delle fluttuazioni meteorologiche o della alternanza tra stagioni secche e piovose. Le variazioni di umidità del suolo spesso portano a cambiamenti nell’abbondanza relativa di numerosi taxa batterici e fungini che lo abitano.
Durante i periodi di siccità, il contenuto di acqua nei pori del suolo si riduce drasticamente, influenzando la connessione tra porzioni diverse di terreno. Questa mancanza di connessione si traduce in “isole di risorse” funzionalmente scollegate tra loro, con bassi tassi di decomposizione e respirazione del carbonio organico.
Al contrario, durante le precipitazioni le “isole di risorse” vengono ricollegate tra loro, poiché i pori del suolo si riempiono d’acqua. In essi si generano pertanto condizioni anaerobiche, che favoriscono la metanogenesi e la nitrificazione, con rilascio ed emissione nell’atmosfera di metano e protossido di azoto. Inoltre, la ri-umidificazione del suolo promuove una ripresa intensa dell’attività microbica, che porta a tassi elevati di respirazione e nitrificazione, con un effetto noto come “Birch effect”. Quando, dopo periodi secchi prolungati, si verifica un evento piovoso, si osservano picchi di emissione di CO2 dal suolo: ciò è conseguenza della stimolazione di breve periodo della decomposizione, dovuta alla rapida risposta della biomassa microbica all’aumento di umidità del terreno.
In queste condizioni, molti batteri e funghi subiscono una lisi cellulare, che probabilmente contribuisce all’effetto Birch attraverso la loro decomposizione. Di conseguenza, il migliore apporto di nutrienti e le condizioni anossiche favoriscono la proliferazione di taxa anaerobici, portando a una riduzione della diversità microbica.

Rispetto a quelle batteriche, le comunità fungine del suolo hanno generalmente più successo nell’affrontare la siccità, probabilmente grazie alla loro capacità di accumulare sostanze con funzione osmoregolatrice. Inoltre, il reticolo che i funghi filamentosi riescono a sviluppare nel suolo permette loro di esplorare ampi volumi di terreno, raggiungendo sacche residuali di umidità presenti nel suolo stesso.
Se alcuni funghi affrontano in maniera molto efficiente condizioni di carenza idrica, molti altri sono altamente vulnerabili all’umidità elevata. Ad esempio, le comunità fungine ectomicorriziche dopo forti piogge registrano una diminuzione sia in termini di abbondanza che in termini di numero di specie. Ma anche in presenza di piccole fluttuazioni del contenuto idrico del suolo (per esempio a seguito di irrigazioni) le comunità fungine mostrano una forte variabilità. Pertanto, esse parrebbero costituire indicatori più sensibili del contenuto idrico del suolo rispetto ai batteri.

Poiché la disponibilità di acqua limita l’agricoltura in molte aree del mondo, la comprensione dei meccanismi con cui i microrganismi affrontano stress idrico o, al contrario il ristagno nel suolo, può aiutare a migliorare le pratiche agricole basate sul microbiota, migliorando così l’efficienza dell’agricoltura in queste regioni.