Microbiota degli strati profondi del suolo: perché studiarlo?

Per suolo si intende lo strato più superficiale della crosta terrestre, composto da elementi minerali, sostanza organica, aria, acqua e organismi viventi, le cui caratteristiche lo rendono idoneo a supportare la vita delle piante. La sua profondità può essere estremamente variabile, da poche decine di centimetri a due metri.

L’importanza dell’ampiezza numerica e della composizione delle comunità microbiche che abitano il suolo nel determinarne gli equilibri, la resilienza e la fertilità è un dato di fatto, suffragato da innumerevoli ricerche. La maggior parte di queste ultime, tuttavia, si concentra sugli strati più superficiali del terreno, quelli cioè esplorati dagli apparati radicali delle piante, coltivate e non.

In tempi recenti la ricerca ha messo in evidenza l’utilità di valutare attentamente gli strati più profondi del suolo e il sottosuolo, sia in termini di caratteristiche chimico-fisiche che in termini di composizione del microbiota in essi presente, per comprendere con maggior precisione i cicli dei nutrienti e l’emissione di gas serra da parte dei terreni, in particolare di quelli coltivati.

Alcune caratteristiche chimico-fisiche del suolo variano in maniera più o meno rapida all’aumentare della profondità. Tra queste il contenuto in elementi nutritivi, la quantità di Carbonio presente e la sua natura (labile o stabile) e il tenore in acqua e ossigeno.

Il gradiente verticale che caratterizza la concentrazione dei diversi elementi nutritivi è determinato dalla disgregazione della roccia madre, dagli apporti esogeni (piogge, fertilizzazioni), dalle interazioni dei nutrienti stessi con le radici delle piante e i microrganismi e dalla lisciviazione verso gli strati profondi, causata da piogge e irrigazione. Il tutto modulato dalla granulometria e dalla struttura del suolo.

Quest’ultima, in particolare, fortemente influenzata dal fatto che il suolo sia coltivato (e dalle pratiche agricole adottate) o meno, determinerà una diversa distribuzione tra spazi pieni e vuoti e una diversa occupazione di questi da parte dell’acqua o dell’aria. Tendenzialmente, comunque, negli strati più profondi del suolo la porosità si ridurrà e si creeranno condizioni anaerobiche,

anche a causa dell’allontanamento dalla superficie. Questo influisce sulla tipologia di sostanza organica prevalente negli strati profondi del suolo, con uno sbilanciamento verso la sostanza organica in forma stabile. Fatto che, a sua volta, influenza la composizione e la consistenza del microbiota caratteristico di questi strati del suolo.

La biomassa microbica si riduce all’aumentare della profondità, anche di due ordini di grandezza, ma la “storia” del sito può influenzare questa tendenza. Diversi studi dimostrano che mentre negli ecosistemi naturali, come foreste o praterie, la biomassa microbica diminuisce rapidamente con la profondità, nei terreni coltivati le variazioni sono meno rapide e meno significative.

Al contrario, laddove lo strato più superficiale del suolo è inospitale, per esempio a causa della siccità o dell’intensità radiativa, i livelli di biomassa aumentano con la profondità, poiché con essa si riducono gli stress presenti in superficie.

Indipendentemente da ciò, gli strati profondi del suolo e il sottosuolo rappresentano un serbatoio significativo di biomassa microbica, che si stima pari al 30 – 60% del totale dell’orizzonte analizzato. L’ampia forbice di variabilità è legata sia ai differenti siti in cui sono state condotte i rilievi, sia alla profondità di campionamento raggiunta nei diversi casi.

Oltre alle modifiche delle caratteristiche chimico-fisiche del suolo, a influenzare quantità e qualità della biomassa microbica al variare della profondità è anche l’eventuale presenza di piante e dei loro apparati radicali. Questi, fondamentalmente, influenzano tutte le variabili del suolo già citate, anche grazie all’emissione di essudati radicali, che di fatto “selezionano” i microrganismi della rizosfera. Il punto è: quanto profonda è la rizosfera? E come si comportano le radici, in termini di emissione di essudati, alle diverse profondità?

Le radici giovani (ovvero quelle più profonde) presentano in generale tassi di essudazione maggiori e rilasciano composti diversi rispetto alle radici mature o senescenti (ovvero quelle più superficiali). È dunque probabile che esista una connessione tra profondità delle radici, loro età, rilascio di essudati e influenza sulle comunità microbiche, con trend che non possono essere assunti come universalmente validi, ma che risultano strettamente legati alla pianta in questione e alla sua architettura radicale (massa, lunghezza, morfologia).

È sempre più chiaro che il microbiota degli strati profondi dei suoli sono entità diverse da quelle degli strati superficiali, con differenze a livello di abbondanza, composizione e profili funzionali. Tuttavia, per vari motivi, tra cui la banale impossibilità di effettuare campionamenti a profondità consone, tendenzialmente questi strati sono stati studiati molto meno rispetto a quelli superficiali, di fatto limitando la comprensione della variabilità spaziale del suolo, ma anche inficiando la validità di modelli predittivi del comportamento dei terreni in termini di cicli dei nutrienti ed emissione di gas serra. Questo perché tali modelli tendono a uniformare le caratteristiche dei vari strati, o meglio a estendere a quelli profondi i tratti tipici degli strati superficiali, trascurando le grandi differenze esistenti a livello di concentrazione e labilità del Carbonio, produzione di essudati radicali e attività del microbiota.

Gli studi più recenti suggeriscono che, sebbene i tassi di decomposizione del Carbonio negli strati più profondi siano più lenti di quelli degli strati superficiali, il ciclo del Carbonio negli strati profondi sarebbe comunque più dinamico di quanto proposto in precedenza.

Lo sviluppo di modelli “multistrato” ha portato i ricercatori a concludere che trattare il profilo del suolo come un’unità omogenea in realtà sovrastima ampiamente i tassi di emissione di CO2 da demineralizzazione della sostanza organica legati al riscaldamento dei terreni. Questa evidenza risulta particolarmente importante in un momento storico nel quale gli strati più superficiali sono soggetti a profonde e continue perturbazioni dovute al cambiamento climatico.