Sostanza organica del suolo e funzioni: quanto ne sappiamo?

La sostanza organica del suolo svolge funzioni fondamentali per il mantenimento della fertilità fisica, chimica e biologica ma, come oggi è chiaro, le sue funzioni positive vanno ben al di là e comprendono, per esempio, il sequestro e lo stoccaggio del Carbonio atmosferico e tutta una serie di servizi ecosistemici.

Ma siamo certi di conoscere a fondo le modalità con cui la sostanza organica del suolo svolge queste funzioni e soprattutto quali frazioni di essa ne siano protagoniste? Una pubblicazione scientifica del 2020, proveniente da un gruppo di lavoro dell’Università di Wageningen (Netherlands) getta una nuova luce sull’argomento, proponendo vie innovative di ricerca.

La materia organica del suolo è costituita da residui accumulati e in decomposizione, principalmente di origine vegetale e in minor misura di origine animale. La sostanza organica del terreno è sia un substrato (fonte di energia e nutrienti), sia un prodotto risultante dall’attività dei microrganismi del suolo. Mentre l’apporto di materiale organico al suolo ha un’origine vegetale preponderante, la sostanza organica del terreno diventa gradualmente dominata da molecole di origine microbica. A questi input naturali vanno aggiunti quelli antropici tramite fertilizzazione.

La ricerca sulla sostanza organica del suolo era originariamente incentrata sulla fertilità. Successivamente ci si è focalizzati anche sulle interazioni con i metalli pesanti e gli inquinanti, in contesti produttivi nei quali la contaminazione dei terreni coltivati è divenuta un problema importante.

Ma da quando, negli anni ’80, è cresciuta la consapevolezza del riscaldamento globale, l’attenzione si è spostata sul sequestro del Carbonio come opportunità di mitigazione degli effetti del cambiamento climatico. Il Carbonio organico del primo metro di profondità del suolo contiene circa il 50% del pool di Carbonio terrestre.

Si è pertanto diffusa, nei primi anni Duemila, la consapevolezza dei potenziali compromessi tra le due principali funzioni del suolo: quella di fonte di nutrienti e quella di serbatoio di accumulo del Carbonio. All’epoca, il compromesso sembrava plausibile ed esaustivo, in quanto la funzione di fonte di nutrienti necessita di

decomposizione, mentre la funzione di stoccaggio del Carbonio necessita dell’assenza di decomposizione.

Oggi sappiamo che i ruoli della sostanza organica del suolo non sono solo questi, ma che essa sostiene molte altre funzioni, tra cui, per esempio, la protezione dall’erosione e la promozione della biodiversità, Alla base di queste funzioni ci sono processi mediati dalla sostanza organica del terreno, che possono essere classificati in processi legati alla struttura (caratteristiche fisiche), alla presenza di esseri viventi (caratteristiche biologiche) e ai cicli degli elementi (caratteristiche chimiche).

Siamo soliti affermare che le funzioni positive svolte dalla sostanza organica nel suolo siano promosse da una sua maggiore quantità. Sappiamo invece ancora poco sulla relazione tra queste funzioni e la qualità della sostanza organica.

Sono stati fatti vari tentativi di classificare la sostanza organica del terreno in pool descritti sulla base del concetto di contrapposizione: recalcitrante vs labile, associata ai minerali vs particolata, protetta o occlusa vs libera o non occlusa, ecc. Quest e definizioni si riferiscono alla reattività chimica, biologica o fisica della sostanza organica del suolo, ma non al modo in cui essa supporta le funzioni sopra descritte. Nonostante l’enorme mole di ricerche condotte sull’argomento, mancano ancora conoscenze approfondite sui fattori chimici, biochimici e biologici inestricabilmente legati tra loro e responsabili delle varie funzioni della sostanza organica del suolo.

Occorrerebbe invece comprende la relazione tra le caratteristiche degli input organici e le funzioni dell’ecosistema suolo da essi supportate. Questa relazione può essere diretta (come risultato delle proprietà degli input) o indiretta, come risultato del modo in cui gli input di sostanza organica modellano le comunità microbiche e l’ambiente che le circonda, con potenziali effetti a catena più a valle nella rete alimentare del suolo e sulle funzioni dell’ecosistema.

Ad esempio, le fonti di cellulosa promuovono una maggiore “fitness” dei decompositori dotati di enzimi cellulolitici, che possono acquisire una posizione dominante rispetto ai decompositori che dipendono da fonti di Carbonio più semplici, come accade durante la successione fungina nella lettiera vegetale in decomposizione. Questo spostamento della dominanza competitiva si estende potenzialmente alle funzioni dell’ecosistema del suolo, quando contribuisce, ad esempio, alla soppressione di alcuni patogeni.

A livello pratico, dunque, le domande che dovremmo porci sono: “Di quale tipo di matrice organica abbiamo bisogno per uno specifico scopo?” o, più specificamente, “Quali caratteristiche dovrebbero avere gli ammendanti organici per promuovere il sequestro del Carbonio, per ripristinare la struttura del suolo, per trattenere sostanze come gli oligoelementi o gli inquinanti, per prevenire la lisciviazione o per sopprimere le malattie?“.

Scomponendo i vari elementi, sembrerebbe possibile, almeno in teoria, collegare specifiche funzioni dell’ecosistema a specifiche frazioni di Carbonio. Questa idea esiste da tempo in forme più semplicistiche: ad esempio, quella secondo cui il Carbonio labile, con un basso rapporto C:N, serve principalmente alla funzione di utilizzo, mentre il Carbonio più stabile (meno ricco di energia, “recalcitrante”) e con un alto rapporto C:N serve più alla funzione di accumulo.

La sostanza organica può essere qualificata con una crescente varietà di tecniche. Tuttavia, oggi le metriche più utilizzate per mettere in relazione la qualità della sostanza organica con la sua funzione hanno ancora in qualche modo a che fare con la decomponibilità, cioè con la dicotomia composti labili vs composti stabili.

Classificazioni più raffinate, basate ad esempio sulla solubilità, sui rapporti O:C contro H:C o sulla densità dei gruppi funzionali non sono comunemente utilizzate, ma sarebbero potenzialmente molto utili.

Per il ciclo dei nutrienti da apporti organici, il rapporto C:N è ancora l’indicatore più utilizzato. Quando la sostanza organica del suolo invecchia, tuttavia, il C:N diventa sempre più scollegato dal ciclo dei nutrienti. Il C:N più basso si riferisce al materiale più fortemente associato al pool protetto e quindi contribuisce all’immagazzinamento del Carbonio e alla struttura del suolo, piuttosto che al ciclo dei nutrienti. Per il C:P valgono le stesse considerazioni.

La sostanza organica labile (o gli apporti che la compongono) attraversa velocemente l’imbuto dei decompositori per trasformarsi in biomassa microbica, prodotti microbici e necromassa microbica. Questi, a loro volta, supportano tutte le funzioni del suolo attraverso una serie di processi pedologici. Perché il suolo funzioni, la sostanza organica in esso presente deve essere (almeno in parte) decomposta.