“Dialoghi sul suolo e l’acqua”: L’impatto di differenti modalità di gestione del suolo sulle comunità microbiche

Pagliai – Ormai è noto che le modalità di gestione del suolo hanno un forte impatto sui processi biogeochimici, sulla biodiversità del suolo stesso e quindi sull’attività microbica oltre che sulle caratteristiche fisiche, dalla struttura, all’erosione, al compattamento, alla perdita di sostanza organica, ecc. Mentre su quest’ultime caratteristiche abbiamo ormai una serie di dati consolidati da tempo che ci fanno dire, ad esempio, che le tradizionali arature profonde e continue non sono più sostenibili nel lungo termine, sugli aspetti biologici i dati si riferiscono per lo più agli ultimi decenni grazie anche al notevole contributo dato dalle tecniche di analisi innovative. È ormai inconfutabile che i nostri suoli soffrono di un preoccupante stato di degrado che ha avuto inizio con l’attuazione e l’espandersi di una agricoltura intensiva nella seconda metà del secolo scorso e che ora si cerca di correggere e, a questo scopo, si concentra molto l’attenzione proprio sull’attività biologica del suolo.
Cara Roberta, nel dialogo del mese scorso con Paolo Nannipieri abbiamo affrontato gli aspetti della biologia del suolo a carattere generale e, volendo scendere nello specifico, tu studi da anni questi aspetti in approcci sperimentali ormai consolidati e rappresentativi di situazioni reali, quali sono i risultati salienti che hai ottenuto?

Pastorelli – È ormai ampiamente riconosciuto che la diversità microbica del suolo e i processi biogeochimici che vi si svolgono sono influenzati non solo dal tipo di suolo e dalle variazioni stagionali, ma anche dalle pratiche agronomiche adottate. I nostri studi, condotti in diverse località italiane e su diversi sistemi sperimentali, hanno permesso di approfondire il ruolo delle pratiche agricole sulla composizione e sull’attività funzionale delle comunità batteriche del suolo.
In uno studio condotto in Gallura, abbiamo analizzato un gradiente ecologico che va da un sistema intensivo (vigneto lavorato) a uno naturale (foresta mediterranea), passando per gestioni intermedie come vigneto inerbito, erbario e pascolo. I risultati hanno mostrato che le gestioni con un livello di antropizzazione intermedio, presentano i livelli più elevati di attività microbica, suggerendo che un equilibrio tra uso agricolo e conservazione può favorire la funzionalità biologica del suolo. La foresta di sughera, pur con minore ricchezza microbica, ha mostrato una elevata diversità genetica, indicativa di una maggiore stabilità ecologica.
Risultati opposti sono stati ottenuti in un’area sperimentale a lungo termine nelle Marche, dove abbiamo confrontato gli effetti della semina su sodo (no-tillage) con l’aratura convenzionale. La gestione conservativa ha favorito l’accumulo di sostanza organica e la riduzione dell’erosione, ma ha anche generato condizioni più selettive, con una riduzione della biodiversità della comunità batterica attiva. Nei suoli argillosi, come ad esempio in questo caso, la compattazione può limitare i benefici attesi, creando ambienti meno favorevoli alla diversità microbica.
In questi studi, particolare attenzione era stata rivolta alle comunità batteriche denitrificanti, responsabili della trasformazione del nitrato in azoto molecolare (N2), con produzione intermedia di protossido di azoto (N2O), potente gas serra. Abbiamo osservato che questi batteri rispondono in modo differenziato alla gestione del suolo, influenzando potenzialmente il rapporto N2O:N2 nelle emissioni gassose. Questo evidenzia come le pratiche agronomiche possano avere un impatto diretto anche sul bilancio dei gas serra.
In aree di rilevanza vitivinicola come il Chianti e Torrevento in Puglia, abbiamo valutato l’impatto di pratiche sostenibili come copertura erbosa permanente e il sovescio, confrontandole con la lavorazione convenzionale dell’interfilare. I risultati ottenuti hanno indicato che le pratiche conservative favoriscono l’abbondanza e la funzionalità microbica, mentre la gestione tradizionale ha effetti negativi su funghi, nitrificanti e azotofissatori. Inoltre, la posizione lungo il pendio ha influenzato la distribuzione dei geni microbici, sottolineando l’importanza dei fattori locali edafici. 
Anche il regime di fertilizzazione azotata ha mostrato effetti significativi sulla diversità batterica: l’aggiunta di azoto ha aumentato la diversità, mentre la sua carenza ha favorito la dominanza di poche specie. Questi effetti sono risultati variabili e dipendenti da molteplici fattori, tra cui tipo di fertilizzante, dose, stagione e proprietà del suolo.
Questi risultati evidenziano come la gestione agronomica sia un fattore chiave nel modellare la struttura e la funzionalità delle comunità microbiche del suolo. Le pratiche conservative offrono vantaggi significativi, ma il loro successo dipende fortemente dal contesto pedoclimatico e dalle caratteristiche fisiche del suolo. 

Pagliai – Tu affermi che le pratiche agronomiche possono avere un impatto diretto anche sul bilancio dei gas serra. Infatti, ad esempio, una lavorazione profonda del terreno porta alla perdita di circa 250 kg ha−1 di CO2, che equivalgono alle emissioni di un'auto Euro5 che percorre 1700 km e questo ci fa dire che le lavorazioni intensive convenzionali, nel lungo termine, non sono più sostenibili. I microrganismi giocano un ruolo nelle emissioni di gas serra?

Pastorelli – Si, i microorganismi del suolo giocano un ruolo fondamentale nella regolazione delle emissioni di gas serra dal suolo, come anidride carbonica, metano e protossido d’azoto, agendo come mediatori chiave nei cicli biogeochimici del carbonio e dell’azoto.
La crescente attenzione verso l’agricoltura sostenibile ha incentivato l’adozione di pratiche conservative, con l’obiettivo di preservare la fertilità, migliorare la salute delle colture e ridurre l’erosione. Tuttavia, queste pratiche influenzando la composizione e l’attività delle comunità microbiche, possono avere effetti diretti sulle emissioni di gas serra.
Nei nostri studi in Gallura e nelle Marche, abbiamo analizzato in particolare le comunità funzionali dei batteri denitrificanti e metanotrofi, coinvolti rispettivamente nella produzione di N₂O e nell’ossidazione del CH₄ atmosferico. Le comunità denitrificanti attive erano più abbondanti nei sistemi più “naturali” (foresta, pascolo, sodo), con predominanza del gene nirK (implicato nello step di riduzione del nitrito) indicativo di una maggiore adattabilità all’ambiente suolo. Le comunità metanotrofe invece sono risultate più influenzate da fattori quali la stagione e la disponibilità di carbonio organico piuttosto che dalla gestione del suolo. Abbiamo inoltre evidenziato la possibilità di eventi di trasferimento genico orizzontale tra ceppi microbici nello stesso habitat, che contribuiscono alla distribuzione dei geni funzionali nell’ambiente e alla plasticità ecologica della comunità. 
In uno studio su monocultura di mais e rotazione colturale condotto nell’azienda sperimentale del CREA vicino a Firenze, è emerso che la lavorazione del suolo è uno dei principali determinanti della struttura della comunità batterica funzionale e del potenziale di emissione di CO2 e N2O. La rotazione colturale e la ridotta profondità di lavorazione si sono dimostrate strategie efficaci per mitigare le emissioni, aumentare lo stock di carbonio e sostenere la produttività. Tuttavia, la dominanza di geni associati alla produzione di N2O piuttosto che quelli implicati nella sua riduzione, sottolinea la necessità di monitoraggi microbiologici funzionali per guidare pratiche agricole più sostenibili.
Infine, il potenziale di emissione di N2O ha mostrato una forte variabilità stagionale, con picchi primaverili e maggiore instabilità sotto la gestione convenzionale, confermando il ruolo cruciale della stagionalità nel modellare le dinamiche microbiche e le emissioni gassose.   

Pagliai – Alla luce di queste conoscenze, quale futuro ci attende sia nel campo scientifico, sia dello sviluppo dell’agricoltura fra crisi climatica e quella, ormai cronica, socio-economica.

Pastorelli – I nostri studi hanno evidenziato come le pratiche conservative come la rotazione delle colture, la lavorazione minima del suolo, la copertura erbosa e la fertilizzazione bilanciata, possano sostenere la biodiversità microbica e limitare le emissioni di N2O. Tuttavia, il successo di queste pratiche dipende fortemente dal contesto locale, dalla tessitura del suolo, dal regime idrico e dalla stagionalità.
Io credo che l’agricoltura del futuro non potrà più essere pensata come un sistema rigido e standardizzato, ma come un sistema capace di rispondere alle pressioni ambientali e sociali con flessibilità e innovazione. In questo senso, la ricerca deve continuare a fornire strumenti per monitorare le comunità microbiche funzionali, valutarne l’impatto sulla fertilità del suolo e sull’emissioni di gas serra, e guidare verso scelte agronomiche più sostenibili.
I microrganismi del suolo, spesso trascurati, sono elementi chiave per comprendere la complessità degli agroecosistemi. Investire nella loro conoscenza e nel loro monitoraggio significa promuovere un’agricoltura più consapevole, capace di coniugare produttività, salvaguardia ambientale e resilienza. Inoltre, occorre investire anche nella formazione degli operatori del settore altrimenti le innovazioni che via via saranno a diposizione del mondo agricolo rischiano di essere parzialmente o totalmente vanificate.