III 6.1 Salute e mantenimento della fertilità del terreno agrario

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Tra le pratiche agronomiche si inserisce l’uso di inoculi di microrganismi del suolo. I vantaggi di un trattamento di questo tipo rispetto ai trattamenti chimici sono i seguenti:

  • Minor costo
  • Minor impatto ambientale
  • Specificità di azione
  • Sinergie di funzione e di azione
  • Assenza di residui
  • (Persistenza)

L’inoculo di organismi può avvenire tramite l’uso di biofertilizzanti, ovvero prodotti contenenti microrganismi vivi che, quando applicati a sementi, superfici vegetali o suolo, colonizzano la rizosfera o i tessuti vegetali e ne promuovono la crescita aumentando la disponibilità e l’assorbimento dei nutrienti da parte della pianta.

La strategia di inoculo è un elemento chiave per poter catturare e mettere a frutto il potenziale microbico. Per ottenere i migliori risultati bisogna studiare l’ambiente in cui si vuole immettere la colonia di microrganismi, in particolare bisogna:

  • definire il sistema ambientale da trattare;
  • eseguire una caratterizzazione bio-geo-chimica (natura della matrice, dei contaminanti, concentrazione dei contaminanti e disponibilità per i sistemi biologici);
  • eseguire caratterizzazione della comunità microbica nativa attraverso un approccio polifasico, sia a livello metabolico sia strutturale;
  • effettuare analisi del profilo metabolico mediante il sistema Biolog-ECOPlates™ per avere il fingerprint metabolico della comunità (spettro dei substrati che è in grado di utilizzare);
  • calcolare la misura della diversità funzionale della comunità.

L’inoculo di microrganismi risulta particolarmente utile nel biorisanamento. Con questo termine si indica una strategia o processo che usa microrganismi, o piante, o enzimi prodotti da microrganismi o piante per detossificare sostanze contaminanti nel suolo o in altri ambienti.

I processi del biorisanamento comprendono:

  • Mineralizzazione: completa conversione di un contaminante organico nei suoi costituenti inorganici da parte di una sola specie o di un consorzio di microrganismi;
  • Biodegradazione: parziale o totale trasformazione o detossificazione di contaminanti da parte di microrganismi o piante.

Cosa significa biorisanamento
I processi microbiologici responsabili della trasformazione degli inquinanti (biodegradazione, mobilizzazione, immobilizzazione, detossificazione) rappresentano il motore che guida i fenomeni di attenuazione naturale della contaminazione, cioè la capacità di auto-depurazione degli ecosistemi. Tuttavia l’accumulo di inquinanti può risultare troppo elevato affinché i microrganismi riescano smaltirlo da soli senza alcun intervento esterno. In questi casi è necessario intervenire. L’intervento che mira a aiutare i microrganismi in modo da poter sfruttare al meglio le loro potenzialità e tradurle così in efficaci tecnologie si chiama biorisanamento.

Le vie possibili per attivare e migliorare queste potenzialità naturali dei microrganismi sono due:

  • controllo di tipo biogeochimico del territorio da trattare, ovvero una modifica dei parametri fisico-chimici dell’ambiente interessato: pH, temperatura, donatori o accettori di elettroni ecc.
  • “aggiustamento di nicchia”, ovvero si effettuano inoculi1 di altri microrganismi in grado di favorire la trasformazione degli inquinanti presenti.

Un aggiustamento di nicchia può essere realizzato attraverso diversi approcci e le tecniche principali sono la biostimolazione 2 (aggiungere nutrienti per favorire la crescita dei batteri autoctoni) e la bioaugmentation 3 (aggiungere batteri competenti, autoctoni o alloctoni, per aumentare le capacità cataboliche rilevanti per il processo di biorisanamento).

I microorganismi trovano applicazione nel trattamento di acque di conceria, biorisanamento di suoli co-contaminati da metalli e idrocarburi, sviluppo di “tool- boxes” per il biorisanamento di siti minerari.

Note 

1. Inoculoa

La strategia di inoculo è un elemento chiave per poter catturare e mettere a frutto il potenziale microbico. Per ottenere i migliori risultati bisogna studiare l’ambiente in cui si vuole immettere la colonia di microrganismi, in particolare bisogna:

  • definire il sistema ambientale da trattare;
  • eseguire una caratterizzazione bio-geo-chimica (natura della matrice, dei contaminanti, concentrazione dei contaminanti e disponibilità per i sistemi biologici);
  • caratterizzazione della comunità microbica nativa attraverso un approccio polifasico, sia a livello metabolico sia strutturale;
  • analisi del profilo metabolico mediante il sistema Biolog-ECOPlates™ per avere il fingerprint metabolico della comunità (spettro dei substrati che è in grado di utilizzare);
  • calcolare la misura della diversità funzionale della comunità.

2. Biostimolazione 

I biostimolanti sono formulati che aiutano la pianta a migliorare le prestazioni senza l’utilizzo di ormoni di sintesi. I biostimolanti sono in grado di contribuire positivamente al miglioramento della nutrizione e allo sviluppo delle specie vegetali indipendentemente dalla presenza di elementi nutritivi. La funzione principale di questi prodotti è legata al miglioramento dello sviluppo delle piante, a favorire l’incremento produttivo e all’aiutare la pianta a superare situazioni di stress, agendo direttamente o indirettamente sulla fisiologia vegetale.

3. Bioaugmentation

Il biorisanamento tramite bioaugmentation ha permesso di ottenere risultati positivi in situazioni di co-contaminazione (concomitanza di metalli pesanti e inquinanti organici) e la bonifica di siti minerari. La bioaugmentation è influenzata da molteplici fattori quali:

  • le caratteristiche fisico-chimiche dei contaminanti, che possono ridurre l’attività microbica;
  • alcuni elementi che limitano il trasferimento di massa (ad esempio la presenza di argilla o il contenuto di sostanza organica del suolo);
  • fattori di ecologia microbica (flusso energetico, attività microbica spontanea, predatori, competitori, co-substrati, patrimonio genetico dei microrganismi rilevanti, stabilità e attività  enzimatica);
  • metodologia scelta per l’inoculo (selezione dei ceppi, concentrazione e metodi di inoculo, eterogeneità dell’inoculo).

Nel suolo, uno dei principali problemi associati alla bioaugmentation è la sopravvivenza dei microrganismi inoculati o la microbiostasi, cioè l’arresto della crescita e della riproduzione microbica, a causa degli stress abiotici e biotici.

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