Il ruolo del terreno e dei microrganismi nel trattenere il carbonio organico

Quando pensiamo a ciò che assorbe l’anidride carbonica, vengono subito in mente gli alberi. Eppure, nei primi due metri di suolo si trovano circa 2.400 miliardi di tonnellate di carbonio organico, quasi tre volte quello presente nell’atmosfera. Il suolo è un “deposito sigillato”, questo perché il carbonio portato nel terreno dalle piante attraversa radici, funghi e batteri, poi può tornare nell’aria come CO2 oppure entrare nella materia organica. A fare la differenza sono soprattutto i microrganismi, la struttura del suolo e il modo in cui lo utilizziamo.

Il grande serbatoio sotto i nostri piedi

Quando si dice che il suolo contiene carbonio, si parla soprattutto di carbonio organico, presente nei resti vegetali, nelle sostanze prodotte dagli organismi e nei frammenti delle loro cellule, cioè materiali che formano la materia organica del terreno.

Una metanalisi globale pubblicata nel 2023 ne stima circa 2.400 gigatonnellate fino a due metri di profondità (una gigatonnellata equivale a un miliardo di tonnellate). Ecco perché anche piccole variazioni percentuali possono incidere sulla CO2 (anidride carbonica) atmosferica. Più della metà del carbonio organico mondiale, inoltre, si trova sotto i primi 20 centimetri del suolo.

Il carbonio nel suolo però non è tutto uguale: può avere età diversa e non è sempre protetto allo stesso modo dalla degradazione microbica. Una parte viene, infatti, consumata rapidamente dai microrganismi, mentre un’altra resta nel terreno per decenni o millenni. Conta soprattutto quanto questa CO 2 sia accessibile per i decompositori: può trovarsi chiusa nei grumi del suolo, legata ai minerali o lontana dai punti di maggiore attività microbica.

Un esperimento in una foresta temperata della California ha mostrato che neppure il carbonio profondo è al sicuro. I ricercatori hanno riscaldato di 4 °C il terreno fino a un metro, confrontando tre parcelle riscaldate con tre di controllo lasciate alle condizioni naturali (quindi non riscaldate). Per parcella si intende la specifica porzione di suolo analizzata. Dopo 27 mesi, la respirazione dell’intero profilo era aumentata del 34-37% nelle parcelle riscaldate.

Con “respirazione del suolo” si indica la CO2 prodotta dall’attività biologica, comprese radici e microrganismi. Circa il 10% della risposta proveniva da sotto i 30 centimetri, questo ci dice che essere rimasto sepolto a lungo non rende il carbonio intoccabile.

 Dall’atmosfera al suolo: da dove arriva il carbonio

Il viaggio della CO2 comincia con la fotosintesi: le piante prelevano CO2 dall'aria e ne usano il carbonio per costruire foglie, fusti e radici. Una parte arriva al terreno con i residui vegetali, come le foglie che cadono al suolo, un'altra con la crescita e la morte delle radici. Queste ultime rilasciano anche composti semplici e solubili, gli essudati radicali, subito disponibili per gli organismi circostanti.

Attorno alle radici possono svilupparsi anche i funghi micorrizici. Una micorriza è l'associazione tra una radice e un fungo, che si estende nel terreno con sottilissimi filamenti, formando il micelio. Il carbonio, trasferito dalla pianta a questa rete sotterranea enorme, entra così nei processi del suolo.

Per capire quanto sia importante questa via di trasmissione del carbonio al suolo, uno studio nelle foreste boreali della Svezia settentrionale ha esaminato 30 isole, divise in base al tempo medio trascorso dall'ultimo incendio: 585, 2.180 e 3.250 anni. Il carbonio accumulato sotto terra nei tre gruppi era rispettivamente di 6,2, 11,2 e 22,5 chilogrammi per metro quadrato. Attraverso carote di suolo, isotopi, DNA e marcatori fungini, i ricercatori hanno ricostruito gli apporti dall'alto e dal sottosuolo. È un valore specifico di quel sistema boreale, non valido per ogni bosco, ma rende visibile il peso della via che passa da radici e funghi. Un ulteriore studio su praterie svizzere, la marcatura continua con carbonio-13 ha permesso di stimare, nel primo anno, un ingresso di nuovo carbonio nei primi 10 centimetri di suolo pari a 210 grammi per metro quadrato all’anno.

Molto carbonio in ingresso, però, non significa automaticamente molto carbonio conservato. Una volta nel terreno, infatti, comincia la parte decisiva del viaggio.

I microrganismi possono liberare carbonio oppure conservarlo 

Batteri e funghi demoliscono i composti organici e ne assorbono il carbonio. È qui che i microrganismi assumono un doppio ruolo, cioè sono contemporaneamente responsabili della perdita e della formazione del carbonio organico del suolo. Una parte viene utilizzata per ottenere energia e ritorna nell'atmosfera attraverso la respirazione, sotto forma di CO2, un'altra parte serve invece a costruire nuove cellule, enzimi e altre sostanze microbiche.

Questo equilibrio è descritto dall’efficienza di utilizzo del carbonio, o CUE: il rapporto tra il carbonio usato dai microrganismi per crescere e quello totale assorbito. Se la CUE è alta, più carbonio diventa biomassa microbica; se è bassa, una quota maggiore viene rilasciata come CO₂ attraverso la respirazione. Questo equilibrio viene descritto con l'Efficienza di Utilizzo del Carbonio, o CUE: indica quanta parte del carbonio assorbito dai microrganismi diventa nuova biomassa invece di essere respirata. Una ricerca ha confrontato 132 misure di CUE in 46 località e 16 studi, integrandole con un modello applicato a 57.267 profili di suolo. La CUE risultava associata positivamente al carbonio organico: nel modello, era il fattore più utile per spiegare le differenze di carbonio tra un suolo e l'altro, almeno quattro volte più importante di ciascuno degli altri fattori valutati, tra cui apporti vegetali, decomposizione e trasporto in profondità. In parole povere, più alta è la CUE, più carbonio "resta nel sistema" sotto forma di cellule microbiche vive. Non è però una manopola da alzare a piacere: dipende anche da temperatura, acqua, struttura e nutrienti.

Cosa succede quando questi microrganismi muoiono? Lasciano indietro pareti cellulari, frammenti e molecole: la cosiddetta necromassa microbica. Un'analisi di 122 osservazioni su suoli temperati – 64 agricole, 31 di prateria e 27 forestali – l'ha stimata attraverso alcuni amminozuccheri: la glucosammina, legata soprattutto ai funghi, e l'acido muramico, caratteristico dei batteri. La necromassa può costituire più della metà del carbonio organico del suolo superficiale, pur con incertezze dovute ai metodi di calcolo e alle differenze tra ecosistemi.

Per osservare questo stesso processo, dalla CUE alla necromassa, non più su dati di campo ma in condizioni controllate, un esperimento ha ricostruito il percorso quasi dall'inizio. Gli scienziati prepararono terreni artificiali privi di carbonio e microrganismi, usando sabbia e due argille. Poi aggiunsero a questi terreni una comunità microbica e, ogni settimana per 15 mesi, diverse fonti di carbonio: zuccheri, una molecola derivata dalla lignina o carbonio organico disciolto di origine vegetale. Dopodiché, l'incubazione proseguì per tre mesi senza nuovi apporti.

Passati 18 mesi, si erano accumulati da 8 a 13 milligrammi di carbonio organico per grammo di suolo. Oltre il 75% di quello fornito dalle “fonti esterne” era stato perso con la respirazione, ma nel residuo dominavano prodotti microbici come proteine e lipidi, mentre la varietà delle molecole era cresciuta del 54-83%: un segnale importante, perché una maggiore diversità chimica rende il carbonio più difficile da degradare nel suo insieme, quindi più stabile.

Per verificare proprio questa stabilità, cioè quanto il carbonio accumulato fosse protetto dal consumo microbico, i ricercatori sottoposero i campioni a nuovi test. Nei test successivi, in media il 71% non fu consumato durante una nuova incubazione di tre mesi e circa il 40% resistette anche al trattamento chimico. L'accumulo maggiore compariva nei sistemi con più funghi e una produzione di biomassa più efficiente.

I residui possono inoltre aderire ai minerali o rimanere racchiusi negli aggregati, piccoli grumi di particelle tenute insieme. In entrambi i casi diventano meno raggiungibili dai decompositori. Il suolo va quindi immaginato come un ambiente che protegge o espone il carbonio, non come un contenitore in cui tutto resta immutato.

Aratura, degrado e carbon farming

Mentre microrganismi e necromassa proteggono il carbonio accumulato nel suolo, la lavorazione del suolo può rompere gli aggregati e rendere accessibile ai microrganismi la materia prima protetta. La metanalisi del 2023, basata su 230 metanalisi e oltre 25.000 studi primari, ha rilevato una perdita media di carbonio organico del 25% convertendo le foreste in terreni coltivati. Nel passaggio a colture annuali la perdita saliva al 32%, mentre con sistemi agroforestali, in cui convivono alberi e colture, si fermava al 12%.

Da qui l'interesse per il carbon farming, le pratiche agricole pensate per conservare o aumentare il carbonio nel suolo. Rispetto ai sistemi di confronto, la mancata lavorazione era associata in media al 9,3% di carbonio organico in più; le lavorazioni ridotte al 12%; il mantenimento dei residui colturali al 13% e l’agroforestazione al 20%. Per l'agricoltura biologica l'aumento medio era del 35%, ma con una stima meno precisa.

Non sono quantità accumulate ogni anno né prove che il carbonio resterà per sempre, ma sono differenze medie rispetto a un sistema di confronto, ricavate in suoli e climi diversi. Inoltre, gli studi sui pacchetti di pratiche sono ancora pochi. L'espressione “agricoltura rigenerativa” non è quindi una garanzia automatica. Ridurre il disturbo, lasciare residui e integrare alberi può favorire il carbonio del suolo, ma l'esito dipende dalle condizioni locali. Il vero deposito, insomma, è il sistema formato da piante, radici, microrganismi, minerali e struttura del suolo. Proteggerlo significa evitare di perdere il carbonio già presente e creare condizioni perché una parte di quello nuovo venga conservata.

Per approfondire il ciclo del carbonio e le pratiche che possono tutelarlo, sono disponibili le dispense didattiche sul sito di Coop per la Scuola.