Ciclo Oossigeno Etilene

aiuola sinergica La Città della Luce

Quest’articolo e’ apparso una prima volta in “Australian Plants” (piante australiane), vol. 9, No. 73, 1977, poi nel numero# 7 del “International Permaculture Journal” (Rivista internazionale di permacultura) nel Marzo 1981.

Mi ricorda la grande ricerca sul terreno eseguita dal dottor Alan Smith quando scoprì il ciclo etilene-ossigeno...

...Può descrivere questo ciclo, con delle referenze?

..E’ un processo abbastanza complicato: il rapporto di Smith per la conferenza (quella che tenne prima di essere silenziato) fu pubblicato in uno dei primi giornali di Permacultura e ripubblicato nel PIJ #39. Ne ero editore a quel tempo, ed ho ritrovato l’articolo che allego. E’ un processo importante del terreno che spiega la scienza dietro al successo del metodo Fukuoka e mette in dubbio molti presupposti dell’agricoltura dominante sul rapporto fra piante, microrganismi del terreno, patogeni e disponibilità di nutrimenti.

Raccomando una lettura attenta.

IL SUOLO VIVENTE

Gli orticoltori che non zappano e gli agricoltori che non arano sanno che dai terreni indisturbati, si possono ottenere piante sane e buoni raccolti a lungo termine, ma ciò nonostante, in molte persone persistono i dubbi.

Il terreno non ha forse bisogno di essere periodicamente areato per stimolare l’attività microbica e liberare i nutrimenti per le piante?

Lo scienziato del suolo Alan Smith e’ stato il principale ricercatore scientifico nel Dipartimento Agricolo del Nuovo Galles del Sud (Australia). La rivista di permacultura IPJ (International Permaculture Journal) gli ha posto la domanda, e la sua risposta, nell’articolo che segue, contiene delle vere sorprese!

“Posso capire la vostra confusione nel cercare di interpretare le affermazioni e contro- affermazioni che vengono fatte sul valore di un’areazione del terreno. Ovviamente, io sono un non-credente nei valori dell’areazione, perlomeno nella situazione australiana.

Dobbiamo sempre essere cauti riguardo trattamenti che possono dare benefici a breve termine ma causano problemi di lunga durata. Penso che la teoria dell’areazione sia uno di questi trattamenti. Non c’è dubbio che l’arare il terreno dia all’inizio un incremento di aerazione e crea un contatto intimo tra il suolo minerario ed i residui organici. Questo stimola l’attività microbica ed il nutrimento immobilizzato nelle riserve organiche viene liberato rapidamente nel terreno. Comunque, se non ci sono piante crescenti nel terreno, che possano trarre beneficio immediato da questi nutrimenti mobilizzati, essi vengono drenati oppure fissati rapidamente in forme non accessibili. “Areare” il terreno, naturalmente, risulta di solito nella rimozione di materie vegetali e dunque non ci sono piante (o solo alcune) rimaste per trarre vantaggio dai nutrimenti rilasciati. Se questa pratica viene continuata stagione dopo stagione, è evidente che risulterà in una perdita di nutrimenti.

La “teoria dell’areazione” si sviluppò in realtà nell’emisfero settentrionale, dove gli estesi inverni gelati prevengono la decomposizione microbica dei residui organici nel terreno. E’ vantaggioso a primavera stimolare la velocità di decomposizione affinché le piante possano ricevere nutrienti durante una stagione di crescita relativamente breve.

In Australia, le condizioni sono generalmente favorevoli durante tutto l’inverno alla decomposizione di almeno parte della materia organica.

Dunque, le nostre condizioni sono molto differenti. Vale anche la pena considerare quali problemi sorgono quando questa “aerazione” viene tentata in terreni tropicali dove le condizioni per una decomposizione della materia organica sono ancora più favorevoli; certo, possiamo tutti capire che, in quelle latitudini, è una ricetta disastrosa.”

INTERAZIONI MICROBICHE NEL TERRENO E CRESCITA SANA DELLE PIANTE

Le interazioni microbiche nel terreno hanno un ruolo chiave nel controllo biologico delle malattie delle piante, il rivoltamento della materia vegetale ed il riciclo dei nutrimenti essenziali alle piante. La comprensione di questo meccanismo può risultare in un metodo di coltivazione più efficiente, sia dei campi che degli orti.

Prima di poter discutere queste interazioni, è essenziale riaffermare la posizione particolare che le piante hanno nell’ecosistema. Esse sono l’unico organismo vivente che può direttamente utilizzare l’energia solare e nel così fare trasformano l’energia in forme disponibili per altri esseri viventi.

Il pigmento verde delle foglie, la clorofilla, intrappola l’energia luminosa del sole e nelle foglie avviene un’ interazione con il gas di anidride carbonica presente nell’atmosfera, creando composti di carbonio che diventano sorgenti di energia accessibili agli altri organismi viventi, come gli animali (incluso l’uomo), gli insetti ed i microrganismi, quando consumano le piante o le rimanenze di piante.

Anche se le piante hanno questa capacità unica d’intrappolare l’energia solare e trasformarla nell’energia chimica che necessitano per crescere, metabolizzarsi e riprodursi, hanno anche bisogno di altri elementi che sono incapaci di produrre direttamente. Per esempio, richiedono azoto, fosforo, zolfo, calcio, magnesio, potassio e tracce di altri elementi.

Il suolo è una riserva di tutti questi elementi, ma per ottenere rifornimenti adeguati le piante devono alterare l’ambiente intorno alle radici per mobilizzare questi nutrienti. Un modo importante in cui la pianta ottiene questo risultato consiste nello stimolare l’attività dei microrganismi nel suolo intorno alle radici, dopodiché i microbi incrementano la mobilitazione dei nutrienti. La pianta stimola l’attività microbiche nel terreno provvedendo energia chimica nella forma di essudazioni delle radici e di rifiuti.

Dunque, esiste una relazione intima fra le piante e i microbi del suolo. Sfortunatamente, in molti dei metodi convenzionali utilizzati nell’agricoltura, questo rapporto viene pregiudicato, risultando in problemi di rifornimenti nutritivi alla pianta e un aumento dell’incidenza di malattie.

Le ultime ricerche indicano che durante la vita della pianta, fino a 25% dell’energia chimica, sotto forma di composti di carbonio manufatturato nelle foglie, viene perso dalla pianta nel terreno direttamente adiacente alla radice. Questo materiale è perso sia come essudazione della radice, o come cellule morte e cadute dalla pianta.

Ad un primo esame questo sembra essere un meccanismo altamente inefficiente e dispendioso. La pianta si dà molto da fare per intrappolare l’energia del sole e per convertirla in energia chimica, ma poi ne perde una quarta parte nel terreno! Una interpretazione sostiene che nulla in natura è perfetto e radici che “perdono” sono fatti inevitabili.

Io non condivido assolutamente queste vedute: credo fermamente che se un organismo vivente sta apparentemente buttando via un quarto dell’energia che si dà la pena di manufatturare, questa perdita deve allora ultimamente beneficiare direttamente l’organismo. Se questo non fosse così, l’evoluzione sarebbe risultata nella selezione di piante che perdevano meno energie proprie.

Come beneficia la pianta da questa perdita di composti di carbonio nel suolo?

Più importante, questi composti sono sorgenti di energia per i microrganismi del terreno che prolificano nella rizosfera, cioè la zona del terreno direttamente adiacente alla radice della pianta. Questi microrganismi si riproducono così velocemente da svuotare di ossigeno molti micropunti nella rizosfera. Si formano così micropunti anaerobici liberi da ossigeno. La formazione di questi micropunti anaerobici gioca una parte importante nell’assicurare la salute ed il vigore della pianta.

PRODUZIONE DI ETILENE NEL TERRENO

La nostra ricerca indica che in questi micrositi viene prodotto etilene, un composto gassoso semplice. Oltretutto, questo etilene è un regolatore critico dell’attività dei microrganismi del suolo e, come tale, influenza la velocità di cambiamento della materia organica, il riciclaggio dei nutrimenti vegetali, e l’incidenza di malattie portate dal suolo nelle piante,. La concentrazione di etilene nell’atmosfera del suolo raramente supera 1 o 2 parti per milione. L’etilene non agisce uccidendo i microrganismi del suolo, ma semplicemente disattivandoli temporaneamente- quando i livelli di etilene nel terreno scendono, riprende l’attività microbiche.

L’etilene nel terreno viene prodotto in quello che noi chiamiamo IL CICLO OSSIGENO-ETILENE. Inizialmente, i microrganismi del terreno proliferano sulle essudazioni della radice della pianta e svuotano di ossigeno il terreno, in micropunti.

L’etilene viene poi prodotto in questi micropunti e si diffonde, disattivando i microorganismi senza ucciderli. Quando questo avviene, la domanda di ossigeno diminuisce e l’ossigeno si diffonde nuovamente nei micropunti. Ciò arresta o riduce notevolmente la produzione di etilene, il che permette ai microrganismi del suolo di ricominciare l’attività. Si ricreano allora le condizioni favorevoli per la produzione di etilene ed il ciclo si ripete, continuamente.

Nei terreni indisturbati, come si trovano nelle foreste e le praterie, l’etilene può essere continuamente misurato nell’atmosfera del terreno, indicando che il ciclo etilene- ossigeno sta funzionando efficientemente. Invece, nella maggior parte dei terreni agricoli, le concentrazioni di etilene sono estremamente basse o non esistenti. Questo è prevedibile se l’etilene gioca un ruolo importante nel regolare l’attività microbiche nel terreno. E` ben noto che in ecosistemi indisturbati, dove c’è un movimento lento e bilanciato della materia organica, il riciclaggio efficiente dei nutrienti vegetali e le malattie delle piante portate dal suolo sono fattori non importanti.

Quando questi ecosistemi vengono disturbati per usi agricoli o forestali, la situazione cambia drammaticamente; c’è un declino allarmante della quantità di materia organica nel suolo, le deficienze nutritive nelle piante diventano fattori comuni e l’incidenza di malattie nelle piante cresce drammaticamente. Noi cerchiamo di ovviare a questi problemi con l’addizione di fertilizzanti inorganici e con l’uso di pesticidi, il che incrementa considerevolmente i costi di produzione. E’ anche generalmente vero che più lavoriamo il terreno, e più abbiamo bisogno di additivi per continuare ad ottenere le stesse quantità di raccolto.

Secondo noi questa tendenza può essere invertita, almeno parzialmente, se possiamo creare condizioni favorevoli alla produzione di etilene in questi suoli disturbati.

Sappiamo ora che uno dei motivi principali per cui i terreni agricoli disturbati falliscono nella produzione di etilene è che le nostre tecniche causano un cambiamento nella forma di azoto nel terreno. Nei terreni indisturbati, come nelle foreste e praterie, praticamente tutto l’azoto presente è nella forma di ammonio con una piccola traccia di nitrato di azoto presente. Quando questi sistemi vengono disturbati per usi agricoli, praticamente tutto l’azoto del suolo è in forma nitrata. Questo cambiamento nella forma di azoto avviene perché i disturbi associati all’attività agricola stimolano l’attività di un gruppo specifico di batteri che convertono ammonio di azoto in nitrato di azoto. Le piante e i microrganismi possono utilizzare entrambe le forme di azoto, ma la nostra ricerca ha dimostrato in modo definitivo che la produzione di etilene viene inibita quando vi sono oligo elementi di nitrato. L’ammonio di azoto non ha questo effetto inibitorio sulla produzione di etilene. Il nitrato di azoto arresta la produzione di etilene perché interferisce con la formazione di micrositi anaerobici. Quando tutto l’ossigeno nei micrositi viene consumato, avviene una serie di cambiamenti chimici complessi. Uno dei cambiamenti più importanti è il passaggio del ferro dalla sua forma ossidata o ferrica alla forma ridotta, o ferrosa. Il ferro è uno dei componenti più importanti del terreno, costituendone tra il 2 e il 12% del suo peso. Nel suolo adeguatamente areato,praticamente tutto il ferro esiste come minuti cristalli di ossido di ferro ed in questa forma ossidata o ferrica è immobile nel suolo. Se l’ossigeno viene completamente consumato nei micrositi del suolo, ed esistono condizioni di riduzione, questi cristalli minuti si disintegrano e il ferro si trasforma nell’altamente mobile forma ferrosa o ridotta.

Ancora una volta la nostra ricerca ha dimostrato che la produzione di etilene avviene nel terreno solamente quando il ferro è nella sua forma ridotta o ferrosa. In altre parole, il ferro ferroso è un innescatore specifico della produzione di etilene.

Se nei micrositi non c’è alcun ossigeno, ma è presente il nitrato di azoto, si inibiscono i complessi cambiamenti chimici che portano alla riduzione del ferro dalla forma ferrica a quella ferrosa.. Cosi’ il nitrato di azoto arresta la produzione di etilene.

Come viene provocato il rilascio dell’etilene nel terreno da parte del ferro ferroso? Questa forma di ferro reagisce con un precursore dell’etilene che è già presente nel terreno e avviene una reazione che risulta nel rilascio di etilene.

Il nostro lavoro ha stabilito che questo precursore origina dalle piante e, più importante, si accumula in quantità apprezzabili solo in piante vecchie e senescenti. Quando queste vecchie foglie cadono sul terreno e si decompongono, il precursore si accumula nel terreno. Poi, quando le condizioni diventano favorevoli per la mobilitazione del ferro ferroso, si produce etilene.

Abbiamo anche dimostrato che la quantità di precursori che si accumula nelle foglie, varia notevolmente in specie vegetali differenti. Questa è una cosa importante da sapere quando si seleziona una specie di piante da utilizzare come raccolto di copertura per incrementare l’abilità del terreno agricolo di produrre etilene.

Alcune delle specie di piante che producono un’alta concentrazione di precursori sono:

Riso, phalaris, typha, crisantemi, avocadi e Pinus radiata. Alcuni dei bassi produttori includono soia, paspalum, lucerna e felci.

{nota del traduttore: l’autore parla di climi semi tropicali, come l’Australia}

In retrospettiva,non dovrebbe essere troppo sorprendente che il precursore dell’etilene si accumula apprezzabilmente soltanto in foglie vecchie, morte. Dopotutto, in comunità naturali di piante, le vecchie foglie morte rappresentano la maggioranza dei rifiuti che cadono al suolo.

E’ anche ugualmente chiaro che in situazioni agricole la maggior parte delle vecchie foglie delle piante viene rimossa o durante il raccolto o col pascolo, o bruciando i residui del raccolto. Dunque, i terreni agricoli sono di solito deficienti in precursori. E’ ora possibile specificare le condizioni del terreno necessarie per la produzione di etilene:

1. Ci deve inizialmente essere un’intensa attività aerobica microbiche, almeno nella rizosfera, per garantire la formazione di micrositi anaerobici, liberi da ossigeno.

2. Le condizioni nei micrositi devono essere sufficientemente ridotte per mobilizzare il ferro ferroso nel catalizzare il rilascio dell’etilene.

3. Le concentrazioni di nitrato di azoto nel terreno devono rimanere a livello di traccia, altrimenti non si mobilita il ferro ferroso.

4. Ci devono essere adeguate riserve di precursori dell’etilene nel terreno.

MOBILIZZAZIONE DI NUTRIENTI ESSENZIALI DELLE PIANTE

Nella gran parte dei terreni agricoli, il rifornimento inadeguato di nutrimenti essenziali alle piante è una delle limitazioni maggiori della crescita delle piante. Questo avviene anche se ci sono riserve adeguate di questi nutrimenti nel terreno, ma sono contenuti in forme altamente insolubili.

Il loro alto livello di insolubilità previene perdite per drenaggio dal terreno, ma poiché sono accessibili alla pianta solo quando in forma solubile, si creano problemi di velocità di accesso per le piante.

La formazione di micrositi anaerobici nella rizosfera delle piante, che é di tale fondamentale importanza per la produzione di etilene, può giocare un ruolo critico nella mobilizzazione e dunque velocità di accesso delle piante a questi nutrimenti essenziali. Questo meccanismo ruota intorno all’importanza del ferro nel terreno. Come abbiamo già discusso, in condizioni normali, la maggior parte del ferro nel terreno appare in minuti cristalli di ossido di ferro. Questi cristalli hanno una superficie larga e sono altamente carichi. Come conseguenza, i nutritivi delle piante come il fosfato, zolfato e le tracce di elementi, si legano saldamente alle superfici di questi cristalli. In questa forma sono virtualmente non accessibili alle piante.

Se, comunque, si sviluppano micrositi anaerobici, questi cristalli si spezzano e rilasciano i nutrienti legati, che la pianta può allora utilizzare.

Al tempo stesso, alte concentrazioni di ferro ferroso (in forma ridotta e mobile) vengono rilasciate nella soluzione terrena nel microsito. Gli altri nutrienti essenziali delle piante, incluso il calcio, il potassio, magnesio e ammoniaca, vengono con-tenuti sulla superficie delle argille e delle materie organiche.

Quando le concentrazioni di ferro ferroso aumentano talmente, questi nutrienti vengono spostati dal ferro ferroso nella soluzione terrena, dove diventano anch’essi disponibili per l’assorbimento dalle radici alle piante.

Poiché è più probabile che i micrositi anaerobici si formino nella rizosfera delle piante, i nutrimenti vengono mobilizzati esattamente dove richiesti dalla pianta.

Un altro vantaggio di questo meccanismo e’ che se i nutrimenti rilasciati non vengono utilizzati dalla pianta, non possono essere drenati nel terreno. Appena migrano ai bordi dei micrositi anaerobici, avviene la riossidazione del ferro, con la ri-cristallizzazione dell’ossido di ferro. Questi cristalli rilegano poi i nutrienti e prevengono la loro dispersione per drenaggio.

Le condizioni del suolo necessarie affinché questo meccanismo possa operare sono identiche a quelle richieste per la produzione di etilene. Dunque in terreni agricoli, dove la produzione di etilene è inibita o pregiudicata, anche questo meccanismo di mobilizzazione dei nutrienti viene ristretta.

Di nuovo, in queste condizioni, le elevate concentrazioni di nitrogeno di azoto che avvengono nei terreni agricoli sono il maggior inibitore di un’efficace mobilizzazione di sostanze nutritive.

Si richiede dunque l’alterazione di alcune pratiche stabilite dell’agricoltura, per una gestione dei terreni che dia buoni risultati, e che incrementi la probabilità di formazione di micrositi anaerobici, i quali aiuteranno a garantire un ciclo ossigeno-etilene equilibrato ed ad intensificare la mobilizzazione di nutrimenti essenziali alle piante.

Per esempio, richiederanno una modifica le tecniche mirate ad incrementare lo stato di areazione ed ossidazione del suolo, che nell’immediato danno una crescita delle piante maggiore, ma creano rapidamente problemi di carenze nutritive ed una maggiore incidenza di malattie.

Richiedono una riesaminazione anche i trattamenti che stimolano i livelli di nitratazione ( trasformazione di ammonio di azoto in nitrato di azoto), come l’uso eccessivo di fertilizzanti azotati, un uso dominante di coltivazioni di legumi, o l’eccessiva rimozione di piante con troppa pastorizia od operazioni forestali.

Alcune linee di guida pratiche per una buona gestione del suolo includono:

1. E’ essenziale che i residui organici vengano continuamente rimessi nel terreno. I residui organici contengono nutrimenti essenziali per le piante, sono riciclabili e stimolano l’attività microbica nel terreno, riforniscono i precursori dell’etilene, e restringono la velocità di nitratazione del suolo. E’ meglio usare piante mature come sorgente di emendamenti organici ed è meglio restituire i residui alla superficie del terreno che incorporarli nel suolo.

2. Tecniche di zappatura minima dovrebbero essere utilizzate ovunque praticabile. Questo assicura che le piante crescano nel terreno praticamente in continuazione, che ci sia un disturbo minimo al terreno, ed aumenta la quantità di materia organica che viene resa al suolo. Di nuovo, quando utilizziamo queste tecniche, la probabilità di nitratazione viene ristretta.

3. In alcune situazioni sarebbe consigliabile aggiungere degli inibitori chimici della nitratazione ( N-Serve o Terrazole, per es.) nel terreno, insieme agli emendamenti azotati, per assicurarsi ulteriormente che la nitratazione sia ristretta.

 

Libera Scuola d'Agricoltura Sinergica Emilia Hazelip

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