Terra, Vento e… Gelo! La Mia Battaglia Contro l’Erosione con Biochar e Cianobatteri

Amici lettori, oggi voglio portarvi con me in un viaggio un po’ particolare, tra polvere, vento sferzante e temperature che fanno battere i denti. Immaginatevi le vaste aree minerarie aride, come quelle di Bayan Obo nel nord della Cina. Luoghi affascinanti, certo, ma anche incredibilmente fragili. Qui, l’erosione eolica è un problema serissimo: il vento si porta via il suolo fertile, disperde inquinanti e rende la vita difficile. E come se non bastasse, c’è un altro nemico subdolo: il ciclo di gelo-disgelo.

Sì, avete capito bene. In queste zone, le temperature scendono sotto zero di notte per poi risalire durante il giorno, specialmente in autunno e primavera. Questo continuo “stress termico” fa a pezzi la struttura del suolo, lo rende friabile e ancora più vulnerabile al vento. È un circolo vizioso che sembra non avere fine.

I Nostri Eroi Microscopici: I Cianobatteri

Da tempo, noi scienziati guardiamo con interesse alle cosiddette croste biologiche del suolo, e in particolare a quelle formate dai cianobatteri. Questi microrganismi sono dei veri e propri ingegneri dell’ecosistema nelle aree aride. Come fanno? Beh, producono delle sostanze appiccicose, chiamate polisaccaridi extracellulari (EPS), e crescono formando una sorta di rete filamentosa che lega insieme le particelle di suolo. Pensatela come una coperta naturale che protegge il terreno.

Il problema è che anche questi piccoli eroi soffrono il freddo. I cicli di gelo-disgelo possono danneggiarli, ridurre la loro biomassa e, di conseguenza, la loro capacità di contrastare l’erosione. Quindi, avevamo bisogno di un “superpotenziamento” per loro.

L’Alleato Inaspettato: Il Biochar

Ed è qui che entra in gioco il biochar. Cos’è? Immaginate del materiale organico (nel nostro caso, stocchi di mais) riscaldato ad alte temperature in assenza di ossigeno. Il risultato è una sostanza carboniosa, porosa, stabile e ricca di proprietà benefiche per il suolo. Il biochar è un campione nell’assorbire e trattenere l’acqua, migliora la fertilità e la struttura del terreno, e aumenta la stabilità degli aggregati del suolo.

La nostra idea, o meglio, la nostra ipotesi, era questa: e se combinassimo la forza dei cianobatteri con le virtù del biochar? Forse il biochar potrebbe aiutare i cianobatteri a resistere meglio agli stress del gelo-disgelo e, insieme, potrebbero formare una difesa ancora più efficace contro l’erosione eolica.

La Nostra “Avventura” in Laboratorio

Per mettere alla prova questa idea, abbiamo ricreato in laboratorio le condizioni estreme di queste aree minerarie. Abbiamo preso del suolo dall’area di Bayan Obo, un terreno sabbioso-limoso con poca coesione. Poi, abbiamo preparato quattro “ricette”:

• Suolo nudo e crudo (il nostro controllo, chiamato CK)
• Suolo con solo biochar (B)
• Suolo con solo cianobatteri (Microcolus vaginatus, per la precisione) (C)
• Suolo con la nostra super-combinazione: biochar e cianobatteri (CB)

Abbiamo coltivato i cianobatteri per 60 giorni in condizioni ottimali, e poi abbiamo iniziato a “torturare” i nostri campioni con 30 cicli di gelo-disgelo: 12 ore a -15°C e 12 ore a temperatura ambiente. Dopodiché, via nella galleria del vento, per vedere quanto suolo veniva spazzato via a diverse velocità (da 6 a 15 m/s).

Durante tutto l’esperimento, abbiamo tenuto d’occhio un sacco di parametri: pH, densità apparente, porosità, contenuto d’acqua, aggregati del suolo, composizione delle particelle (sabbia, limo, argilla) e persino la forza della superficie del suolo.

Cosa Abbiamo Scoperto? Il Gelo-Disgelo Non Scherza!

Prima di tutto, i cicli di gelo-disgelo hanno un impatto notevole sulle proprietà del suolo. In generale, abbiamo visto che con l’aumentare dei cicli:

• Il pH tendeva a diminuire.
• La densità apparente del suolo diminuiva (il suolo diventava meno compatto).
• La porosità aumentava.
• Il contenuto di argilla e degli aggregati più grandi (>0.25 mm) diminuiva.
• Il contenuto di sabbia e di acqua nel suolo aumentava.

L’analisi statistica (il coefficiente di correlazione di Pearson, per i più curiosi) ha confermato queste tendenze. La percentuale di argilla è risultata la più sensibile a questi cambiamenti, con un coefficiente di variazione del 27%. Insomma, il gelo-disgelo rimescola le carte in tavola, e non sempre in meglio per la stabilità del suolo.

La Combo Vincente: Biochar + Cianobatteri (CB)

E ora, il momento della verità: come si sono comportati i nostri trattamenti nella galleria del vento? Beh, i risultati sono stati entusiasmanti! Il gruppo CB (biochar + cianobatteri) è stato il campione indiscusso nella riduzione dell’erosione. Pensate un po’: a una velocità del vento di 15 m/s, dopo 30 cicli di gelo-disgelo, la riduzione dell’erosione nel gruppo CB ha raggiunto un incredibile 64.73% rispetto al suolo nudo! Mica male, eh?

Ma perché questa combinazione funziona così bene? Le osservazioni al microscopio elettronico a scansione (FESEM) ci hanno dato una grossa mano a capirlo. Prima del gelo-disgelo, nei campioni con cianobatteri, vedevamo i filamenti algali intrecciarsi con le particelle di suolo. Aggiungendo il biochar, questa rete diventava ancora più fitta e robusta. Il biochar sembra proprio stimolare la crescita dei cianobatteri e la produzione di quelle “colle” naturali (gli EPS).

Dopo i cicli di gelo-disgelo, nei campioni con solo cianobatteri (C), i filamenti apparivano danneggiati, spezzati. Ma nel gruppo CB, i filamenti erano molto più integri! Il biochar, con la sua bassa conducibilità termica e la sua capacità di regolare la temperatura, sembra agire come uno “scudo termico”, proteggendo i cianobatteri dai danni del freddo.

Il Segreto è negli Aggregati e nell’Argilla

L’analisi di ridondanza (RDA), uno strumento statistico che ci aiuta a vedere le relazioni tra molte variabili, ha indicato che i fattori chiave che influenzano l’erosione eolica sotto l’azione del gelo-disgelo sono principalmente la composizione in argilla del suolo e il contenuto di aggregati maggiori di 0.25 mm. Entrambi questi fattori erano negativamente correlati con l’intensità dell’erosione: più ce n’è, meno erosione c’è.

E indovinate un po’ quale gruppo aveva i valori più alti di argilla e di aggregati stabili, anche dopo 30 cicli di gelo-disgelo? Esatto, il gruppo CB!
I cianobatteri, con i loro EPS, aiutano ad aggregare le particelle fini come l’argilla, formando strutture più grandi e resistenti. Il biochar, da parte sua, fornisce siti di adsorbimento per queste particelle, migliora il contenuto di carbonio organico (che è un altro “cemento” naturale) e, come abbiamo visto, protegge i cianobatteri. Inoltre, i gruppi funzionali presenti sulla superficie del biochar (come gruppi idrossilici e carbossilici) possono legarsi con i polisaccaridi degli EPS, creando legami ancora più forti e stabili.

Un altro aspetto interessante è che il biochar, grazie alla sua porosità, migliora la ritenzione idrica. Un moderato contenuto di umidità può rafforzare la coesione tra le particelle del suolo, rendendo la struttura più stabile e meno suscettibile ai danni da gelo-disgelo e, quindi, all’erosione.

Cosa Significa Tutto Questo?

Beh, i risultati di questo studio sono davvero promettenti. L’incorporazione combinata di biochar e croste di cianobatteri si è dimostrata una strategia molto efficace per ridurre l’erosione eolica del suolo nelle aree minerarie aride soggette a cicli di gelo-disgelo. Non solo migliora la stabilità degli aggregati e la tessitura del suolo, ma protegge anche i cianobatteri, permettendo loro di svolgere al meglio il loro lavoro di “guardiani del suolo”.

Certo, siamo ancora a livello di laboratorio, ma queste scoperte aprono la strada a nuove soluzioni pratiche per il recupero ambientale di queste zone così difficili. Pensate alle implicazioni: meno polvere, suoli più stabili, un ambiente più sano per tutti. È un piccolo passo per la scienza, ma potenzialmente un grande passo per la lotta contro la desertificazione e il degrado del suolo.

Personalmente, trovo affascinante come la combinazione di un prodotto derivato da biomassa (il biochar) e di organismi viventi (i cianobatteri) possa offrire soluzioni così potenti a problemi ambientali complessi. È la dimostrazione che, a volte, le risposte migliori si trovano proprio nell’osservare e imitare la natura, magari dandole una piccola “spinta” tecnologica.

La ricerca continua, ovviamente. Ci sono ancora molti aspetti da approfondire, come la durata a lungo termine di questi effetti in condizioni di campo reali e l’ottimizzazione delle dosi e dei metodi di applicazione. Ma la strada intrapresa sembra quella giusta, e la speranza di rendere queste terre aride e ventose un po’ più verdi e stabili è oggi un po’ più concreta.

Fonte: Springer