Una diagnosi per il nostro suolo
In molti luoghi i suoli soffrono a causa dell'uso intensivo dell'agricoltura. Ora i ricercatori dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato un test rapido per misurare la qualità del suolo in loco. In futuro, gli agricoltori potranno utilizzarlo per monitorare in modo indipendente la salute dei loro terreni agricoli.
Molti di noi non prestano quasi attenzione al suolo e lo calpestano con noncuranza. Eppure il suolo è vitale per noi: come terreno coltivabile, ci nutre, serve come riserva d'acqua e di nutrienti e, poiché lega il carbonio, influenza anche la quantità di CO2 nell'aria e quindi il riscaldamento globale. Ma il nostro suolo è in cattive acque: "L'uso intensivo dell'agricoltura ha impoverito il suolo in molti luoghi", afferma Sonia Meller, scienziata del suolo dell'ETH di Zurigo. Insieme alla scienziata agraria Hélène Iven, ha sviluppato un sensore chiamato Digit Soil, che per la prima volta può essere utilizzato per misurare la qualità del suolo in loco, in modo rapido ed economico.
Terreno malato
È urgente un monitoraggio migliore e più attento dei suoli. Secondo l'Organizzazione delle Nazioni Unite per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO), nel 2011 un quarto dei terreni coltivabili del mondo era già degradato. Ciò significa che il suolo non contiene più materia organica in cui avvengono i processi di trasformazione vitali: Insetti e microrganismi decompongono parti di piante e animali morti scomponendoli nei loro componenti chimici con l'aiuto di enzimi, producendo così materiali da costruzione e sostanze nutritive per le nuove piante in crescita. Tuttavia, con l'avanzare della degradazione, il suolo perde questa funzione ecologica e diventa sterile. Non è più in grado di fornire un habitat per i piccoli animali e non può più immagazzinare acqua e sostanze nutritive. La concimazione, quindi, non è più utile. I nutrienti introdotti vengono dilavati con le piogge successive.
Per scoprire come si comportano i terreni agricoli, vengono già analizzati sistematicamente, ma solo su larga scala e a lunghi intervalli, perché le misurazioni sono lunghe e costose. I campioni di suolo non vengono misurati in loco, ma in laboratori specializzati. "Questo cambia le condizioni dei campioni e può falsare i risultati", dice Meller. Inoltre, per la preparazione e la misurazione dei campioni vengono utilizzati metodi diversi. Ciò rende difficile confrontare i risultati ottenuti in luoghi e momenti diversi.
Terra fluorescente
Meller e Iven vogliono cambiare questa situazione con il loro nuovo sensore portatile. Nello specifico, la piccola scatola delle dimensioni di un libro in brossura misura l'attività di una serie di enzimi che decompongono il materiale organico nel terreno - tra cui le fosfatasi, che scompongono i componenti chimici contenenti fosforo, le glucosidasi, che scindono le molecole di zucchero, e le peptidasi, che scompongono le proteine nei loro mattoni.
Il fulcro del sensore è una membrana quadrata sulla quale vengono applicate, in campi separati, diverse molecole come substrati per gli enzimi del suolo. Il punto forte: i substrati contengono un blocco chimico che diventa fluorescente non appena vengono elaborati dagli enzimi. La luminosità di questa fluorescenza, e quindi anche l'attività degli enzimi, viene misurata dall'elettronica del sensore. A tal fine, è sufficiente premere il sensore con la membrana nel terreno. Dopo alcuni minuti, i risultati vengono memorizzati su una chiavetta USB.
Le attività enzimatiche misurate permettono di trarre conclusioni sulla qualità del suolo e sugli effetti delle misure agricole, come l'uso di pesticidi o la lavorazione del terreno. L'aratura intensiva, ad esempio, porta a una riduzione dell'attività enzimatica nel tempo, a causa della perdita di organi. "Questo ci permette di riconoscere l'inizio del degrado", spiega Hélène Iven.
Concimare o non concimare?
Tuttavia, i processi nel suolo sono molto complessi ed è ancora difficile ricavare dalle misurazioni raccomandazioni dirette per l'agricoltura. "Dobbiamo prima indagare in modo più dettagliato su come le attività enzimatiche, che ora possiamo misurare rapidamente e in modo standardizzato, siano collegate alla qualità del suolo", spiega Sonia Meller. "Gli sviluppatori riceveranno presto il supporto dei primi clienti per la raccolta dei dati. Quest'anno, alcuni ricercatori inizieranno a testare una prima versione del Digit-Soil-Sensor, ad esempio presso l'Istituto di ricerca sull'agricoltura biologica FiBL. I loro dati aiuteranno gli sviluppatori a convalidare il metodo di misurazione e a collegare i risultati con i processi del suolo.
L'obiettivo è quello di utilizzare il test rapido per mappare quali misure influenzano il suolo e in che modo. In questo modo, vogliono fornire alle autorità uno strumento per promuovere la salute sostenibile del suolo. In futuro, gli agricoltori dovrebbero anche essere in grado di utilizzare il sensore in modo indipendente per monitorare la qualità dei loro terreni agricoli e l'effetto delle misure stesse - ad esempio, quali fertilizzanti e pesticidi spruzzano sui loro campi e quali sarebbe meglio evitare.
Meller e Iven hanno vinto una borsa di studio Pioneer dell'ETH con la loro idea nel 2020. Attualmente stanno lavorando per rendere il sensore ancora più compatto. Entro la fine del 2021, dovrebbe anche essere in grado di trasmettere i dati di misurazione in modalità wireless a computer o telefoni cellulari.
Ulteriori informazioni
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