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Benedetti Anna
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Cardinali Gianluigi
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Quaranta Fabrizio
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Gestione sostenibile delle colture e sistemi colturali a basso impatto

Tecniche di gestione e fertilità del suolo in Agricoltura biologica

Marcatori di qualità del suolo utili al controllo dei processi produttivi in biologico - MARKERINBIO

Coordinatore: CRA-RPS. http://rps.entecra.it

Date:

Il progetto affronta il problema del monitoraggio degli effetti che una diversa gestione del suolo produce sulla fertilità biologica quale espressione delle attività metaboliche che si sviluppano nel suolo ad opera dei microrganismi e quali effetti metabolici possono essere evidenziati nella corrispondente coltura al fine di individuare marcatori metabolici in grado di discriminare tra colture biologiche, convenzionali e biotecnologiche. In particolare verranno messe a confronto tecniche di produzione biologica, convenzionale e biotecnologia, nell’intento di individuare indicatori utili al monitoraggio spazio-temporale di potenziali effetti o alterazioni della fertilità del suolo di colture biologiche da parte di convenzionali o biotecnologiche.
L’espandersi nel mondo di produzioni biotecnologiche rende necessario in agricoltura biologica una particolare attenzione alla predisposizioni di piani di coesistenza tra le diverse realtà produttive che garantiscano il produttore biologico da qualsiasi impatto che possa intervenire a carico delle produzioni.
Pertanto il progetto intende anche fornire un contributo conoscitivo a due diverse esigenze che emergono da parte del legislatore che deve predisporre piani di monitoraggio nazionale a tutela della qualità delle produzioni e dell’ambiente in agricoltura biologica in regime di coesistenza con colture transgeniche e relative al controllo post commercializzazione di semente transgenica; la legislazione vigente infatti impone da un lato un piano di monitoraggio degli effetti diretti e differiti di colture transgeniche sul suolo e dall’altro l’individuazione di marcatori della qualità del suolo utili alla gestione sostenibile in agricoltura biologica (Direttiva CE 2001/18, D.L. 224/2006). Uno dei principali interrogativi che emerge nella predisposizione di piani di coesistenza tra le tre diverse gestioni agronomiche riguarda gli effetti sul suolo. Infatti non si hanno a tutt’oggi esperienze di lunga durata su colture biotecnologiche che possano fornire indicazioni utili sul tempo necessario di ritiro di un suolo dalla coltivazione prima di un nuovo investimento a convenzionale o a biologico al fine di evitare potenziali inquinamenti o alterazioni alle produzioni. Non esistono altresì evidenze sperimentali di lunga durata in Italia sulla contemporanea presenza sul territorio di colture allevate in regime di coesistenza, pertanto si rende necessario individuare dei marcatori utili al monitoraggio della qualità del suolo al fine di fornire utili indicazioni nella predisposizione di un piano di sorveglianza nazionale, come previsto dalla normativa vigente nel monitoraggio post commercializzazione di semente transgenica. Nel corso degli ultimi cinque anni, a livello nazionale sono stati condotti alcuni progetti di ricerca e monitoraggio derivanti dalle indicazioni dell’allegato II alla Direttiva CE 18/2001, secondo il quale gli effetti negativi possono comprendere pressioni sulla dinamica di popolazione.
Altro aspetto che si vuole affrontare nel progetto riguarda la tracciabilità di pratiche ammesse e non ammesse dai disciplinari del biologico mediante l’utilizzo di marcatori metabolici. Non esistono infatti controlli differiti relativamente alle pratiche di concimazione. La normativa vigente in materia di produzione biologiche ammette per la fertilizzazione delle colture i prodotti riportati nel regolamento comunitario n. 1488 /97 G.U. delle comunità europee n.202 del 30.07.1977.
Come coltura-studio verrà presa in considerazione quella del frumento duro. In particolare, il frumento costituisce uno dei maggiori componenti delle diete nel mondo per la sua adattabilità agronomica, facilità di conservazione, bontà nutrizionale e possibilità di dar luogo, mediante trasformazione, ad una grande varietà di prodotti (pane, pasta etc.). Il frumento presenta variazioni considerevoli nella durezza e viene generalmente classificato in “Triticum vulgare o aestivum” e “Triticum durum”. Il primo è il grano tenero con cariossidi friabili ed utilizzato nei processi di panificazione, il secondo invece è il grano duro utilizzato per la produzione della pasta. Il frumento e i suoi derivati costituiscono una importante risorsa nutritiva, essendo ricchi di fibre, carboidrati, proteine, vitamine, ferro, calcio, potassio, zinco, fosforo e magnesio. Le classi principali dei componenti presenti nella cariosside sono: carboidrati (70 - 80% della farina disidratata), lipidi (1.5 - 2.5% della farina disidratata) e proteine (8 - 18% della farina disidratata).
Tra queste frazioni si ritiene che quella proteica sia la più importante nell’influenzare le caratteristiche reologiche dell’impasto del frumento, e per tale motivo da molti anni è oggetto di studio.

La fertilizzazione organica e quella minerale
L'efficienza d'uso dei fertilizzanti azotati nelle piante coltivate, in particolare nei cereali, e' ancora oggi inferiore al 50% e i genotipi di cereali rilasciati durante la "rivoluzione verde" sono stati in genere selezionati per rispondere ad elevati apporti di azoto con diminuzione dell'efficienza quando coltivati a basso livello di nutriente. Allo scopo di individuare elementi che possano portare ad un miglioramento di questa situazione, il progetto intende svolgere una analisi integrata a livello agronomico, fisiologico e molecolare dei meccanismi di assimilazione dell’ azoto, soprattutto della sua diversa utilizzazione nella sintesi quanti-qualitativa delle proteine a seconda che esso derivi da concimazioni organiche o da fertilizzazioni minerali. Nonostante siano state effettuate sperimentazioni di confronto tra i due tipi di coltivazione di frumento, biologica e tradizionale, sino ad oggi non ci risulta che tali confronti siano stati fatti utilizzando una tecnologia “high throughput” per l’analisi delle proteine, così come noi ci proponiamo di fare nel presente progetto di ricerca.
Secondo il modello agricolo biologico la gestione della fertilità del suolo e della nutrizione delle colture si basa principalmente sull’impiego delle risorse naturali e rinnovabili degli agroecosistemi quali i residui vegetali, le coperture vegetali, il riciclaggio di effluenti zootecnici provenienti da aziende biologiche, ecc. Solo in un secondo momento si può fare ricorso a mezzi tecnici ausiliari per la fertilizzazione (fertilizzanti acquistati dal mercato), in quanto non tutte le colture riescono ad esprimere al meglio le loro caratteristiche di qualità in assenza di concimazioni dall’esterno, come nel caso specifico dei cereali (Perniola et al 2008).
La normativa europea, che regola i metodi di produzione biologica, prevede la possibilità di utilizzare i fertilizzanti ausiliari, dettando al contempo specifiche limitazioni nella loro composizione e nelle condizioni d’impiego. Parallelamente deve essere tenuta in conto la legislazione nazionale, che recepisce le norme europee completandole ed adattandole alle esigenze nazionali. Il principio vigente è che ogni mezzo tecnico impiegato in agricoltura biologica (dove le caratteristiche e le condizioni d’impiego possono essere più restrittive) debba comunque essere autorizzato per l’agricoltura convenzionale. Attualmente presso il Ministero per le Politiche Agricole Alimentari e Forestali vige un registro di fertilizzanti ammessi per le produzioni biologiche.
A livello di controllo delle pratiche delle produzioni biologiche non si dispone ancora oggi di controlli di tipo analitico sulla coltura e sul suolo in grado di discriminare se realmente una coltura biologica abbia ricevuto una concimazione azotata unicamente mediante prodotti ammessi dalla normativa vigente.

Figura 1. Classificazione delle proteine della cariosside del grano

Stato dell'arte generale sull’argomento del progetto
La qualità di un area o di un territorio può essere stimata con l’uso di opportuni indicatori ambientali, strumento in grado di rappresentare, con differenti livelli di approssimazione, particolari condizioni (eventi, processi, stati complessivi di qualità o criticità) dell’ambiente (OCSE, 1993, Benedetti e De Bertoldi 2000). Secondo l’OCSE un buon indicatore deve essere caratterizzato da rappresentatività, accessibilità, affidabilità ed operatività. Utilizzando indicatori la cui variabilità è stimabile intorno al 20% come ad esempio i bioindicatori, è opportuno non impiegare un solo indicatore, ma definire la qualità ambientale con l’utilizzo simultaneo di più indicatori. Diversi indicatori possono infatti contribuire con peso diverso alla definizione di un unico obiettivo di qualità. Occorre in primo luogo ponderare in modo opportuno l’importanza dei singoli indicatori individuando un livello gerarchico e quindi selezionare quelli utili alla valutazione dell’impatto oggetto dello studio. Ogni impatto rappresenta un caso studio a se e necessiterà di indicatori mirati e tarati allo scopo (Bloem et al 2006). E’ un errore gravissimo utilizzare in modo generalizzato indicatori trati su una determinata problematica.
Come già riconosciuto, appropriati metodi biologici del suolo combinati con proprietà fisico-chimiche potrebbero servire come indicatori dei cambiamenti della qualità del suolo. Tuttavia, Kennedy e Papendik (1995) evidenziarono che sebbene gli strumenti per caratterizzare il suolo siano numerosi, mancano le strategie per integrare questi strumenti per determinare la qualità del suolo e che si deve ancora individuare un dato indicatore per una data situazione. Questo problema dell’identificazione è probabilmente pronunciato in modo particolare per gli indicatori microbiologici e uno dei motivi principali per cui i test microbiologici non sono inclusi nelle analisi routinarie del suolo. I valori “ideali“ per una buona qualità del suolo non sono noti e l’ideale varia talvolta tra differenti tipologie di suolo. Sparling (1997) manifestò l’idea che si doveva essere più specifici su quali trend dovesse avere un indicatore microbiologico. Tuttavia, sulla base di questa esperienza per qualsiasi valore attuale è necessario l’utilizzo di metodi standardizzati. E’ importante che si consideri la standardizzazione di ogni aspetto del metodo, dal campionamento, attraverso lo stoccaggio ed il pretrattamento dei campioni fino all’attuale procedimento analitico, all’interpretazione e alla presentazione dei risultati. Queste materie richiedono anche molto sforzo. A causa della natura molto dinamica dei microrganismi, si deve porre particolare attenzione agli indicatori microbiologici durante lo stoccaggio ed al pre-trattamento dei campioni. Sebbene siano stati pubblicati diversi manuali metodologici, i metodi utilizzati negli studi scientifici sono quasi sempre modificati in qualche modo, e in un numero sorprendentemente alto di studi i campionamenti e i pre-trattamenti vengono descritti solo in modo molto approssimato. Potrebbero esserci anche teorie contraddittorie sulle funzioni di diversi tipi di terreno. Mentre un agricoltore approva una elevata mineralizzazione dell’N per supportare una elevata produttività, l’ambiente può essere a rischio di contaminazione di nutrienti per dilavamento. Tali contraddizioni non sono, tuttavia, specifiche per attributi biologici. Un esempio analogo potrebbe essere uno strato di argilla dura che può inibire la crescita delle radici e di conseguenza la produzione, o può anche prevenire il dilavamento dei nutrienti (Doran e Parkin, 1994). Un’altra ragione per le difficoltà di interpretazione è il caso di ampie fluttuazioni nel tempo dell’attività microbica di campo. L’utilizzo di metodi di laboratorio standardizzati permetterà di ovviare a questo problema. Standardizzando il campionamento in periodi influenzati il meno possibile dalle pratiche agricole, la riproducibilità dovrebbe incrementare. L’inconveniente con la misurazione in laboratorio è che il risultato non può essere direttamente interpretato come una misurazione quantitativa del ciclo dei nutrienti nel suolo.

Obiettivi generali
Il progetto intende contribuire al controllo della qualità delle produzioni biologiche in regime di coesistenza. Verranno forniti alle autorità di controllo degli strumenti analitici a livello del suolo in grado di discriminare produzioni biologiche su produzioni convenzionali e biotecnologiche.

Il progetto fornirà un contributo conoscitivo a diverse esigenze che emergono da parte del legislatore che deve predisporre piani di monitoraggio nazionale a tutela della qualità delle produzioni e dell’ambiente in agricoltura biologica in regime di coesistenza relative al controllo post commercializzazione di semente transgenica che impone un piano di monitoraggio degli effetti diretti e differiti di colture transgeniche, da un lato sul suolo e dall’altro sull’individuazione di marcatori della qualità del suolo utili alla gestione sostenibile in agricoltura biologica (Direttiva CE 2001/18, Dlv. 224/2006).
Il presente progetto si propone di mettere a punto una serie di procedure sperimentali, analitiche e bioinformatiche per valutare gli effetti di varie combinazioni di conduzione agricola e piante impiegate sulla fertilità e sulla complessità microbica, come marcatore globale dell’omeostasi ambientale.
Questo progetto ha funzione metodologica ed esplorativa in vista di un progetto di respiro nazionale in cui siano considerate situazioni colturali, geografiche e tecnologiche rappresentative della complessità che caratterizza l’agricoltura biologica italiana, con la finalità di stimare il reale impatto delle forme di agricoltura, convenzionale e biologica, e dei vari tipi di materiale vegetale sulla fertilità complessiva del suolo agrario.

Elenco delle unità operative partecipanti
UO1: Università di Perugia, Dip. Biologia Applicata, sez Microbiologia, Lab. Genetica e Filogenesi microbica
UO2: CRA-RPS Centro di ricerca per lo studio delle relazione tra pianta e suolo
UO3: Uni-Pisa (Dipartimento di Biologia delle Piante Agrarie-sez. FISIOLOGIA VEGETALE, Università di Pisa)
UO4: CRA-VQC Unità di ricerca per la valorizzazione qualitativa dei cereali

Descrizione dei ruoli e delle modalità di interazione delle U.O. partecipanti
Il coordinamento del progetto sarà affidato all’UO 2 CRA-RPS. L’allestimento e la cura dei campi sperimentali all’UO 4 CRA-VQC. Tutte le U.O. insisteranno sulle medesime parcelle sperimentali secondo il disegno sperimentale.

Benefici scientifici
Il progetto intende affrontare il problema della individuazione di marcatori metabolici utili alla tracciabilità e rintracciabilità delle produzioni biologiche atte a monitorare le tecniche di coltivazione. Tale problematica risulta essere nuova a livello di valutazione della gestione e della sostenibilità del suolo. Molto è stato fatto in termini di aumento o impatto positivo delle produzioni biologiche sulla fertilità del suolo, ma a tutt’oggi non si dispone di indicatori in grado di monitorare nel tempo ed in differita le pratiche utilizzate. Tale studio consente di mettere a disposizione delle autorità di controllo degli strumenti che una volta valicati potranno essere utilizzati. Tra le problematiche scientifiche ancora aperte nel campo dell’agricoltura biologica è la reale valutazione dell’aumento della biodiversità naturale a livello del suolo. Il progetto potrebbe fornire indicazioni utili a correlare la diversità microbica del suolo alle gestione agronomica in termini i diversità genetica e funzionale del sistema suolo. Altra problematica particolarmente innovativa affrontata dal progetto riguarda l’impatto che può derivare sulla biodiversità del suolo e quindi sulla sua fertilità in funzione dell’ingegnerizzazione che una stessa specie può aver ricevuto (wild tipe, breedeng convenzionale, transgenesi). L’organizzazione di un protocollo sperimentale del genere non trova al momento riscontro in nessuna ricerca riportata in letteratura e troverebbe grande accoglienza ed interesse da parte degli studiosi della materia. Inoltre consentirebbe di fugare alcuni tra gli interrogativi più frequenti in materia di valutazione di impatto delle coltivazioni biotecnologiche in relazione alle convenzionali e biologiche.

Benefici economici
Sono prevedibili benefici legati alla caratterizzazione delle produzioni ed alla facilità dei controllo. Attraverso l’uso di marcatori metabolici sarà possibile da parte delle autorità competenti poter allestire una rete di controllo analitico, di facile applicazione e dai costi contenuti. Benefici economici potranno derivare anche dalla certificazione delle produzioni da parte dei produttori sui consumatori, elemento questo di sicuro interesse da parte del consumatore di alimenti e prodotti biologici e quindi una maggiore facilità nella commercializzazione dei prodotti.

Impatto sociale
Sia l’agricoltura biologica che gli alimenti transgenici sono argomento di dibattito sociale. Molte prese di posizione del tutto arbitrarie e poco suffragate dalla ricerca scientifica cono apparse purtroppo sui media influenzando in maniera impropria l’opinione pubblica sia positivamente che negativamente nei confronti dell’agricoltura in generale, ma specificatamente nei riguardi dell’agricoltura biologica e biotecnologica. Il progetto intende fornire uno strumento d’analisi in grado di dimostrare attraverso analisi mirate gli eventuali benefici o danni che possono intervenire a carico delle coltivazioni in funzione della diversa pratica agricola. L’impatto sociale potrebbe essere importantissimo se attraverso il progetto si riuscisse a collaudare un protocollo d’indagine atto a garantire le produzioni. Una debita campagna di divulgazione delle attività è di fondamentale importanza per portare a conoscenza dell’opinione pubblica tali risultanze.

Impatto ambientale
La sostenibilità delle risorse ed in modo particolare quella del suolo sono un elemento portante del piano nazionale per l’agricoltura biologica. Parallelamente sta evolvendo la direttiva sulla conservazione del suolo che prevede degli interventi mirati dei diversi stati membri sul contenimento della perdita di sostanza organica e di biodiversità del suolo. L’agricoltura biologica pone la fertilità biologica del suolo tra gli elementi chiave per un corretto sviluppo delle produzioni. Il progetto fornirà elementi diagnostici in grado di tra metodo di produzione biologica, convenzionale e biotecnologia, pertanto potrà fornire indicazioni sul più appropriato uso del suolo e conseguentemente fornirà indicazioni utili alla pianificazione territoriale.