Inquinamento da nitrati: buone pratiche per mitigarlo e il ruolo delle cover crops

La lisciviazione dei nitrati è un effetto negativo innescato da concimazioni azotate sbagliate - per dosi, modalità o periodi di applicazione - soprattutto se il trattamento è avvenuto in concomitanza con meteo avverso. Infatti, un eccesso di azoto sotto forma di nitrato, può causare problemi all'ambiente quando non viene correttamente assorbito dalle piante ma allontanato per lisciviazione, drenaggio o ruscellamento dalle piogge.

 

Il compito degli agricoltori in primis è quello di rispettare le dosi e i periodi di concimazione migliori per le proprie colture. Ma a volte questo non basta, soprattutto quando è richiesta una concimazione pre semina nel periodo autunnale in cui solitamente piove spesso. Per questo un altro modo potrebbe essere la creazione di barriere naturali che separano i campi dalle fonti d'acqua vicine. Ad esempio, le fasce tampone e le cover crops possono trattenere o filtrare l'azoto trasportato dalle piogge.

 

Questa forma di inquinamento dell'agroecosistema è particolarmente pericolosa quando i terreni agricoli si trovano in zone considerate vulnerabili, come ad esempio vicino ai corsi d'acqua, dove genera uno squilibrio del sistema. 
Infatti, l'elevata concentrazione di azoto nelle acque favorisce la proliferazione delle alghe, che degradano l'ecosistema acquatico fino a "soffocarlo", causando perdita di biodiversità con la morta di flora e fauna autoctone. Questo fenomeno è detto eutrofizzazione.

 

Non solo. Un eccesso di azoto in campo ha conseguenze anche sulle colture: allunga la fase vegetativa a scapito di quella riproduttiva, riducendo l'allegagione dei fiori e favorendo invece un apparato fogliare più esteso, che richiede anche più acqua. L'accumulo di nitrati nelle parti eduli compromette la qualità dei prodotti, riducendo sapore e conservabilità a causa dell'eccesso di acqua nei frutti.

Addirittura, quando si concima con urea, l'ammoniaca che si produce può completamente inibire la germinazione dei semi.

 

Inoltre, l'eccesso di azoto nel suolo altera il sistema modificando il pH. Questa variazione può bloccare l'attività enzimatica dei microrganismi che lo popolano, con perdita di biodiversità microbica che influisce anche sulla quantità di azoto biodisponibile alle piante.

 

Le cover crops per trattenere azoto

Le cover crops sono efficaci nell'immagazzinare i nitrati durante la loro crescita vegetativa (inizio autunno), impedendo che vengano lisciviati in profondità fino alle falde acquifere o che vengano allontanati per ruscellamento superficiale verso altri corpi d'acqua. Inoltre, dopo che il ciclo delle cover crops si è concluso, con la pratica del sovescio che prevede l'interramento del materiale vegetale per apportare sostanza organica, l'azoto che hanno assorbito viene rilasciato al terreno e diventa successivamente disponibile per la coltura principale.

 

Per cover crops s'intendono colture di copertura a supporto e protezione del suolo e delle colture principali. Si tratta di specie erbacee non finalizzate alla raccolta che vengono seminate principalmente per proteggere il terreno e migliorare le sue caratteristiche in modo da avere una produzione sana e redditizia. Migliorano l'assorbimento dei nutrienti e le caratteristiche del suolo, tra cui la sua biodiversità e la capacità di ritenzione idrica; limitano l'erosione superficiale causata da acqua e vento, riducendo così anche la perdita di fertilizzanti, e contengono le specie infestanti. Tutte funzioni positive di cui la coltura principale beneficerà una volta concluso il ciclo della cover crop.

 

A livello globale, la presenza di cover crops ha ridotto il dilavamento dei nitrati del 69% rispetto al terreno lasciato a maggese, anche se l'efficacia può variare a seconda delle specie e dei generi coltivati.

 

Brassicaceae e Poaceae hanno mostrato l'effetto maggiore come cover crops, con una riduzione rispettivamente del 75% e del 52% della lisciviazione dei nitrati.
L'elevato potenziale di rimozione dell'azoto delle Brassicaceae può essere legato alla loro elevata richiesta del nutriente durante la fase di crescita vegetativa, oltre ad avere un apparato radicale profondo.
Tra le Brassicaceae, i generi Brassica (ad esempio senape, rapa da foraggio, senape bianca, colza foraggera) e Raphanus (ad esempio rafano Graza e rafano oleifero) si dimostrano i più efficaci.
Mentre tra le Poaceae, i generi più efficienti sono Avena (avena), Hordeum (orzo) e Secale (segale comune).

Altre specie valide come cover crops possono essere le graminacee e le specie a foglia larga, che riescono a ridurre il dilavamento dei nitrati dal 35% al 70%, a seconda del suolo, del clima e delle strategie di gestione.

 

Per quanto riguarda le specie leguminose, il genere Vicia (ad esempio veccia) contribuisce maggiormente nel ridurre la dispersione dei nitrati rispetto ai generi Trifolium (ad esempio trifoglio bianco, trifoglio di Kura, trifoglio sotterraneo). 

 

Tuttavia, rispetto a quanto ci si può comunemente aspettare, in una meta analisi aggiornata, le specie non leguminose si sono mostrate più efficaci come cover crops rispetto a quelle leguminose.

 

Buone pratiche agronomiche: concimare in tempi e dosi giuste

Oltre ad un'accurata scelta delle cover crops da utilizzare, rispettare le dosi di fertilizzazione consigliate e i tempi ottimali di somministrazione fa la differenza.

 

Un altro aspetto da tenere in considerazione sono le scelte agronomiche: seguire un piano di concimazione ad hoc riduce il pericolo di disperdere gli eccessi di azoto nell'ambiente. 

Attenzione alle dosi: l'applicazione eccessiva di concimi chimici azotati può provocare danni alle colture come bruciature delle punte, ingiallimento delle foglie inferiori, appassimento e allettamento delle piante, ustioni alle radici.

 

In più, se si impiegano fertilizzanti tecnologici come quelli a rilascio controllato (environmentally friendly fertilizers - Eff), che sono generalmente progettati rivestendo i nutrienti con materiali ecocompatibili che si degradano nel suolo, si riduce ulteriormente la lisciviazione dell'azoto e il pericolo di tossicità per l'ambiente.
Oppure i nanofertilizzanti a rilascio controllato e nanostrutturati (Controlled release nanofertilizers - Crnfs), che riducono le perdite di nutrienti, rilasciandoli in modo controllato in base alle esigenze delle colture.
O ancora i fertilizzanti a rilascio lento, come l'urea form, l'isobutilidene diurea (Ibdu) e la crotonilidene diurea (Cdu), sono stati sviluppati con l'obiettivo di rendere l'azoto disponibile per l'intero ciclo colturale, riducendone le perdite ed evitando un maggior numero di applicazioni.

 

La scelta del periodo e delle modalità di applicazione del fertilizzante comporta delle differenze.

Concimare in autunno è più rischioso per la degradazione delle falde acquifere, mentre se fatto in primavera, seguito da piccole integrazioni secondo necessità, l'assorbimento dell'azoto da parte delle colture è migliore, rispetto alla somministrazione della dose in un'unica soluzione, che agevola invece la lisciviazione dei nitrati.

 

Anche il tipo di lavorazione del terreno incide sull'efficienza del trattamento fertilizzante.

Da alcuni studi è emerso che la non lavorazione dei campi riduce la lisciviazione dei nitrati, ma risultati ancora migliori sono stati osservati sui campi lavorati secondo le tecniche convenzionali se accompagnati da colture cover crops, con una riduzione del 63%.
Questo tipo di gestione ha dato risultati migliori non solo rispetto alla non lavorazione (riduzione del 50%) ma anche alla minima (riduzione del 38%).

 

Consigliata anche l'applicazione di biochar al suolo. Si tratta di un ammendante a base di carbone vegetale in grado di trattenere i nitrati sulla sua superficie, legandoli chimicamente.

 

Inoltre, attenzione a quando il suolo diventa eccessivamente basico o acido: ne risentono anche i microrganismi che con le loro attività enzimatiche rendono disponibile l'azoto alle colture, e sono quindi influenzati dalle dosi di concimazione.

Per limitare queste problematiche, come detto sopra, si possono utilizzare cover crops, soprattutto in suoli franco-sabbiosi, dove hanno mostrato l'effetto maggiore nella riduzione del dilavamento dei nitrati (del 75%) e in quelli sabbiosi (del 61%).

 

Il problema: la dispersione dei nitrati di origine agricola nell'ambiente

L'azoto è uno dei macronutrienti fondamentali per la sopravvivenza delle piante, insieme a fosforo e potassio.

Non deve mai mancare nei terreni agricoli e per questo si fanno trattamenti con concimi azotati.

 

L'azoto è un elemento molto mobile nel suolo ed è soggetto a numerose trasformazioni chimiche, mediate dai microrganismi presenti a livello radicale, come azotofissazione, nitrificazione, denitrificazione e ammonificazione.

 

Le piante sono in grado di assorbire azoto quando si trova nelle forme di ione ammonio (NH₄⁺) e nitrato (NO₃^-), che sono anche quelle più comunemente presenti nei fertilizzanti.

 

Esistono diverse tipologie di concimi azotati che contengono azoto in diverse forme.

 

I principali concimi azotati e il loro contenuto percentuale di azoto

(Fonte: Water management for climate resilient agriculture advanced research and review in agronomy)

 

Allo stesso tempo però proprio l'azoto, sotto forma di nitrato, può causare problemi all'ambiente in seguito a trattamenti fertilizzanti non ottimali, proprio come abbiamo spiegato all’inizio di questo articolo.

 

Va comunque tenuto in considerazione che, anche in condizioni ideali, le piante utilizzano solo fino al 50% del concime azotato applicato; dal 2 al 20% viene volatilizzato, dal 15 al 25% reagisce con i composti organici presenti nei suoli argillosi e il restante 2-10% interferisce con le acque superficiali e sotterranee.

 

Direttive come il Regolamento fertilizzanti 1009/2019 e la Direttiva nitrati 91/676/Cee regolano gli apporti di azoto consentiti nei terreni agricoli, con l'obiettivo di proteggere le acque dall'inquinamento provocato dai nitrati provenienti da fonti agricole. In particolare, la direttiva nitrati impone dei limiti di azoto per anno nelle zone più vulnerabili (massimo 170 chili/ettaro); incentiva anche la rotazione colturale con specie leguminose, abili azotofissatrici che migliorano l'assorbimento dei nutrienti in maniera naturale, abbassando la necessità di ricorrere a fertilizzanti chimici.

 

L'adozione di cover crops in combinazione con tecniche come la lavorazione convenzionale, la creazione di fasce tampone vegetate lungo i corsi d'acqua e un attento piano di concimazione sono tutte strategie che contribuiscono a ridurre il rischio di inquinamento da nitrati, oltre a limitare l'erosione e il deflusso superficiali.

 

Concimazione azotata e zone agricole vulnerabili

Il nitrato è una forma stabile, ma molto mobile, di azoto ed è un indicatore ambientale utile per valutare l'inquinamento degli ecosistemi acquatici.
Dal momento che solo una parte dei fertilizzanti azotati viene correttamente assorbito dalle piante, i nitrati in eccesso possono arrivare ai corpi d'acqua, causando eutrofizzazione. Le alghe colonizzano e modificano l'ecosistema, creando un ambiente anossico, nei casi più estremi, che provoca la morte della fauna e flora acquatica autoctona.

 

Quindi cosa bisogna fare in aree agricole dove il potenziale di lisciviazione dei nitrati viene classificato da moderato ad alto?

 

Bisogna preferire concimi azotati ammoniacali, in quanto la forma ammoniacale di azoto è meno soggetta a perdite immediate per lisciviazione. 

Tuttavia, bisogna anche considerare che l'azoto ammoniacale si trasforma rapidamente in nitrato quando il suolo è caldo e umido. In queste situazioni, è consigliabile ricorrere a fertilizzanti azotati a rilascio lento (Srf) o controllato (Crf), che sono progettati per rilasciare l'azoto gradualmente.

 

Bibliografia e materiale di approfondimento consigliato

"Environmental, microbiological and chemical implications of fertilizers use in soils: a review" di Faiqa Amin e  Muhammad Idrees Jilani, International Journal of Chemical and Biochemical Sciences (Ijcbs), 25(18) (2024): 56-73

"When do cover crops reduce nitrate leaching? A global meta-analysis" di Amin Nouri, Scott Lukas, Shikha Singh, Surendra Singh e Stephen Machado, 2021

"Fertilizers and nitrate pollution of surface and ground water: an increasingly pervasive global problem" di Bijay-Singh e Eric Craswell, 2021

"Water management for climate resilient agriculture advanced research and review in agronomy", di Nallagatla Vinod Kumar, Rayapati Karthik e Sushma Sannidi e Rayapati Karthik, capitolo 1 "Impact of chemical fertilizer pollution on environment and the sustainable agricultural solutions" e capitolo 6 "Fertilizers and their role in plant growth", 2021

"Agronomia" di Paolo Ceccon, Massimo Fagnano, Carlo Grignani, Michele Monti e Simone Orlandini, Edises srl, 2021