La respirazione del suolo genera uno dei più grandi flussi di carbonio della Terra: troppo azoto, però, potrebbe far crollare questo ciclo vitale

Ogni giorno, sotto i nostri piedi, si consuma un dialogo silenzioso ma vitale tra l’atmosfera e il terreno. Sebbene l’attenzione globale sia spesso concentrata sulle emissioni industriali visibili a occhio nudo, esiste un flusso di carbonio monumentale che scaturisce direttamente dalle profondità delle foreste. Comprendere questo meccanismo è diventato cruciale, soprattutto oggi che le attività umane stanno alterando i più delicati equilibri chimici del pianeta. Un nuovo studio ha finalmente gettato luce su come uno degli inquinanti più diffusi, l’azoto, stia letteralmente modificando il ritmo di questo respiro sotterraneo.

L’azoto e il respiro profondo del nostro pianeta

Sotto la terra umida di una foresta viva, avviene uno dei processi più affascinanti e imponenti del pianeta. Mentre miliardi di microbi scompongono la materia organica, sottilissime radici espirano rilasciando impulsi costanti di anidride carbonica. Così la CO2 fissata dalle piante con la fotosintesi torna in atmosfera. Questo processo, noto come respirazione del suolo, è uno dei più grandi flussi di carbonio della Terra: si stima che emetta 7-8 volte la quantità di anidride carbonica di tutte le attività antropiche messe insieme.

La respirazione del suolo, generalmente, è così stabile da sembrare quasi un battito cardiaco costante. In molte foreste del mondo, però, questo battito sta cambiando. Come si legge in uno studio da poco pubblicato su Nature Communications, l’azoto proveniente dall’agricoltura, dal traffico di veicoli e dall’industria potrebbe interferire pesantemente con il respiro delle foreste.

Se è vero che inizialmente un aumento dell’azoto disponibile può stimolare la crescita, ed è esattamente per questo che lo si usa massicciamente in agricoltura, è anche vero che alcune foreste sono già sature di questo nutriente fondamentale. In queste foreste, spiegano i ricercatori, c’è il concreto rischio che un accumulo di azoto possa portare al crollo delle comunità biotiche e della respirazione del suolo. E questo effetto, graduale e pericolosamente invisibile, potrebbe essere una delle conseguenze più trascurate dell’inquinamento umano.

Azoto e foreste, un rompicapo globale da risolvere

La questione dell’inquinamento da azoto è spesso associata al concetto di “paradosso”. L’azoto che compone buona parte dell’atmosfera terrestre (N2), infatti, è un gas inerte, cioè che non reagisce facilmente e che non può essere usato direttamente dalla maggior parte degli esseri viventi. L’azoto che può legarsi facilmente, e quindi essere un mattone fondamentale per la vita sulla Terra, è detto “reattivo”. Questo azoto chimicamente e biologicamente attivo si trova in diversi composti organici e inorganici, tra cui gli ossidi di azoto, l’ammoniaca, i nitrati e i nitriti. E come si intuisce già da questa breve lista, può essere un nutriente ma anche un pericoloso inquinante.

In natura, la trasformazione dell’azoto inerte in elemento reattivo avviene in quantità minime, essenzialmente per azione dei fulmini e di alcuni batteri fissatori. Il problema dell’inquinamento da azoto nasce con l’attività antropica, che ha letteralmente raddoppiato la quantità di azoto reattivo sul pianeta. Ciò è avvenuto in particolare a causa di due fattori: l’invenzione del processo Haber-Bosch, che da oltre un secolo permette di convertire l’N2 in ammoniaca per la produzione industriale di fertilizzanti, e la combustione di fonti fossili, che rilascia ossidi di azoto nell’aria.

L’eutrofizzazione delle acque, le piogge acide e il danneggiamento dello strato di ozono che protegge il pianeta dalle radiazioni UV sono soltanto alcuni degli effetti più noti di questo tipo di inquinamento. Quanto al suo effetto sulle foreste, però, gli scienziati si trovano ad affrontare un vero e proprio enigma: in alcune foreste, l’inquinamento da azoto aumenta la respirazione del suolo; in altre, la diminuisce.

Respirazione del suolo: il “doppio schema” delle foreste

Come spiegano i ricercatori che hanno lavorato al nuovo studio, alcune ricerche precedenti hanno notato aumenti drammatici di CO2, mentre altri hanno registrato forti cali. Per trovare una sintesi globale che potesse dare senso a entrambi questi risultati, era necessario combinare i dati disponibili su una scala senza precedenti. Così, il team ha studiato 168 esperimenti di aggiunta di azoto nelle foreste globali, 3689 osservazioni della respirazione del suolo in condizioni naturali e dati sulla deposizione di azoto ad alta risoluzione, elaborando una mappa mondiale delle foreste in base al loro livello di saturazione da azoto. Utilizzando il machine learning, poi, hanno sviluppato un modello di come la respirazione del suolo risponde all’azoto in ogni regione boscosa della Terra.

Il risultato dell’indagine è chiaro: le foreste non seguono uno schema. Ne seguono due. In base alle condizioni di partenza, l’azoto può nutrire il terreno oppure provocare un crollo della respirazione. Nelle foreste con scarse quantità di azoto, comuni nelle regioni boreali e nelle remote aree montane, una piccola quantità di azoto agisce come il nutrimento tanto atteso. I microbi si moltiplicano, le radici crescono più vigorosamente, la decomposizione accelera e la respirazione del suolo aumenta. Ma solo fino a un certo punto.

All’aumentare dell’azoto, spiegano i ricercatori, la spinta si indebolisce. La tossicità aumenta. Il carbonio facilmente disponibile viene esaurito. Alla fine, la curva piega verso il basso a forma di U rovesciata: un aumento, un plateau e poi un declino. È, in pratica, la versione ecologica del troppo fertilizzante che brucia le radici di una pianta.

Nelle foreste già sature di azoto, però, la risposta è molto più brusca. L’eccesso di nutrienti porta alla mutazione delle specie microbiche. Quelle più sensibili scompaiono. Le radici sottili si restringono e muoiono. Il terreno diventa più acido. E la respirazione del suolo non semplicemente diminuisce, ma crolla. Un esito che è più comune nelle regioni che hanno decenni di inquinamento alle spalle, come alcune zone d’Europa, della Cina e degli Stati Uniti. In questi luoghi, spiegano, due foreste che ricevono lo stesso apporto di azoto possono rispondere in modi completamente diversi: una respira più velocemente, l’altra molto più lentamente.

Un motivo in più per combattere l’inquinamento da azoto

A livello globale, lo studio rileva che la deposizione di azoto aumenta la respirazione del suolo di circa il 5%. La maggior parte delle foreste del mondo presenta ancora livelli sufficientemente bassi di azoto, tanto che la sua aggiunta ha l’effetto di accelerare il metabolismo del suolo. Dove le foreste sono sature, però, il collasso della respirazione può riflettere il declino della biomassa microbica e dell’attività radicale – gli stessi processi che costruiscono e stabilizzano il carbonio nel suolo. In quelle regioni, spiegano i ricercatori, potrebbe essere rilasciata meno CO2, ma il suolo potrebbe diventare meno resiliente.

Combinando migliaia di set di dati e decenni di teoria ecologica, il nuovo studio propone un nuovo quadro generale capace di spiegare sia le risposte graduali che quelle improvvise osservate in tutto il mondo. Così, per la prima volta, gli scienziati possono prevedere in modo affidabile come l’inquinamento da azoto altererà la respirazione del suolo su scala globale.

Oltre a ciò, la ricerca aggiunge una ragione fondamentale per perseguire la riduzione dell’inquinamento da azoto: oltre a essere un passaggio cruciale per la biodiversità e per la qualità dell’aria, impedire agli ecosistemi di superare certe soglie di sicurezza può aiutare le foreste a mantenere i loro ritmi di respirazione naturali e la loro capacità di immagazzinare carbonio in un clima che cambia.

“Se le normative sull’inquinamento da azoto potessero essere mantenute o ulteriormente migliorate, ci si aspetterebbe una diminuzione dei livelli di deposizione di azoto e delle foreste sature di azoto, riducendo potenzialmente la respirazione del suolo forestale e la sua variabilità, e di conseguenza diminuendo le incertezze nelle proiezioni sulle dinamiche del carbonio e sui futuri cambiamenti climatici”,

si legge nello studio.

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