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La qualità del suolo è il fondamento della salute delle piante e, di conseguenza, della produttività agraria. Un suolo ben areato, caratterizzato dal giusto rapporto tra macro e micropori, e quindi tra aria e acqua, è indispensabile per un corretto sviluppo radicale e per un adeguato assorbimento di nutrienti. Tuttavia, il compattamento e l’accumulo di CO₂ possono ostacolare l’apporto di ossigeno, creando condizioni di asfissia che limitano la crescita e, nei casi estremi, possono compromettere la vitalità delle piante. Per vivere, infatti, le piante hanno bisogno primariamente di aria e, successivamente, di acqua e sali minerali.  La crescita delle radici è un processo dinamico, fortemente influenzato dalle condizioni pedoclimatiche che caratterizzano la rizosfera. Per svilupparsi correttamente, l’apparato radicale delle colture richiede aria (scambio gassoso), acqua, temperature non limitanti, sostanze idrocarbonate, sali minerali, spazio, bassa  densità del suolo, associazioni microbiche e assenza di sostanze tossiche nel terreno.
Gli spazi liberi dovrebbero assicurare:

 a) almeno il 25% di aria con una concentrazione di ossigeno non inferiore al 10% un giorno dopo una pioggia battente (nell’aria libera l’O2 è del 21%); in un terreno compattato la CO₂ può accumularsi a livelli tossici a causa dello scarso ricambio gassoso.
b) densità apparente inferiore a 1,3 grammi per centimetro cubo;
c) una temperatura compresa tra 4 e 32 °C e un pH compreso tra 4,5 e 7,5. 

L’aria presente nel terreno rappresenta un costituente essenziale per la vita degli organismi animali e vegetali. La quantità di aria presente nel terreno è fortemente influenzata dal rapporto tra macro e micropori del terreno; all’interno di un terreno ben equilibrato, caratterizzato da una buona struttura e tessitura vi sono pori di minori dimensioni, i micropori, che sono occupati da acqua e aria, e pori di dimensioni maggiori, detti macropori, occupati solo da aria.
La presenza dell’aria nel terreno e la sua composizione influenzano notevolmente la produttività delle colture agrarie per diversi motivi:

• condizionano la respirazione, l’accrescimento e la profondità delle radici; 
• influenzano la germinazione dei semi; 
• modificano l’ambiente chimico con effetti favorevoli (solubilizzazione di ferro, zolfo, ecc.) o sfavorevoli (aumento dell’effetto  clorosante per solubilizzazione di calcare provocato dalla CO₂);
• regolano l’attività dei microrganismi aerobi e anaerobi, influenzando così processi microbiologici fondamentali per la fertilità del terreno (es. decomposizione della sostanza organica e alcune fasi del ciclo dell’azoto); 
• i processi respiratori e fermentativi del terreno producono CO₂ che arricchisce l’atmosfera sovrastante e contribuisce al processo fotosintetico; inoltre combinandosi con l’acqua produce acido carbonico, utile per solubilizzare alcuni elementi minerali rendendoli disponibili per le piante (Giardini, 2012). 

Asfissia radicale: implicazioni dell’ossigeno e della CO₂ nel terreno per la salute delle piante

Il consumo di ossigeno da parte delle radici varia a seconda delle colture, oscillando tra 0,16 e 1,27 cm3 per ora e per grammo di tessuto fresco, con una media di circa 0,5 cm3 h-1 g-1. Nel caso del kiwi, ad esempio, una stima del tasso di consumo di ossigeno per unità di lunghezza della radice (9,1×10−10mol m−1s−1), suggerisce che una pianta adulta potrebbe esaurire l’apporto dell’elemento in un terreno ben aerato, portandolo a uno stato anossico in circa 5 ore.

Un eccesso di ossigeno nel terreno può favorire l’ossidazione rapida della sostanza organica, mentre condizioni di scarsa areazione potrebbero risultare ben più pericolose andando ben oltre  gli effetti diretti sulle piante. In condizioni anaerobiche, infatti, l’attività dei microrganismi porta alla formazione di composti organici e inorganici ridotti, come solfuri, nitriti, composti ferrosi e manganosi, che risultano facilmente solubili e tossici. Alte concentrazioni di CO2, accompagnate da basse percentuali di ossigeno, possono inoltre accrescere la disponibilità di alcuni cationi (NH4+, Ca2+) e di fosfati e carbonati, con il rischio di un’azione clorosante dovuta alla solubilizzazione del calcare (Landi,1999). 

In generale, si considera che la maggior parte delle colture subisca danni quando la concentrazione di CO₂ supera il 5% e quella di O2 scende sotto il 10-15% (Koorevaar et al., 1983).

Specie come i fruttiferi, le Solanacee, la bietola, il pisello e il fagiolo richiedono ossigeno in misura significativa. Per questo, gli agrumi – con differenze fra i diversi genotipi – possono essere considerati sensibili all’ asfissia radicale poiché non presentano adattamenti anatomici specifici per contrastare tali condizioni. 

La vite, invece, grazie all’ampia variabilità tra i portinnesti, può tollerare a lungo in suoli sommersi d’acqua durante la fase di riposo invernale. 

In definitiva, l’inibizione della respirazione radicale e l’accumulo di sostanze tossiche durante lo stato di asfissia hanno effetti negativi non solo sulla crescita vegetativa, ma anche su quella riproduttiva, potendo portare, come conseguenza finale, alla perdita di produzione e/o, addirittura, alla morte delle piante. 

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La fase gassosa del terreno agrario

La quantità di sostanze gassose presenti nel terreno dipende principalmente dalla porosità dello stesso e dall’umidità. In un suolo non completamente saturo di acqua è sempre presente una certa quantità di aria, la cui composizione è diversa da quella dell’aria atmosferica. Generalmente nell’aria tellurica risultano più abbondanti l’anidride carbonica e il vapore acqueo; in quantità minori si trovano l’ammoniaca e, specialmente in certe condizioni, vari gas chimici ridotti come idrogeno, metano, ecc. Il contenuto relativo di aria nel terreno diminuisce con l’aumentare della profondità a causa della maggiore compattazione e del più elevato tasso di umidità degli strati profondi. La struttura del suolo, in alcuni casi, può consentire la coesistenza di zone aerobiche e anaerobiche, specialmente in vicinanza di macropori comunicanti con l’aria atmosferica.

Dal punto di vista quantitativo globale (indipendentemente dai singoli componenti), il volume di aria nel suolo è inversamente proporzionale all’umidità (a parità di porosità) e direttamente proporzionale alla porosità in condizioni di umidità costante (Landi, 1999). 

Interventi agronomici per migliorare l’aerazione del suolo

La composizione dell’aria nel terreno è influenzata da diversi fattori, spesso correlati fra loro, tra cui l’attività radicale, le lavorazioni del terreno, la stagionalità, l’attività microbica e microbiologica, la temperatura, le concimazioni, in particolare quelle organiche, nonché le condizioni che influenzano la velocità degli scambi gassosi tra terreno e atmosfera e, in generale, quelli che influenzano il contenuto di aria (processi di diffusione, piogge, irrigazioni, grado di costipamento, pressione, vento, temperatura). Una pioggia di 10 mm (100 m3ha-1), alla temperatura di 20 °C, può apportare nel terreno più di 4 kg di ossigeno (=3.000 litri), molto più di quanto apporterebbe un’irrigazione di pari volume. Il ricambio di aria tra il terreno e l’atmosfera avviene grazie al movimento dell’ossigeno verso il basso e in quello dell’anidride carbonica e del vapore acqueo verso l’alto, attraverso processi di diffusione e flusso di massa.  

La composizione dell’aria nel terreno può essere regolata dall’agricoltore, almeno entro certi limiti, modificando la porosità, specialmente negli strati superficiali, poiché da essa dipende maggiormente la velocità con cui la CO₂ prodotta nella rizosfera si diffonde verso l’esterno. Ad esempio, comprimendo (es. lavorazioni) la superficie di alcune tipologie di terreni umidi (es. argillosi o limosi), si verrà a ridurre l’aerazione degli strati inferiori e, di conseguenza, gli scambi gassosi tra suolo e atmosfera. Lo stesso effetto si può verificare anche dopo un’irrigazione o una forte pioggia che possono portare a costipamento del terreno e accumulo di CO₂. In questi casi, per evitare che il terreno rimanga così compattato da impedire il ricambio dell’aria, è consigliabile effettuare lavorazioni superficiali non appena possibile.  Nelle regioni temperate, lavorazioni superficiali del suolo effettuate durante la stagione calda possono ridurre il rischio di compattamento e migliorare il ricambio di aria nel suolo creato da un’eventuale pioggia successiva (Principi, 1963). 

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A cura di: Silverio Pachioli
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