Volume: il riso

Sezione: coltivazione

Capitolo: suolo e pianta in risaia

Autori: Carlo Grignani, Dario Sacco

Il riso occupa un quinto della superficie mondiale delle cosiddette wetland, ovvero dei suoli più o meno continuativamente sommersi. Il successo di questo cereale, fin dalle sue origini, è proprio legato alla sua capacità di sopportare e avvantaggiarsi delle condizioni di sommersione. Il suolo sommerso di una risaia è un ambiente particolare con caratteristiche fortemente modificate dalle condizioni di anaerobiosi, legate alla tipologia di irrigazione, che lo differenziano dalla maggior parte degli altri suoli agrari. Le condizioni di anaerobiosi mostrano variabilità nel tempo e nello spazio. Nel tempo perché la sommersione normalmente viene mantenuta solo durante il periodo della coltura con alcune interruzioni dette comunemente “asciutte”. Nello spazio perché il riso è un conduttore biologico di aria all’interno del suolo, grazie ai parenchimi aeriferi che attraversano longitudinalmente il culmo. La presenza della coltura mantiene microspazi occupati da aria e fortemente differenziati rispetto alle circostanti condizioni anaerobiche.

Stratigrafia del suolo in risaia

Normalmente il suolo di risaia presenta la seguente stratificazione. – Strato dell’acqua di sommersione: si estende su 5-15 cm, fino a coprire solitamente il solo colletto delle piante di riso. È popolato da micro e macro-fauna e flora. In una risaia è uno spazio ricco in ossigeno disciolto nell’acqua. L’acqua è lentamente fluente, mossa dal vento e dalla fauna presente e può ospitare organismi fotosinteticamente attivi. – Interfaccia aerobica acqua-suolo: si estende su 5-15 mm, in relazione allo stato di aerazione dell’acqua irrigua, alle condizioni riducenti del suolo e alla presenza di fauna che favorisce il rimescolamento dell’orizzonte. È anch’essa una zona ossigenata, e i composti ossidati (per esempio i nitrati, i solfati o il Fe3+) sono stabili. – Suolo sommerso: si estende per una profondità di 20-40 cm. Le condizioni di anaerobiosi si instaurano in poche settimane dalla sommersione e prevalgono nettamente le condizioni riducenti con trasformazioni a carico dei diversi composti ossidati, evidenti per le modifiche di colore assunte dal suolo e soprattutto dovute alle diverse forme di Fe e Mn. All’interno di questo strato (e spesso al suo limite inferiore) è presente la cosiddetta “suola di aratura”, strato più compatto, profondo 5-10 cm, provocato non solo dai lavori preparatori principali, ma anche dal costipamento e dal traffico veicolare. – Rizosfera del riso: è la porzione di suolo sommerso, ma in intimo contatto con le radici del riso, fino ad alcuni decimi di mm da queste. Qui il suolo riacquista condizioni aerobiche per il descritto trasporto di ossigeno attraverso i parenchimi aeriferi della coltura, dall’atmosfera soprastante sino alle radici del riso, e da qui, per diffusione, in una piccola pellicola del suolo sommerso circostante. Questa zona è particolarmente attiva perché ricca di carbonio organico derivante dagli essudati radicali. – Sottosuolo: si estende per una profondità molto variabile, per esempio sino a 1 o 3 m sotto il profilo di campagna. È sempre in condizioni di anaerobiosi nella sua porzione superficiale, mentre in quella profonda può esserlo o meno in funzione della sua permeabilità e del regime di fluttuazione di falda. Si noti che non dovunque e non per tutta la stagione esiste una continuità di sommersione tra la parte di suolo sommerso e il sottosuolo più profondo.

Effetti della sommersione

Gli effetti della sommersione sono in parte generalizzabili e in parte legati alle specifiche caratteristiche del suolo e alle modalità di gestione agronomica. L’acqua modifica innanzitutto le caratteristiche fisiche del suolo provocando la sostanziale distruzione della struttura. Si rompono infatti gli aggregati di maggiori dimensioni, perché aumenta la pressione dei gas nei pori, si dissolve parte della sostanza organica e si solubilizzano altri agenti leganti. Ne consegue una riduzione di percolazione, che risulta poi ulteriormente limitata dal ridepositarsi delle argille e delle particelle di sostanza organica. Tali effetti sono più pronunciati se il contenuto iniziale di sostanza organica è modesto e se avvengono numerose lavorazioni sul suolo già saturo d’acqua. Dopo la sommersione, il suolo diventa velocemente anaerobico perché l’ossigeno presente viene velocemente consumato dai normali processi di respirazione e ossidazione. I nuovi apporti di ossigeno, inoltre, sono fortemente rallentati poiché esso si diffonde nell’acqua con una velocità che è quattro ordini di grandezza minore della sua diffusione nell’aria (2,05 × 10–3 rispetto a 2,26 × 10–7 dm2/s). Si ha così una conseguente riduzione del potenziale ossido riduttivo (fattore Eh). Subito dopo la sommersione gli organismi presenti nel suolo devono utilizzare composti diversi dall’ossigeno come agenti ossidanti ai fini del proprio metabolismo: nella respirazione anaerobica utilizzano composti inorganici, mentre nella fermentazione la sostanza organica stessa. Le modificazioni nella natura chimica dei composti presenti nel suolo avvengono tipicamente nel seguente ordine: azoto nitrico (NO3–) ad azoto elementare (N2), manganese e poi ferro a elevato stato di ossidazione (Mn4+, Mn3+, Fe3+) alle rispettive forme ridotte (Mn2+, Fe2+), solfati (SO42–) a solfiti (S2–). Successivamente è la sostanza organica a essere decomposta dai metanobatteri a CO2 e metano (CH4). L’insieme di questi fenomeni, e in particolare la riduzione del ferro che tende ad aumentare il pH dei suoli acidi e l’accumulo di CO2 che riduce il pH di quelli alcalini, produce in risaia una stabilizzazione della reazione del suolo a valori prossimi a 6,5-7 dopo un periodo di poche settimane dalla sommersione. Le condizioni di ossidoriduzione sono però dinamiche, perché nella stagione colturale l’agricoltore attua alcune asciutte che determinano il riossigenarsi del primo orizzonte di suolo, con sostanziali e repentine modificazioni delle caratteristiche del suolo. Analogamente nel corso dell’intercoltura autunno-invernale prevalgono le condizioni di aerobiosi e nel suolo si ristabiliscono gli equilibri chimici precedenti la sommersione.

Ciclo degli elementi nutritivi nel suolo di risaia

Nel suolo di risaia le diverse condizioni di ossidoriduzione rispetto ai suoli agrari alterano il ciclo dei principali componenti interessanti dal punto di vista nutrizionale.

Sostanza organica
Il ciclo del carbonio in risaia è rallentato rispetto a quello di un analogo suolo in condizioni di aerobiosi, ma estremamente accelerato rispetto a quello misurabile in una wetland naturale. Molto spesso il contenuto di sostanza organica dei suoli di risaia è intermedio tra quello dei tradizionali seminativi e quello dei prati e pascoli. L’aumento del contenuto di sostanza organica del suolo sommerso rispetto a quello drenato avviene perché la decomposizione della sostanza organica, pur attiva anche in anaerobiosi, produce molta meno energia rispetto alle condizioni di aerobiosi. Conseguentemente la flora microbica di un suolo sommerso cresce meno velocemente rispetto a quella di un suolo normalmente drenato. Ciò indica che gli equilibri nel fissare o mettere a disposizione elementi nutritivi a carico della sostanza organica sono più lenti in risaia e si raggiungono su tempi più lunghi. In una fase iniziale della degradazione della sostanza organica si formano acidi organici (acetico, propionico e butirrico) e fenoli, che possono avere un effetto tossico sulla coltura. Tali sintomi di tossicità, sebbene siano rari e poco persistenti, possono essere osservati dopo l’apporto di un ammendante fermentescibile (quale il letame fresco o un abbondante sovescio) su di un suolo acido prima che l’equilibrio del pH sia stato raggiunto. Successivamente gli acidi organici sono mineralizzati nei prodotti gassosi finali. Inizialmente prevale la produzione di idrogeno (H2) e CO2. Poi, con il crescere del pH e l’instaurarsi di piene condizioni di anaerobiosi, viene a mancare una sufficiente quantità di ossidanti inorganici, cessa la produzione di H2 e inizia la metanogenesi, un processo di ossidoriduzione a carico della sostanza organica stessa con produzione finale di metano (CH4) e CO2. Questa è tanto più pronunciata quanto più caldo è il suolo. Quando la concentrazione di un gas volatile come il metano supera una determinata soglia di solubilità (supersaturazione), esce dalla soluzione e forma delle bolle che si innalzano dall’acqua che permea il suolo. I metanobatteri formano una quantità equivalente di metano e CO2, ma nelle bolle che si liberano dal suolo prevale il metano, che è circa 20 volte più volatile della CO2. La produzione di metano dalle risaie è un processo naturale, ma negativo, perché tale gas ha un forte effetto serra (21 volte superiore a quello della CO2).

Azoto
In assenza di ossigeno nel suolo la mineralizzazione dell’azoto organico procede solo sino allo ione ammonio (NH4+), senza ulteriore nitrificazione (trasformazione in NO3–). Lo ione ammonio si accumula adsorbito dal complesso di scambio cationico del suolo e nella soluzione circolante. L’aumento di azoto ammoniacale è favorito dal basso fabbisogno di azoto della biomassa microbica, che cresce più lentamente in condizioni di anaerobiosi, e, conseguentemente, dai più lenti processi di immobilizzazione temporanea anche in presenza di residui pagliosi a largo rapporto C/N che si degradano quindi più lentamente che in un suolo aerobico. Perciò, mentre in condizioni ossidanti l’azoto disponibile per le piante è soprattutto in forma nitrica (NO3–), in una risaia sommersa lo è in forma ammoniacale (NH4+) e, di conseguenza, questa è la principale forma azotata assorbita dal riso. Il riso è comunque capace di assorbire efficientemente l’azoto nitrico se disponibile. Per l’accumulo di azoto ammoniacale nel suolo, le risaie possono essere importanti sorgenti di volatilizzazione di ammoniaca, soprattutto nelle prime fasi colturali, su suoli ancora basici e quando l’acqua di sommersione non ricopre completamente il suolo. L’ammoniaca persa è causa di acidificazione dei suoli agrari e forestali e di eutrofizzazione. La nitrificazione rimane possibile quando l’ammonio si diffonde nel primissimo orizzonte, quello di interfaccia aerobica suolo-pianta, nella rizosfera o a seguito delle asciutte. Il riso e la flora algale sono in grado di assorbire l’azoto nitrico, come si è detto, ma in condizioni di sommersione la nitrificazione è normalmente sfavorevole al bilancio dell’azoto della coltura, perché i nitrati, molto solubili, diffondono a loro volta nelle zone anaerobiche del suolo, esponendo il sistema al rischio di forti perdite per denitrificazione. La denitrificazione è il processo microbico dissimilatorio che produce azoto elementare (N2) quando in anaerobiosi sono presenti carbonio organico e nitrati. La denitrificazione è negativa perché costituisce una perdita di azoto per la coltura. Tali perdite sono più consistenti quanto più frequenti sono i periodi di asciutta. La denitrificazione in risaia, però, è relativamente meno grave rispetto ad altri sistemi colturali. In condizioni di anaerobiosi, infatti, il processo tende a completarsi portando alla produzione di N2, senza fermarsi alla forma intermedia protossido di azoto (N2O). Quest’ultimo è un gas serra 310 volte più attivo della CO2 e capace di danneggiare lo strato di ozono stratosferico. Inoltre la denitrificazione protegge il sistema riso dal rischio di perdite dei nitrati, composti molto solubili e inquinanti le acque di ruscellamento e quelle di falda. Le condizioni di forte anaerobiosi della risaia rendono possibile anche l’azotofissazione, a opera di organismi fotosintetizzanti come i cianobatteri, soprattutto quelli insediati su Azolla sp., e altri batteri eterotrofi. L’importanza dell’azotofissazione è notevole in condizioni tropicali (10-50 kg N/ha) e dovrebbe essere meglio studiata negli ambienti italiani. Il 25-65% dell’azoto fissato è poi disponibile per la coltura, la rimanente quota si perde nel successivo ciclo di degradazione dell’azoto organico, soprattutto per volatilizzazione dell’ammoniaca.

Zolfo
Anche lo zolfo è presente in vari stati di ossidazione nella risaia e il suo ciclo è controllato dai processi microbiologici. Prevale il processo microbiologico di riduzione dei solfati (SO42–) a forme ridotte quali HS– e poi S2–, che viene in gran parte precipitato per la presenza di metalli, soprattutto ferro ridotto, Fe2+. Per questo l’ambiente sommerso agisce prevalentemente come sink (accumulo) di zolfo, fatto positivo quando le deposizioni atmosferiche sono elevate. In pochi casi ci sono emissioni significative di H2S a opera della sostanza organica, proprio perché la presenza di Fe2+ è sufficiente a limitare tali emissioni. È anche interessante notare che l’azione dei batteri che agiscono sulla riduzione dello zolfo può parzialmente inibire la metanogenesi, per cui si è tentato di utilizzare la concimazione con zolfo per limitare le emissioni di metano. Lo zolfo è raramente limitante la produzione agraria.

Fosforo
Normalmente dopo la sommersione del suolo le forme di fosforo disponibili per la coltura (solubili in acqua o in acido debole) aumentano, per raggiungere un massimo tra la quarta e l’ottava settimana dalla sommersione, per poi diminuire nuovamente. I meccanismi di tale maggiore disponibilità di fosforo sono da ricercare: – nella riduzione del ferro (Fe3+) che trattiene sulla propria superficie il fosforo; – nella parziale dissoluzione dei fosfati di Ca per riduzione del pH; – nello spostamento del fosforo adsorbito sul complesso di scambio anionico; – nella mineralizzazione del fosforo organico. Deboli apporti di fosforo sono normalmente sufficienti per la corretta fertilizzazione della coltura. Siccome la concentrazione di fosforo disponibile tende a decrescere se permangono spinte condizioni di anaerobiosi, un buon drenaggio invernale è favorevole per predisporre la successiva coltura di riso ad avvantaggiarsi nuovamente del ciclo del fosforo descritto. Qualora, invece, il riso sia seguito da altra coltura normalmente drenata, per questa sarà più accentuata l’eventuale povertà del suolo in fosforo disponibile. Effetto positivo della risaia è legato alla sua capacità di fermare il fosforo particolato trasportato con l’acqua irrigua, grazie prevalentemente a un’azione di deposito del sedimento.

Ferro e manganese
Il ferro è più abbondante del manganese nei suoli agrari. Entrambi modificano in modo analogo le proprie caratteristiche e conseguentemente quelle dei suoli a seguito della sommersione. Non è chiaro ancora quanto i processi che riguardano i due metalli siano da attribuirsi a soli equilibri chimici o siano influenzati anche da processi microbiologici. L’effetto più evidente della sommersione è il cambiamento del colore del suolo che passa dal colore rossastro del ferro ferrico (Fe3+) a quello blu-grigiastro del ferro ferroso (Fe2+). In tale stato di ossidazione il ferro è più solubile e, pertanto, mobile. Il ferro riacquista lo stato ossidato nella rizosfera, nell’orizzonte di interfaccia suoloacqua irrigua durante la sommersione o a seguito delle manovre di acque che determinano le asciutte. È anche possibile notare un riaccumulo di ferro ossidato nell’orizzonte di passaggio dalla zona sommersa al sottosuolo più aerato, se presente. Come per gli acidi organici anche eccessive concentrazioni di ferro ridotto possono essere sfavorevoli alla crescita del riso, ma l’aerazione della zona intorno alla rizosfera precipita i composti ferrosi nella forma amorfa di Fe(OH)3. Esistono comunque situazioni di suoli “ferro-tossici” nei quali un’eccessiva acidità della rizosfera determina un eccessivo assorbimento di Fe2+, con scarso assorbimento di fosforo, potassio, calcio e magnesio, con danni ai tessuti del riso e maggiore suscettibilità della coltura ad alcune malattie fungine. Un aumento nella fertilizzazione con i macronutrienti citati è normalmente sufficiente a superare il problema. Anche il manganese è presente nel suolo in condizioni ossidate o ridotte. Il passaggio dalle forme ridotte a quelle ossidate crea le note screziature nere, ben visibili nei suoli soggetti a repentine modificazioni nel regime idrico.

 


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