Il gruppo di ricerca "fertilità biochimica del terreno" della Sezione di Chimica del Suolo dell'ISE di Pisa, ha messo a punto specifici biomarcatori capaci di evidenziare lo stato di degradazione del suolo e la sua risposta (resilienza) alle pratiche di rigenerazione.
I biomarcatori appartengono ad un pool enzimatico costituito da alcune idrolasi e ossidoreduttasi che riflettono lo stato metabolico del terreno e sono responsabili del rilascio dei nutrienti minerali dalle macromolecole organiche naturali. Al pool enzimatico appartengono anche gli enzimi extracellulari, meno studiati ma altrettanto importanti, che rappresentano un continuum tra il mondo biologico e quello fisico del suolo, in quanto si trovano legati stabilmente alle molecole umiche e ai colloidi minerali del terreno. Tali complessi umo-enzimatici, definiti geoenzimi o nucleo stabile, sono stati estratti e purificati da diverse tipologie di terreno dell'ambiente mediterraneo, e proposti come le ultime difese biologiche del suolo esposto ad un processo di degradazione irreversibile (desertificazione).
La ricerca ha sia interesse scientifico che applicativo, visti i contratti con enti pubblici e privati, e si inserisce in una linea che da tempo si occupa di conservazione della fertilità dei suoli, di valorizzazione delle biomasse organiche, di recupero/riciclo delle acque reflue come strategia per la conservazione delle risorse naturali.
I biomarcatori enzimatici sono stati sperimentati in suoli sottoposti a stress naturali o antropici. In collaborazione con la Spagna (Accordi Bilaterali CNR-CSIC), sono state avviate sperimentazioni di rigenerazione della fertilità biologica del suolo mediante il riciclo di biomasse organiche e sistemi fertirrigui appropriati.
Ad es., l'applicazione di biomasse organiche di diversa tipologia e diverso grado di maturazione, è stata utilizzata per recuperare suoli sterili di escavazione di una miniera di lignite spagnola e per rigenerare biologicamente suoli in avanzata fase di degradazione In questi casi, l'applicazione di compost aveva attivato la formazione in situ di polimeri umici e complessi umo-enzimatici grazie all'attività di batteri autoctoni pionieri.
La fertirrigazione con acque reflue è stata valutata nel progetto europeo LIFE "MIFER", per lo studio degli aspetti biogeochimici dei suoli in aree costiere sensibili della Toscana, e in un progetto coordinato dall'Ente Autonomo Flumendosa di Cagliari e finanziato dalla Regione Sardegna, per verificare la stabilità dei nuclei umo-enzimatici del suolo dopo i trattamenti irrigui. MIFER ha dimostrato che è possibile risparmiare il 50% di acqua e fertilizzante minerale con la fertirrigazione con sostanze
umiche enzimaticamente attive, salvaguardando anche le rese produttive e il potenziale biologico del terreno (fig. 1, 2). Il progetto Flumendosa ha messo in evidenza la resistenza del complesso umo-enzimatico dei terreni sardi, ma non ha escluso un attacco della sostanza organica labile.
L'attività in corso è rivolta a confermare la presenza e il ruolo del nucleo umo-enzimatico come marcatore biochimico della qualità del suolo in altri ambienti mediterranei ed in climi estremi extra-mediterranei (Etiopia e Cuba, prog. CNR). Le ricerche saranno in grado di dare un sostanziale contributo nella lotta alla desertificazione dei suoli attraverso la gestione dei sistemi biochimici del suolo.
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