Il ruolo dell’agricoltura biologica nel sequestro del carbonio nel suolo

  
 
 3
infatti pensare che le materie plastiche ed i combustibili come la benzina ed il gasolio 
sono prodotte a partire dagli idrocarburi. 
Il carbonio è anche un costituente di molte rocce, come ad esempio quelle carbonatiche 
(marmo, calcite, dolomite, ecc), che si formano dalla reazione dello ione 
idrogenocarbonato HCO
3
- 
coi vari ioni presenti.  
Nelle reazioni di formazione dei carbonati si parte dalla CO
2 
atmosferica che, reagendo 
con l’acqua, forma l’acido carbonico. Questi si dissocia poi in ione idrogenocarbonato 
(HCO
3
-
) e carbonato (CO
3
2-
) secondo l’ equilibrio: 
 
H
2
O + CO
2
 ↔ H
2
CO
3
 ↔ H
+
 + HCO
3
-
 ↔ 2H
+
 + CO
3
2-
 
 
Gli anioni reagiscono poi con i cationi presenti, dando origine a diversi composti. 
Si guardi, per esempio, la reazione di formazione della calcite, il carbonato neutro di 
calcio: 
Ca
2+
+CO
3
2-
 → CaCO
3 
 
o quella della dolomite, carbonato doppio di calcio e magnesio: 
 
Ca
2+
+Mg
2+
+2 CO
3
2-
 → CaMg (CO
3
)
2 
 
Dai fatti precedentemente esposti vediamo che il carbonio è quindi presente non solo 
nel mondo vivente ma anche in tutto ciò che ci circonda; regola complessi meccanismi 
di cui in seguito parleremo; dobbiamo quindi considerare questo elemento come un 
qualcosa di prezioso ed estremamente importante non solo per la vita di noi esseri 
viventi, ma anche per la sopravvivenza di ciò che ci circonda, cioè il nostro ambiente.
2. Il ciclo del carbonio 
 
Gli elementi chimici, compresi anche quelli essenziali che costituiscono il protoplasma, 
tendono a circolare nella biosfera seguendo dei percorsi che vanno dall’ambiente agli 
organismi e di nuovo all’ambiente stesso. Questi percorsi, che possono essere più o 
meno lunghi, vengono definiti cicli biogeochimici o “cicli vitali”(Odum, 1979). 
  
 
 4
Caratteristica di ogni ciclo è la divisione in compartimenti, o per meglio dire, in pools; 
abbiamo così:  
Il “pool di riserva”, che denomina la componente più ampia, meno attiva, e solitamente 
non biologica. 
Il “pool di scambio”, una porzione più piccola ma più attiva, sensibile ed immediata 
nello scambio tra ambiente ed organismi. 
Abbiamo poi i cosiddetti “sources”, che sono invece le fonti di emissione dei vari 
elementi che vanno poi incontro alla ciclizzazione. 
A livello di biosfera i cicli biogeochimici si dividono in due gruppi fondamentali. 
Quelli di tipo gassoso, in cui il pool di riserva si trova nell’atmosfera o nell’idrosfera 
(oceani, mari ed acque), e quelli di tipo sedimentario, in cui la riserva si trova invece 
nella crosta terrestre. Solitamente i cicli gassosi sono costituiti da ampie riserve e quindi 
sono “ben tamponati”, nel senso che hanno una notevole capacità di ristabilirsi dopo le 
perturbazioni
4
 che subiscono. I cicli sedimentari hanno invece una maggior difficoltà 
nel ristabilire la situazione precedentemente perturbata (Odum, 1979). 
In questo contesto il ciclo del carbonio assume un significato del tutto particolare. Esso 
è uno dei cicli più importanti per la vita sul nostro pianeta, ed è sia sedimentario sia 
gassoso. 
La quantità complessiva di carbonio sul nostro pianeta è di circa 100 milioni di 
Petagrammi
5
 (Schlesinger, 1995). La maggior parte, più del 90%, si trova nelle rocce 
che vanno a formare la crosta ed il mantello, sotto forma di carbonati o di altri depositi 
ricchi comunque di carbonio, come ad esempio quelli di kerogene
6
. Questa riserva è 
relativamente molto più grande delle altre e supera di migliaia di volte la quantità di 
carbonio presente in atmosfera, biosfera ed idrosfera. 
Abbiamo poi, in ragione di 38000-40000 Pg, il carbonio presente negli oceani, nei mari 
e nelle acque superficiali  per lo più sotto forma di carbonati e bicarbonati. 
Anche nell’atmosfera l’elemento è ben rappresentato; infatti nella miscela gassosa che 
compone l’aria la CO
2 
raggiunge concentrazioni di 350 ppm. Anche se in totale questa 
riserva è più piccola, circa 750 Pg, è comunque molto importante perché assai reattiva. 
                                                 
4
 Termine inteso come modificazione nella dimensioni relative dei vari pools dovuta a disturbi locali. 
5
 1 Petagrammo (Pg)= 10 
15
g 
6
 Materia organica allo stato solido, contenuta nella roccia madre. Dall’alterazione termica del kerogene 
nei tempi geologici assai lunghi si origina il petrolio. 
  
 
 5
C’è poi il carbonio che si trova nei depositi di carbone e nei giacimenti di idrocarburi     
(3000 Pg), quello nel suolo e nella materia organica ivi presente (1600 Pg), ed infine 
quello che va a costituire gli organismi animali e vegetali (600 Pg) (FAO, 2000; Reddy 
et al., 2000).  
 
 
 
 Pg
1600
Pg 600
Pg 750
Pg 38000
Pg 3000
Oceani
Atm os fe ra
Materia Organica
Organismi viventi
Carbone e Giacimenti
idrocarburi
 
 
Figura 1: Le principali riserve di carbonio tralasciando quelle litosferiche. 
 
I pools, che come già detto rappresentano i serbatoi da cui i flussi di materia ed energia 
del ciclo passano, hanno caratteristiche e peculiarità diverse. Bisogna quindi ben 
comprendere le dinamiche in gioco, perché il bilancio del sistema deve tener conto di 
tutti i vari aspetti e dei complessi meccanismi che regolano gli scambi tra il carbonio 
presente nell’atmosfera, nell’idrosfera, nella biosfera e nella litosfera 
Il pool litosferico è quello sicuramente più grande; il carbonio è presente all’interno 
della struttura di molte rocce, compresi i sedimenti carbonatici dei fondali lacustri e 
marini. E’ questo un ciclo con tempi di turnover
7
 lunghissimi in cui le rocce, e quindi il 
carbonio, subiscono lenti spostamenti verso il mantello, che ne altera significativamente 
la struttura e la chimica a causa di temperature e pressioni molto elevate. Nel corso delle 
                                                 
7
 E' il tempo necessario, in un dato sistema, affinché un dato elemento chimico possa essere sostituito 
completamente, in quantità uguale a quella già presente nel sistema. 
  
 
 6
ere geologiche le rocce ritornano poi in superficie, continuando così il ciclo. Una parte 
del carbonio litosferico è poi sotto forma di idrocarburi come petrolio e metano (CH
4
). 
L’estrazione antropica di questi giacimenti sotterranei e la loro successiva combustione 
all’aria, libera anidride carbonica che va ad alimentare il pool atmosferico; questi è 
arricchito anche dalle eruzioni vulcaniche, che vi riversano quei composti carboniosi 
(monossido di carbonio, CH
4
, CO
2
, ecc.) derivati dall’attività alterante del mantello 
subita dalle rocce. 
Grandi quantità di carbonio sono contenute anche nei bacini lacustri e marini sotto 
forma di ioni carbonato (CO
3
2-
) e idrogenocarbonato (HCO
3
-
); infatti la CO
2
 atmosferica 
con la condensazione del vapore acqueo si discioglie nell’acqua
8
 seguendo il principio 
di Henry, per cui la quantità di un gas disciolta in un liquido è direttamente 
proporzionale alla pressione che il gas esercita sulla superficie del liquido. Le reazioni 
che si hanno sono le seguenti:
 
CO
2
(g) CO
2
(aq) 
CO
2
(aq) + H
2
O(l) H
2
CO
3
(aq) 
H
2
CO
3
 H
+
 + HCO
3
-
 
HCO
3
-
 H
+
 + CO
3
2-
 
 
La CO
2 
disciolta nell’acqua provoca una leggera acidificazione della stessa dovuta 
all’azione degli idrogenioni (H
+
) sul sistema; ciò favorisce la dissoluzione dei carbonati 
e dei bicarbonati che poi vanno ad accumularsi formando i sedimenti marini come in 
precedenza accennato.  
                                                 
8
 A temperatura ambiente la solubilità della CO
2
 è di circa 90 cm
3 
per 1oo ml di acqua. 
  
 
 7
Il carbonio è presente nell’idrosfera principalmente sotto quattro forme. Abbiamo il 
carbonio inorganico disciolto (TIC) che è solitamente presente sotto forma di carbonati 
e costituisce una riserva importante (circa 38000 Pg). Questa ingente quantità è 
localizzata soprattutto nelle acque profonde degli oceani (> 300 m); nelle acque 
superficiali (< 300 m) il TIC è invece nell’ ordine dei 600-700 Pg. 
C’è poi il carbonio organico disciolto (DOC) che è formato da tutti quei composti come 
aminoacidi, acidi grassi e carboidrati. Questa particolare forma ammonta ad un 
centinaio di petagrammi (Schlesinger, 1995). 
Il carbonio organico particolato (POC) ha stessa composizione della precedente forma 
ed ammonta a circa 30 Pg. La differenza tra il DOC e il POC sta solo nelle dimensioni 
delle particelle. Il POC ha un diametro particellare superiore agli 0,45 µm mentre il 
DOC inferiore (Odum, 1979). 
Ultimo, ma non per importanza, è il carbonio contenuto in tutti gli esseri che vivono 
nell’ambiente acquatico, partendo dai pesci per arrivare poi al fitoplancton ed allo 
zooplancton. 
Nell’idrosfera sono tre i principali meccanismi che regolano i flussi del carbonio nelle 
diverse zone della massa acquatica. Abbiamo il processo fisico, legato ai meccanismi di 
circolazione oceanica, temperatura e salinità; il processo chimico, riguardante le varie 
reazioni che interessano il carbonio disciolto in acqua, ed infine il processo biologico, 
che regola le dinamiche legate al carbonio organico. Quest’ultimo è notevolmente più 
sviluppato nelle zone acquatiche superficiali, dove la luce e quindi la produzione 
primaria rendono l’acqua ricca di elementi nutritivi e vita. Nelle zone più profonde della 
massa oceanica, invece, il carbonio organico è poco presente. Al suo posto troviamo il 
carbonio inorganico (calcite, aragonite, ecc.) che aumenta la propria solubilità in 
relazione alla maggior profondità (e quindi alla maggior pressione) ed alla minor  
temperatura dell’ acqua. 
I flussi annuali che riguardano gli scambi nell’ambiente acquatico sono assai ridotti, ed 
acquistano importanza solo se si analizzano considerando circuiti nell’ordine dei  
milioni di anni (Takle, 1996). Basti pensare che un atomo di carbonio passa più di 
mezzo miliardo di anni nella riserva dell’oceano (Eswaran et al. 1993). 
La biosfera ed i vari ecosistemi terrestri ad essa collegati sono ricchi di carbonio, 
essendo questi uno dei costituenti più importanti della materia vivente (animali, piante, 
  
 
 8
microrganismi, ecc.). La quantità di carbonio presente nella biomassa terrestre è di circa 
2000 Pg ed è contenuta per il 90% nelle foreste, di cui il 40% si trova in quelle tropicali 
(Lal et al., 1995). 
Il flusso energetico del carbonio è, infatti, legato principalmente all’attività fotosintetica 
degli organismi autotrofi, che si servono della CO
2 
atmosferica per sintetizzare zuccheri 
semplici e rilasciare ossigeno secondo la famosa ed importantissima reazione:
 
6 CO
2 
+ 6 H
2
O +  ☼ →  C
6
H
12
O
6 
+  6 O
2 
Con la fotosintesi il carbonio viene così in parte immobilizzato nella struttura 
molecolare; questo sequestro dall’ atmosfera è però solo parziale, infatti dobbiamo tener 
conto anche della respirazione, che non è altro che il processo inverso alla fotosintesi, in 
cui si consuma zucchero ed ossigeno producendo energia e reimmettendo nell’ambiente 
la  CO
2 
in avanzo. La reazione è: 
C
6
 H
12 
O
6 
    +   6 O
2
   →  6  CO
2
   +   6  H
2
  O +   energia 
E’ spiegato così come mai non tutta l’anidride carbonica assorbita viene organicata; la 
produzione primaria lorda, infatti, è di 120 Pg ed è opposta ad una produzione netta di 
soli 60 Pg (FAO, 2000). 
Il carbonio è presente anche nel suolo, dove è immobilizzato nella struttura di sostanze 
come ad esempio gli acidi umici e fulvici, costituenti principali dell’humus
9
. Questa 
riserva rappresenta un deposito (sink) ben più stabile se confrontato con quello della 
riserva vegetale; inoltre le reazioni di scambio del carbonio nel terreno sono più lente di 
quelle che avvengono tra la biomassa e l’ambiente (INRA, 2003). Mentre per il suolo il 
tempo di permanenza del carbonio è di difficile stima, a causa delle molte variabili che 
influenzano lo stato delle sue componenti chimiche, fisiche e biologiche, per la 
biomassa il turnover stimato è di circa nove anni, un tempo sicuramente più basso. 
                                                 
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 L'humus è un elemento del terreno composto da materia organica in decomposizione, un insieme di 
sostanze di complessa struttura chimica. Caratteristica dell'humus è di essere una miscela di composti a 
differente peso molecolare, derivando da sostanze diverse la miscela può essere costituita anche in 
maniera molto varia, nonostante questo le caratteristiche e le funzioni dell'humus rimangono sempre le 
stesse.