Riduzione e prevenzione dell’inquinamento delle acque dai nitrati provenienti da fonti agricole

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INTRODUZIONE 
INTRODUZIONE 
 
La presenza dei nitrati nelle acque superficiali e in quelle destinate alla produzione di 
acqua potabile è un problema molto sentito in Europa. Già nel 1975 l’inquinamento 
da nitrati provocava problemi alla qualità delle acque in tutti i Paesi della Comunità, 
problemi che stavano diventando sempre più rilevanti e diffusi. Nel decennio 1980-
1990 era stato osservato un costante aumento della concentrazione di nitrati nelle 
acque comunitarie (1 mg L
-1
 anno
-1
). Nel 1991 il Consiglio della Comunità Europea 
ha emanato una direttiva, la 676, al fine di tutelare la salute umana, le risorse viventi, 
gli ecosistemi acquatici e terrestri e salvaguardare gli atri usi legittimi dell’acqua.  
“È forse retorico ripetere quanto sia indispensabile la disponibilità di un bene 
prezioso come l’acqua potabile e quanto sia necessario e doveroso garantire l’utilizzo 
di questa risorsa alle generazioni future. Ricordiamo che già oggi, purtroppo, questo 
utilizzo non è ancora accessibile ad un quarto della popolazione del pianeta” (Cesari, 
2003). 
La concentrazione dei nitrati nei terreni rappresenta uno dei principali elementi 
inquinanti delle acque sotterranee. La loro origine è per lo più legata all’utilizzo dei 
concimi chimici in agricoltura, ma anche il letame, i reflui zootecnici  e gli scarichi 
fognari possono infiltrarli nel sottosuolo. É fondamentale quindi, indirizzare l’attività 
agricola verso sistemi che limitino lo spreco d’azoto e ne riducano la dispersione nel 
sottosuolo affinché non raggiungano le falde acquifere sotterranee andando a 
contaminare l’acqua potabile.  
L’assorbimento, in dosi eccessive, di sostanze azotate da parte dell’organismo umano 
è estremamente dannoso per la salute e può comportare disturbi a livello intestinale, 
formazione di nitrosammine, che sono agenti potenzialmente cancerogeni e 
metaemoglobinemia
1
 che provoca stati di ipossia generalizzati che possono portare 
anche alla morte. Per evitare l’insorgenza dei citati problemi sanitari la normativa 
europea ha stabilito che le acque da destinare al consumo umano non devono 
contenere più di 50 mg L
-1
 di nitrati, pari a circa 11,3 mg L
-1
 di azoto in forma 
nitrica. 
Oltre ai problemi legati direttamente all’uomo, non sono da sottovalutare i danni 
all’ambiente. L’azoto, insieme al fosforo, può provocare l’eutrofizzazione delle 
acque superficiali, con i nitrati maggiormente responsabili dell’inquinamento delle 
acque marine costiere e i fosfati di quelle interne. “L’inquinamento delle coste a 
seguito di un arricchimento di nutrienti (eutrofizzazione) con azoto e fosforo è una 
notevole minaccia per gli ecosistemi costieri” (Nedwell et al, 2001). “Nei casi 
peggiori, tale inquinamento consiste in fioriture algali dannose e fastidiose ma ci 
                                                 
1
La metaemoglobinemia consiste nella riduzione della capacità del sangue di trasportare ossigeno ed è 
dovuta all’ossidazione del ferro contenuto nella molecola di emoglobina, da ferroso a ferrico, operata 
dai nitriti formatisi per riduzione dei nitrati.
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INTRODUZIONE 
sono anche molti altri effetti più delicati sull’ambiente biofisico” (Marchetti,  Verna, 
1992; Jones et al., 1996; Nedwell et al., 2001). Forse una delle cause principali del 
fenomeno dell’eutrofizzazione è l’agricoltura, o meglio l’uso indiscriminato dei 
fertilizzanti. “L’eutrofizzazione è aumentata drammaticamente nel mondo sviluppato 
nel corso degli anni ’50-’60 quando i benefici agricoli di superfosfato e dei concimi 
azotati si erano inizialmente sviluppati e usati con abbondanza entusiastica” (Boesh, 
2001).
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CICLO DELL’AZOTO NEL SISTEMA SUOLO-PIANTA 
CICLO DELL’AZOTO NEL SISTEMA SUOLO-
PIANTA 
 
1. Azoto 
L’azoto è l’elemento chimico di numero atomico 7. Rientra nel gruppo dei non 
metalli ed ha un peso atomico pari a 14. Il suo simbolo è N (dal francese nitrogène 
coniato nel 1790 dal chimico Jean Antoine Chaptal fondendo il greco nitron: 
carbonato di sodio + il greco –gen: dare vita a). È un gas inodore, incolore e 
insapore, con un punto di liquefazione di -196°C . “É ampiamente diffuso in natura. 
Caratterizzato da notevole mobilità si accerta distribuito nella litosfera, 
nell’atmosfera, nell’idrosfera e nella biosfera. Il contenuto maggiore di azoto, pari al 
93,8% delle riserve totali presenti sul nostro pianeta, si trova nella crosta terrestre, 
nelle rocce e nei sedimenti in forme di combinazione ancora non ben definite. 
Solamente una frazione molto ridotta è presente nel suolo. Di questa, una parte molto 
piccola (ioni NO
3
-
 e NH
4
+
) è direttamente utilizzabile dalle piante” (Violante, 2005). 
Costituisce circa il 78% dell’atmosfera, nella quale è presente soprattutto nella forma 
molecolare (N
2
).  
L’azoto rappresenta uno dei quattro elementi organogeni indispensabili per la vita di 
tutti gli esseri viventi (gli altri sono il carbonio, l’ossigeno e l’idrogeno); infatti è 
costituente fondamentale delle molecole organiche più importanti dal punto di vista 
biochimico (DNA, proteine, alcune vitamine). 
“Il triplo legame della molecola elementare dell’azoto (N≡N) è uno dei più forti 
legami covalenti esistenti, e fa si che l’azoto sia un gas praticamente inerte e che 
molti dei suoi composti siano fortemente instabili e si decompongano facilmente. Di 
conseguenza, l’azoto presenta elevata elettronegatività ed è in grado di formare 
legami stabili con molti elementi chimici” (Masoni, 2010). 
Le forme dell’azoto più comuni in natura sono le seguenti: 
 azoto elementare (N
2
), con numero di ossidazione 0; 
 azoto nitrico (NO
3
-
), con numero di ossidazione +5; 
 azoto nitroso (NO
2
-
), con numero di ossidazione +3; 
 azoto ammoniacale (NH
4
+
), con numero di ossidazione -3; 
 azoto organico (NH
2
-
), con numero di ossidazione -3. Nella sostanza organica 
l’azoto fa parte degli amminoacidi. 
L’azoto può presentare diversi numeri di ossidazione e comportarsi sia da accettore 
che da donatore di elettroni.  
Nella tabella 1 sono riportate le formule chimiche e gli stati di ossidazione dei più 
importanti composti dell’azoto.
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CICLO DELL’AZOTO NEL SISTEMA SUOLO-PIANTA 
Composto Formula 
Stato di 
ossidazione 
Ione nitrato NO
3
-
 + 5 
Pentossido di diazoto N
2
O
5
 +5 
Biossido d’azoto NO
2
 +4 
Tetraossido di diazoto N
2
O
4
 +4 
Ione nitrito NO
2
-
 +3 
Anidride nitrosa N
2
O
3
 +3 
Ossido di azoto NO +2 
Nitrossile HNO +1 
Protossido di azoto N
2
O +1 
Azoto molecolare N
2
 0 
Idrossilammina HONH
2
 -1 
Idrazina N
2
H
4
 -2 
Ione ammonio NH
4
+
 
-3 
Ammoniaca NH
3
 -3 
Tabella 1. Formula chimica e stato di ossidazione dei più importanti composti dell’azoto. 
(Masoni,2010). 
 
I composti azotati vengono diffusamente utilizzati dai microorganismi per ottenere 
l’energia necessaria per i loro processi vitali. Le reazioni di riduzione dell’azoto 
(addizione di elettroni), liberano un quantitativo energetico maggiore di quelle di 
ossidazione.
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CICLO DELL’AZOTO NEL SISTEMA SUOLO-PIANTA 
2. Nutrizione azotata dei vegetali 
2.1. Ruolo dell’azoto nella pianta 
Il contenuto di azoto nelle parti vegetative delle piante è assai modesto. Nei tessuti 
vegetali oscilla dall’1 al 3% della sostanza secca dei tessuti maturi e fino al 5-6% di 
quella dei tessuti giovani, molto più basso, quindi rispetto a quello del carbonio che 
varia, generalmente, intorno al 40%. Forti differenze (tab. 2) esistono comunque tra 
le diverse famiglie botaniche, e al  loro interno tra le diverse specie, in dipendenza 
della fase di sviluppo e dell’organo della pianta (radici, foglie, fusti, ecc.). 
 
Specie 
Foglie 
Steli 
Giovani Mature 
 N % 
Frumento tenero 2,4 0,9 0,4 
Frumento duro 2,4 0,9 0,7 
Mais 3,3 1,0 0,8 
Erba medica 5,0 3,0 2,0 
Soia 4,8 2,8 1,8 
Sorgo 3,7 1,0 1,0 
Tabella 2. Concentrazione di azoto delle foglie e degli steli di alcune piante coltivate. 
(Masoni, 2010). 
  
Ad eccezione dei carboidrati e dei lipidi, l’azoto entra nella composizione chimica di 
innumerevoli molecole biologiche quali amminoacidi e proteine, nucleotidi ed acidi 
nucleici, clorofilla, vitamine, ormoni (auxine e citochinine) ed alcaloidi. Sebbene i 
flavonoidi ed altri composti fenolici non contengano azoto, la loro sintesi a partire 
dalla fenilalanina li lega al metabolismo degli amminoacidi. Composti inorganici 
dell’azoto in piante sane sono presenti soltanto in piccolissime quantità.    
L’azoto è un nutriente ad azione plastica e rappresenta il fattore essenziale della 
produzione. Esso esercita, infatti, un’intensa azione di stimolo all’accrescimento e 
permette alla pianta di svilupparsi in modo vigoroso, con apparato fogliare ampio e 
dotato di alta efficienza fotosintetica, perché ricco di clorofilla e degli enzimi 
preposti alla fissazione del carbonio. Normalmente, l’applicazione dei concimi 
azotati provoca uno spiccato aumento dello sviluppo vegetativo, una più intensa 
colorazione verde delle foglie e dei fusti, maggior rigoglio vegetativo e consistente 
sviluppo di biomassa. Nonostante ciò un uso eccessivo di concimi azotati è da evitare 
assolutamente per eludere l’insorgenza di numerosi e gravi inconvenienti 
agronomici, ambientali ed economici.  
Secondo Demolon, il limite di produttività di una coltura è dato dalla massima 
quantità di azoto che le può essere utilmente applicata e questo conferma che l’azoto
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CICLO DELL’AZOTO NEL SISTEMA SUOLO-PIANTA 
è il fattore nutritivo che maggiormente determina il livello delle produzioni vegetali 
ma anche che l’uso dell’azoto richiede prudenza e oculatezza. 
La carenza di azoto nella pianta si manifesta in modo molto appariscente. La pianta 
cresce poco sia a livello radicale, sia a livello della parte aerea.  Le foglie assumono 
una colorazione verde-giallastra, con decolorazione iniziale delle foglie più vecchie e 
nella parte basale della pianta. Solo dopo che la clorosi ha raggiunto uno stadio 
avanzato, si diffonde alle foglie più giovani. Nei casi più gravi le foglie adulte 
seccano, a partire dai bordi, e muoiono. Altri sintomi da insufficienza di azoto sono 
la riduzione della fioritura, cascola dei frutti, riduzione della lunghezza del ciclo 
biologico, maturazione precoce, produzione ridotta e in alcuni casi di scarsa qualità. 
 Un eccesso di azoto invece, causa effetti negativi classificabili in: 
 maggiore suscettibilità alle avversità crittogamiche e climatiche; 
 minore resistenza dei tessuti meccanici delle piante (fenomeni di 
allettamento); 
 forti consumi idrici; 
 peggioramento di alcune caratteristiche qualitative; 
 accumulo di nitrati in ortaggi da foglia e nei foraggi; 
 allungamento del ciclo biologico. 
 
2.2. Meccanismi di assorbimento dell’azoto 
Le piante assorbono azoto sia nella forma nitrica (NO
3
-
) che ammoniacale (NH
4
+
) 
(esistono specie vegetali capaci di assorbire, oltre alle due forme inorganiche, anche 
molecole organiche azotate di piccole dimensioni come gli amminoacidi). La 
disponibilità di queste due forme azotate nel suolo dipende da fattori abiotici, quali 
livello di ossigeno, pH, umidità, temperatura e da fattori biotici (popolazioni 
microbiche) che vanno ad influenzare la concentrazione dell’azoto inorganico. 
L’assorbimento preferenziale dell’una o dell’altra forma (nitrica o ammoniacale) 
dipende da diversi fattori tra i quali di fondamentale importanza è sicuramente la 
specie vegetale. Le specie calcifughe, ad esempio, preferiscono lo ione NH
4
+
  mentre 
le piante calcicole, adattatesi a suoli calcarei o non calcarei con pH alcalino, 
assorbono preferibilmente lo ione NO
3
-
. Influenza la diversa forma azotata assorbita 
anche il pH: “Il pH del suolo gioca un ruolo importante nell’assorbimento degli ioni 
ammonio e dei nitrati. L’assorbimento degli ioni NH
4
+
 è favorito in condizioni di 
neutralità, depresso, invece, in ambiente acido. L’opposto invece avviene nel caso 
degli ioni NO
3
-
, che risultano maggiormente assorbiti a più bassi valori di pH”(tab. 3) 
(Violante, 2005).