Il bene prezioso dell’acqua

Dallo studio dei dati meteorologici collezionati nel tempo (1881 – 2000) emerge che sono in atto alcune modifiche dei parametri microclimatici. Da queste serie storiche si osservano modifiche in aumento nei valori microclimatici medi e modifiche nei casi estremi. Gli effetti climatici diventano preoccupanti per l’agricoltura se i cambiamenti avvengono più velocemente degli adattamenti.
 In generale, sono state poste in evidenza:
    • variazioni della quantità di pioggia annua e stagionale
    • variazione del numero di giorni piovosi e loro ripartizione infra/intrastagionale
    • effetti degli stress idrici (e del ristagno) e conseguenti modifiche della profondità di falda
    • una generalizzata dilatazione dei singoli periodi di assenza di precipitazione
    • un significativo aumento dei casi di periodi secchi, specie di quelli molto lunghi
    • i cambiamenti climatici modificano la stagione irrigua ed implicano una maggiore richiesta di risorse idriche di qualità
    • un aumento della temperatura media che si accompagna allo stato di stress idrico provoca un anticipo e un accorciamento del ciclo biologico delle colture.

Pertanto gli interrogativi da porci sono numerosi e tra questi:
    • Quali contromisure  attivare per le variazioni climatiche?
    • Quanto può essere necessario impostare specifici programmi di breeding?
    • Necessità   di programmi di breeding per obiettivi a volte opposti a quelli praticati fino
ad ora; infatti disponiamo di varietà selezionate sostanzialmente sulla base di “ideotipi”.
    • Quali decisioni agronomiche assumere nel breve periodo?

Mentre i principali obiettivi da raggiungere vengono bene elencati qui (figura 1.jpg)

La forma dell’acqua: principali caratteristiche fisico-chimiche
Acqua e ponti idrogeno:
    • Ghiaccio: tutti gli atomi sono strettamente legati tra loro da ponti idrogeno in forma di cristalli
    • Gas: non si formano ponti idrogeno.
Coesione e adesione:
    • Coesione: attrazione tra le molecole d’acqua
    • Adesione: attrazione tra le molecole d’acqua e altri materiali/sostanze
Espansione elastica
dV = variazione in Volume = elasticità (d turgore)
Membrane: una doppia serie di code lipidiche fa orientare le molecole d’acqua

Le variazioni quotidiane di acqua nel terreno dipendono da:
    • + Precipitazioni
    • + Irrigazione
    • - Traspirazione
    • - Evaporazione dal suolo

                  Contenuto attuale di acqua nel suolo
FTSW = --------------------------------------------------------------            
                Contenuto potenziale di acqua del suolo   

 dove FTSW = Frazione traspirabile di acqua del suolo
  
figura 2.jpg

Caratterizzazione ecofisiologica della frazione traspirabile di acqua del suolo (FTSW):
la figura indica l’effetto della traspirazione in condizioni di stress idrico progressivo: In altre parole mano a mano che la frazione traspirabile di acqua del suolo diminuisce (asse delle ascisse) fino ad 1/3 del totale la pianta traspira liberamente senza limiti. Al di sotto di tale disponibilità inizia la progressiva chiusura stomatica. Consumata la riserva idrica la pianta può solo sopravvivere, se ne è capace (Sinclair, 1994).

Ma per discutere del bene prezioso dell’acqua vale la pena iniziare dalle principali problematiche relative alla sua gestione riassumibili in un vero e proprio  “Cahier de doléances …”

    • Senza cibo si può vivere un mese, senz'acqua non si supera la settimana!
    • Per la sopravvivenza umana il fabbisogno minimo biologico pro-capite è di 5 l d'acqua nelle 24 ore, ma ne occorrono non meno di 50 l/giorno per ogni uomo. (Le Nazioni Unite hanno fissato il diritto minimo all'acqua con l’obiettivo dei 40 l/giorno).
    • Nel mondo si ha una disponibilità media di 425 l/procapite/giorno negli Stati Uniti, 237 in Italia e 150 in Francia e 10 l/giorno nel Madagascar.
    • Le stime indicano un consumo medio di 350 l/giorno per una famiglia canadese, di 165 per una europea e di 20 l per una africana.
    • L'OMS afferma che il 40% dell’umanità vive in condizioni igieniche precarie soprattutto per carenza di acqua potabile.
    • Un abitante su due (3 miliardi di persone circa) abita in case che non hanno sistema fognario.
    • Attualmente un abitante su cinque non dispone di acqua potabile a sufficienza (1,2 miliardi di persone circa).
    •  In 29 Paesi il 65% della popolazione è al di sotto del fabbisogno idrico vitale e oltre 1 miliardo di persone beve acqua "non sicura“.
    • Ogni anno 3,4 milioni di persone (5mila bambini/giorno)  muoiono a causa di malattie trasmesse dall'acqua.
    • L'emergenza acqua non riguarda soltanto i Paesi in via di sviluppo ma anche l'evoluta Europa. Secondo l’OMS il 16 % della popolazione del Vecchio mondo  non dispone di acqua potabile e svariati milioni di europei non hanno accesso ad acqua pulita e servizi sanitari.
    • Oltre 13.000 bambini europei perdono la vita ogni anno per malattie correlate a queste carenze e  l'OMS avverte che probabilmente si tratta di una sottostima.

In Europa il tributo maggiore viene pagato dai Paesi della ''sub-regione B'' (Albania, Armenia, Azerbaigian, Bosnia-Herzegovina, Bulgaria, Georgia, Kyrgyzstan, Polonia, Romania, Serbia e Montenegro, Slovacchia, Tajikistan, Macedonia, Turchia, Turkmenistan e Uzbekistan).


Bere acqua potabile
Questa è la situazione
    • Quante persone non dispongono di acqua pulita? 900 milioni di persone circa
    • Quanti muoiono per malattie provenienti dall’acqua? 4.800 al dì muoiono di colera, leptospirosi, botulismo
    • Per quali ragioni non è bene conservare acqua da bere? malattie infettive/prodotti tossici/rischio atomico
    • Metodo preferibile per rendere potabile l’acqua: bollitura/no bottiglie in plastica, non esporre al sole è preferibile la clorazione
    • Quanta acqua si produce con i dissalatori esistenti? 60 miliardi di litri d’acqua e 3 milioni di persone dipendono dal mare.

Antropocene: l’impronta ambientale
Dalla letteratura di settore è noto che la produzione della carne comporta dei consumi anche molto elevati e differenti di acqua. Vediamo alcuni esempi:
    • 1/2 kg di carne bovina richiede: 6.810 l H2O + 3 kg concentrati + 16,4 kg foraggio irriguo e altri 70,5 l H2O di bevanda e processo produttivo
    • 1/2 kg di carne di capra: 480 l H2O + 1,3 kg concentrati + 8,3 kg foraggio  irriguo + 79,5 l H2O di bevanda e processo produttivo  
    • 1/2 kg di carne suina: 2.182 l H2O + 1,9 kg concentrati + 200 l H2O di bevanda e processo produttivo
    • 1/2 kg di pollo: 1.773 l H2O + 0,9 kg concentrati + 9,1 l H2O di bevanda e processo produttivo
    • 0,2 l di latte (tazza): 208 l H2O e 0,2 l di vino: 240 l H2O

Le voci concentrati, foraggio irriguo, acqua di bevanda e processo produttivo rappresentano degli ulteriori consumi d’acqua che possono assumere per lo stesso tipo di bene valori assai variabili in relazione al tipo di animale considerato e alle condizioni di allevamento.

L’acqua in Italia
    • 155 miliardi di m3 corrispondono alla disponibilità annua d'acqua per usi civili e produttivi (pari a  2700 m3 teorici pro-capite).
    • Il 97% dell'acqua dolce in Italia risiede nelle falde acquifere.
    • Gran parte di queste falde sono alimentate da territori sottoposti a tutela.
    • Irregolarità dei deflussi e inefficienze varie riducono questa disponibilità al 71% (pari a 2000 m3 pro-capite).
    • La disponibilità d'acqua diminuisce ogni anno, le località in emergenza idrica crescono di numero, i costi ed i prezzi dell'acqua sono in rapido aumento.
    •  Il 15% della popolazione italiana (circa 8 milioni) per 4 mesi l'anno (giugno-settembre) è sotto la soglia del fabbisogno idrico minimo.
    • Il 30% dell'acqua che entra nelle condotte idriche non arriva a destinazione.
    • Il 40% dell'acqua irrigua (pari al 70% medio dei consumi totali) si perde lungo le tubazioni dalle sorgenti, dagli invasi alle prese e agli idranti.
    • In tutto il Bacino del Mediterraneo, Italia compresa, nell'ultimo secolo si è verificata una diminuzione delle precipitazioni estive pari a circa il 20%, accompagnata da un aumento delle temperature di 1,5 °C.
    • Il clima è di per sé una variabile in continua evoluzione e l'anomalia climatica che stiamo vivendo consiste nel fatto che, diversamente dal passato, all'aumento della temperatura non corrisponde un incremento delle piogge.
    • Le piogge si concentrano in periodi brevi ed intensi, provocando piene fluviali e inondazioni eccezionali.  
    • Penuria e improvvise e torrenziali abbondanze costituiscono una seria minaccia da fronteggiare per uomo, ambiente e  natura, per l'economia e le produzioni agricole.
    • La cattiva gestione delle acque di scarto, d'altro canto, contaminate con sostanze chimiche e altre scorie, sta inquinando le riserve idriche che pur essendo rinnovabili rimangono sempre costanti.
    • La riserva idrica è impoverita dallo sfruttamento delle falde acquifere e dalla incapacità delle stesse di rigenerarsi in tempi molto prolungati.
    • Viene alterato l'ecosistema fluviale, impedito il deflusso regolare delle acque e dei sedimenti con effetti devastanti sugli equilibri del sistema idrogeologico e del ciclo naturale dell'acqua.
    • Nel recente passato l’acqua era gestita da 7 mila enti diversi attraverso 13 mila acquedotti.

Le decisioni agronomiche da applicare nel breve periodo
    • Avvicendamenti colturali (no alle monosuccessioni) che possono comportare alcuni rischi:
1. allungamento del ciclo colturale in rapporto     alla somma termica
2. aumento del rischio fitopatologico (es. micotossine)
3. aumento delle colture permanenti
    • Interventi sul terreno (conservazione delle proprietà fisico-chimiche e idrologiche)
    • Epoca, profondità e densità di semina corrette
    • Scelta di varietà semi-alternative ad es. nei cereali microtermi (conservazione di varietà locali e biodiversità)
    • Interventi irrigui e applicazione dei principi di aridocoltura.

Allo scopo di restituire in modo appropriato l’acqua alle colture è indispensabile ricordare i mutamenti avvenuti
    • Variazione nel tempo della quantità di pioggia
    • Variazione del numero di giorni piovosi e loro ripartizione infra/interstagionale
    • Effetto degli stress idrici (e/o del ristagno) e conseguenti modifiche della profondità di falda.

La risposta delle piante all’acqua
Il più importante e ricorrente stress abiotico a cui le piante sono sottoposte è la scarsità d’acqua. Le perdite obbligatorie, che la pianta ha con la traspirazione nel processo di accumulo della CO2 atmosferica, fanno sì che essa sia alla continua ricerca di ingenti quantitativi d’acqua. Questa necessità è ben nota ormai da secoli, infatti le prime piante sembra siano state coltivate negli alvei di piena dei fiumi proprio per assicurare loro la disponibilità idrica necessaria.
Già nel 1850 Lawes dimostrò l’esistenza di una stretta correlazione tra fabbisogno idrico e accumulo di biomassa in diverse specie. Altri studi di inizio secolo dimostrarono poi come esista uno stretto legame tra accumulo di biomassa (W: weight) e perdita d’acqua per traspirazione (TR). Nel 1958 de Wit qualificò questa relazione come “efficienza d’uso dell’acqua” (Water Use Efficiency: WUE) secondo la seguente equazione: WUE= W/TR
Si può asserire che, vista l’importanza fondamentale dell’acqua per le piante, la loro risposta in termini di resa può essere aumentata aumentando la disponibilità idrica.
Le piante possiedono una certa tolleranza allo stress idrico occorre tuttavia migliorarle geneticamente (QTL) affinché acquisiscano una maggiore resistenza.

La microirrigazione promuove la sostenibilità ambientale
Tra i vari metodi di restituzione dell’acqua ai vegetali quello basato su apporti ridotti e controllati riserva numerosi vantaggi:
    • riduce lo spreco e la contaminazione dell’acqua
    • riduce l’erosione del suolo
    • riduce la percolazione di prodotti chimici nelle falde sotto superficiali
    • consente l’utilizzo di acque reflue e un maggiore risparmio energetico
    • aiuta la conservazione delle piccole realtà agricole e l’utilizzo di aree marginali
    • in generale promuove l’irrigazione sostenibile

L’acqua e le variazioni climatiche
    • Simulare il futuro (modelli matematici) e relazioni causa/effetto
    • Cambiamenti climatici e biodiversità
    • Problemi complessi per l’Italia e il Mediterraneo
    • “Resurrection plants”
    • Nuove attese dalla ricerca genetica
    • Global and climate change

Simulare il futuro e relazioni causa/effetto
    • Il punto più importante è che i modelli di simulazione climatica non sanno ancora trattare fenomeni e processi non lineari, quali per esempio quelli “a soglia” o quelli a “isteresi(+)”, anche perché non sono ben conosciuti.
(+) fenomeno non lineare che comporta l'immagazzinamento di una parte dell'energia che viene fornita a un sistema.
    • Di conseguenza l’affidabilità dei modelli è, in generale, più elevata se i processi sono lineari e se la scala spaziale è molto ampia. Particolare cautela va posta negli altri casi. A tale proposito vale la pana ricordare il così detto “effetto farfalla”

da una conferenza tenuta da E.N. Lorenz nel 1979 all'American Ass. for the Advancement of Sci., pioniere della teoria del caos:
“Se un battito d’ali di una farfalla in Brasile, a seguito di una catena di eventi, può provocare un tornado nel Texas... chissà cosa può provocare anche il più piccolo e insignificante dei nostri gesti. Piccole variazioni nelle condizioni iniziali di un sistema complesso possono produrre grandi variazioni nel comportamento a lungo termine”.

Cambiamenti climatici e biodiversità
Indipendentemente dai futuri cambiamenti del clima, la biodiversità tenderà a declinare a causa dell’espansione delle attività umane, dei crescenti usi antropici del suolo e della progressiva riduzione degli habitat naturali.
E’ ovvio attendersi che i cambiamenti del clima comporteranno delle conseguenze per gli ecosistemi terrestri del tipo:
    • Spostamento degli ecosistemi verso i poli e a quote più elevate:  le specie che non riusciranno a spostarsi in tempo o che avranno limiti nei loro spostamenti potranno essere destinate a soccombere.
    • Le specie più sensibili a disponibilità e qualità della acqua saranno maggiormente a rischio (es. mammiferi e  uccelli subtropicali).
    • La produzione di biomassa e l’espansione delle foreste tenderanno ad aumentare, soprattutto alle alte latitudini, i fattori limitanti saranno: rischio di desertificazione e disponibilità di acqua e nutrienti nei suoli.

Problemi complessi per l’Italia e il Mediterraneo
Sulla base di una proiezione circa gli scenari climatici (elaborazione IPCC), i problemi che possono interessare l'area mediterranea, e l'Italia in particolare, possono essere:
    • diversa disponibilità di risorse d’acqua dolce tra nord e sud Europa e tra nord e sud Italia, a causa dei diversi modelli di precipitazione
    • migrazione verso latitudini più elevate dei sistemi ecologici, con variazioni anche di paesaggio (Europa e bacino Mediterraneo)
    • maggiore vulnerabilità dell'ambiente costiero e marino, con variazioni a livello naturale ed umano a causa dell'aumento del livello del mare e della temperatura dell'acqua marina.
    • effetti secondari sulle opportunità di sviluppo socio-economico  che ne derivano pongono anche problemi di equità tra popoli che vivono in diverse aree modificate.

“Resurrection plants”
Lo stress idrico può influenzare le piante in diversa maniera. Un leggero stato di stress comporta delle modeste variazioni sullo stato di idratazione delle piante e le piante reagiscono contenendo le perdite d’acqua aumentando l’assorbimento dell’acqua. La più severa forma di deficit idrico è la disidratazione totale. Questo estremo limite si manifesta quando la maggior parte dell’acqua protoplasmatica viene perduta e solamente dei piccolissimi quantitativi di acqua strettamente legata alle strutture cellulari rimangono nella cellula. La natura dei metaboliti caratterizza un gruppo di angiosperme, chiamate "piante resurrezione" fornite di fogliame che può sopportare la siccità per lunghi periodi, mantenendo tuttavia la capacità di riacquistare vigore e turgore completo in breve tempo se reidratate. (es. Craterostigma plantagineum Hochst by Bartels D. e Salamini F., 2001)

Nuove attese dalla ricerca genetica
I principali obiettivi di cui la genetica si sta occupando possono venire così sintetizzati:
    • Resistenza allo stress salino: i cereali potrebbero essere irrigati con acqua salmastra
    • Resistenza allo stress idrico
    • Resistenza all’anossia da allagamento.
    • Resistenze ai fitofagi.

Global and climate change
E’ bene ricordare che siccità e scarsità non sono sinonimi: il secondo fenomeno, infatti, non ha origine climatica, ma è il frutto di un’errata gestione delle risorse disponibili. Si verifica cioè quando la quantità di acqua prelevata da falde e corsi d’acqua per le esigenze umane supera la capacità di rigenerazione della risorsa da parte dei sistemi naturali.
La sfida posta dai cambiamenti globali e dai cambiamenti climatici si giocherà sulla capacità di adattamento e mitigazione delle singole realtà produttive. E’ necessario aumentare il livello di attenzione dei ricercatori e degli agricoltori senza generare eccessivi allarmismi. Appare dunque necessario integrare le attività di ricerca e sviluppo e le altre componenti del settore finalizzate al superamento delle diverse barriere produttive.

Conclusione
Con il passare degli anni si è convenuto sull’esistenza di alcuni limiti alla produttività delle piante coltivate legati a fattori ambientali. In realtà questa situazione era risultata già ben chiara all’uomo che per primo “addomesticò” le piante, egli, infatti, sapeva bene come limitazioni di temperatura, luminosità e disponibilità idrica avessero un’influenza fondamentale sull’accrescimento e sviluppo e, alla fine del processo, sulla produttività delle piante agrarie.
Eccetto poche possibilità, che in ogni caso non assicurano importanti progressi in fatto di miglioramento delle rese, i limiti fisiologici di produttività delle piante coltivate sono stati raggiunti in campo ma in condizioni sperimentali.
La temperatura confina l’attività vegetativa ai periodi più miti e definisce la velocità di crescita. Inoltre sia il tasso di sviluppo di singoli organi, come le foglie, che il progresso dell’intera pianta attraverso i diversi stadi ontogenetici sono quantitativamente dipendenti dalla temperatura. Per la maggior parte delle piante coltivate la temperatura definisce sia la stagione di sviluppo che l’accrescimento.
L’importanza dello sviluppo fogliare e della durata dell’accrescimento si basa sulla quantità di radiazione solare che viene intercettata e che può quindi essere usata per l’accumulo di biomassa. I limiti fotosintetici possono solo limitare la resa di piante coltivate in situazioni di non stress. I risultati di resa ottenuti in condizioni di alte temperature e alti valori di RUE (efficienza d’uso della radiazione) concordano con quelli riscontrati per piante coltivate in condizioni non limitanti.
Risulta difficile non incidere negativamente sulla produttività delle piante migliorando la loro capacità di resistenza alla carenza idrica. Un altro tipo di soluzione potrebbe essere la possibilità di aumentare la capacità di formazione e approfondimento dell’apparato radicale, ma non ci sono prove certe che questo abbia un’effettiva positiva ricaduta sulla resa finale.
Al di là di tutto negli ultimi 30 anni sono stati svolti molti studi per tentare di comprendere meglio la fisiologia vegetale e tutti portano alle medesime conclusioni, cioè che temperatura, radiazione solare e disponibilità d’acqua limitano quantitativamente l’accumulo di biomassa e la produttività potenziale delle piante. A questo punto si può affermare che la produttività potenziale delle piante coltivate è stata essenzialmente raggiunta.
Ora gli obiettivi dell’agricoltura sono quelli di utilizzare metodi di coltivazione sostenibili sia dal punto di vista ambientale che economico, per cui gli agricoltori devono affiancare al proprio obiettivo principale di massimizzazione delle rese il miglioramento dell’ambiente in cui operano (Sinclair, 1994).