Il ruolo dell'azoto nei sistemi agroalimentari

L’azoto (N) rappresenta l’elemento principale su cui si fondano i sistemi agroalimentari di tutto il mondo. Le principali vie attraverso le quali l’N entra all’interno di questi sistemo sono sostanzialmente i fertilizzanti di sintesi e la fissazione biologica dell’N atmosferico.
L'N presente nelle proteine delle colture e dei foraggi viene trasferito al bestiame, o direttamente agli esseri umani, arrivando nei nostri piatti dopo aver percorso l’intera catena produttiva. Parte dell'N in eccesso che viene incorporato negli effluenti di allevamento e nei residui delle coltivazioni può essere riutilizzata attraverso un'adeguata gestione del letame e del suolo. Tuttavia, nonostante gli sforzi che il mondo della ricerca sta producendo per definire le migliori strategie di riutilizzo dell’N, oggi circa l'80% di questa preziosa risorsa che entra nei sistemi agroalimentari globali viene disperso nell'ambiente. L'N emesso nell'ambiente ha impatti negativi sostanziali, tra cui l'inquinamento delle risorse idriche e dell'atmosfera, la perdita di biodiversità, le emissioni di gas serra e di ammoniaca (NH3). Tuttavia, il rischio di non poter disporre di sufficienti risorse di N minaccia le produzioni agricole globali e la sicurezza alimentare. Pertanto, la riduzione degli sprechi di N è un obiettivo di primaria importanza per l'umanità al quale i sistemi agroalimentari devono fornire risposte efficienti in tempi rapidi.
I sistemi agroalimentari evidenziano diversi comparti strettamente interconnessi tra loro in cui l'N può essere perso. Pertanto, per raggiungere la sicurezza alimentare, è necessaria una comprensione dettagliata del funzionamento di ciascun comparto e dei complessi collegamenti tra colture e sistemi zootecnici, nonché della loro integrazione nei sistemi agroalimentari globali. Le soluzioni proposte devono quindi essere basate su una solida base scientifica che abbracci questa complessità. Per fare ciò, abbiamo bisogno di un approccio multidisciplinare a diversi livelli di scala (azienda, regioni, governi nazionali e Comunità Europea), con il coinvolgimento delle diverse parti interessate (agricoltori e associazioni di categoria, istituzioni, enti di ricerca, decisori politici).
Risulta quindi evidente come l'ambizioso obiettivo fissato dalla strategia Farm to Fork di dimezzare i rifiuti di N entro il 2030 richieda un importante coordinamento di numerosi attori tra cui ricercatori, agricoltori, industria, responsabili politici, ONG e consumatori.
Il XXI Nitrogen Workshop (Madrid 24/28 ottobre 2022) ha cercato di rispondere a questa ambiziosa sfida. L’evento ha accolto quasi 300 contributi da circa 40 paesi che hanno riguardato diversi ambiti di sistema (colture, allevamento, agroforestale, foreste, sistemi urbani e agroalimentari) e diverse scale spaziali (dalle prove parcellari fino alla scala globale). Gli interventi sono stati organizzati all’interno di cinque sessioni ordinarie e quattro speciali, insieme a otto keynotes.

Principali risultati
Uno dei principali risultati dell’evento è stato l’introduzione del concetto del “N waste”. Ovvero lo spreco di risorse e denaro legate alle perdite di N reattivo di origine antropica e delle relative conseguenze sull’ambiente e sulla sicurezza alimentare globale.
Le criticità del sistema pianta-suolo sono legate alle perdite di N in atmosfera, in acqua e le emissioni di gas serra. Questo si deve principalmente a strategie gestionali inefficienti e ai prezzi ancora troppo bassi dei concimi azotati ai quali, nonostante l’attuale crisi delle risorse, si fa un eccessivo ricorso. Le strategie di distribuzione dell’N risultano essere ancora troppo poco efficienti e incapaci di assicurare valori di efficienza d’uso dell’N (NUE) adeguati. Inoltre, non esiste ancora una metodologia comune per la determinazione del NUE che permetta un confronto a differenti livelli di scala e regioni geografiche. Pertanto risulta di primaria importanza riuscire ad armonizzare le definizioni e le metodologie di stima del NUE a tutti i livelli. Analogamente, è emersa la necessità di chiarire gli inventari nazionali dei gas serra per calibrare le misure di riduzione dell'inquinamento di N e stimare il contributo delle differenti pratiche agricole al cambiamento climatico.
Nonostante il grande fermento scientifico relativo alle attività di monitoraggio e stima delle perdite di N per volatilizzazione, è emersa la necessità di intensificare gli sforzi in modo da ottenere una visione d’insieme più accurata. Per raggiungere tali obbiettivi le azioni più urgenti si riferiscono all’incremento del numero degli areali considerati, coinvolgendo gli ambienti ancora poco studiati, e all’integrazione degli studi sui flussi di N2O e NH3, in modo da poter valutare simultaneamente le diverse tipologie di emissioni di N ed ottenere una panoramica più accurata del fenomeno.
Relativamente al contrasto degli sprechi di N del sistema suolo-pianta, i risultati delle discussioni hanno individuato alcune azioni maggiormente interessanti:
- Utilizzo di fertilizzanti ad alta efficienza (inibitori e concimi a lento rilascio);
- Calibrazione di dosi di N sulle effettive richieste delle colture;
- Modifica delle date di semina in base alle specificità dei diversi areali geografici;
- Combinazione delle concimazioni con lavorazioni superficiali e irrigazioni;
- Miglioramento genetico dei cereali a favore delle varietà a lenta germinazione e ciclo vegetativo prolungato che permettono il mantenimento delle rese con livelli di NUE elevati.
Queste strategie devono essere quindi prese in considerazione in fase di progettazione delle politiche pubbliche in modo da ridurre in modo sostanziale gli sprechi di N e mantenere elevate le produzioni agroalimentari.
Il settore zootecnico evidenzia notevoli criticità legate alle emissioni in atmosfera di NH3 e protossido di azoto (N2O) dagli edifici di ricovero del bestiame, dalla gestione dei reflui aziendali e dalle fermentazioni enteriche. Questo soprattutto in considerazione del fatto che la crescita del settore zootecnico si è concentrata soprattutto nelle regioni con bassi costi di produzione causando rilevanti alterazioni del ciclo dell'N. Strategie innovative di stabulazione e di alimentazione del bestiame sembrano fornire interessanti prospettive per una riduzione delle perdite di N dai sistemi zootecnici. Particolare attenzione è stata dedicata allo studio di diete ad alta efficienza capaci di ridurre le perdite di N. Questo perché è stato notato che le attuali diete evidenziano eccessivi apporti di N che non viene completamente metabolizzato dagli animali, determinando un surplus all’interno dei reflui aziendali. Queste valutazioni si sviluppano parallelamente a strategie innovative di gestione dei liquami per il recupero dei surplus di N. La transizione verso una logistica aziendale che preveda una gestione efficiente dei reflui aziendali attraverso coperture delle vasche di stoccaggio e stabilizzazione dei liquami (acidificazione e impiego di inibitori dell’ureasi) potrebbero abbattere notevolmente gli impatti degli allevamenti.
L’importanza delle analisi dei sistemi misti ha emersa chiaramente e negli ultimi anni le analisi complete/integrate hanno compiuto progressi impressionanti, sia in termini di nuovi metodi che di ampie serie di dati che in precedenza erano scarsamente documentate (emissioni di gas serra, inquinamento atmosferico e flussi energetici).
A livello di paesaggio è stato sottolineato che le decisioni umane sulla gestione dei nutrienti e dell'acqua, così come le modifiche dei fiumi e degli estuari, sono chiare cause del trasporto di N dalla terra al mare. In questo senso è emersa la necessità di modificare la legislazione e le norme sui sussidi per ridurre in modo significativo l'inquinamento da N, poiché l'attuazione volontaria delle migliori pratiche di gestione da parte degli agricoltori non è sufficiente. Infatti, gli eccessi di N nei sistemi agricoli sono evidenti rispetto agli ecosistemi naturali nella maggior parte dei Paesi. Tuttavia, in alcune zone del mondo persiste un deficit di apporti di N che minaccia le produzioni agroalimentari. Pertanto, sembra importante integrare il monitoraggio della qualità dell'acqua e degli ecosistemi acquatici nelle valutazioni globali e regionali dei flussi di N, e in particolare per riciclare l'N reattivo.
Sono state inoltre organizzate quattro sessioni speciali che hanno avuto come obbiettivo quello di considerare aspetti complementari di grande importanza. La sessione speciale sul telerilevamento per l'ottimizzazione dell'N e l'agricoltura di precisione ha avuto l'obiettivo di discutere il potenziale dell'uso di sensori, digitalizzazione e intelligenza artificiale per ottimizzare l'uso di N nei sistemi di coltivazione. Se da un lato i risultati applicativi di queste tecnologie permettono delle sostanziali riduzioni nell’uso degli input (N) mantenendo le produzioni agricole a livelli elevati, dall’altra gli investimenti e la complessità gestionale dell’utilizzatore finale rappresentano ancora un ostacolo considerevole alla loro diffusione su larga scala. Questo soprattutto in quei paesi caratterizzati da modelli agricoli arretrati e a bassi livelli di reddito, in cui la pressione del cambiamento climatico sembra produrre gli effetti più dannosi.
All’interno della sessione sulla valutazione dei costi/benefici relativi alla riduzione degli sprechi di N entro il 2030 sono state discusse diverse opportunità per una progettazione innovativa dei sistemi agricoli e per una gestione integrata dell’N. Questo tipo di analisi giocano un ruolo centrale per il supporto dei processi decisionali a diverse scale volti al raggiungimento di elevati livelli di sostenibilità dei sistemi. Tuttavia, per scale di sistema molto ampie e su orizzonti temporali lunghi, esistono livelli di incertezza ancora troppo elevati per ottenere indicazioni affidabili.
La sessione dedicata all’economia circolare ha posto la domanda "Dov'è l'N circolare?". Per rispondere a questa domanda sono stati discussi alcuni spunti per il recupero dell’N attraverso strategie innovative. Le migliori prospettive sono fornite dall’utilizzo dei biofertilizzanti e, soprattutto, da un miglioramento della loro gestione. Ancora una volta è emersa l’importanza dell’interconnessione fra i diversi settori produttivi in cui i residui di uno rappresentano le risorse per un altro. Un esempio viene fornito da quelle strategie di gestione innovative dei reflui zootecnici che, attraverso tecniche di stoccaggio che limitano le perdite di N in atmosfera, l’utilizzo di inibitori della nitrificazione/ureasi e metodologie di distribuzione a basso impatto, forniscono interessanti prospettive per una drastica riduzione del ricorso ai fertilizzanti di sintesi in campo.
Infine, all’intero della sessione sulle strategie politiche volte alla riduzione dell’inquinamento da N sono state analizzate le politiche nazionali esistenti e sono stati proposti nuovi approcci alla governance dell'N tra diversi settori e a diverse scale. Il ruolo che le politiche nazionali e comunitarie giocano nella diffusione delle strategie di gestione agronomica volte ad abbattere le perdite di N è emerso chiaramente. Nonostante i recenti aumenti dei prezzi dei fertilizzanti l’N risulta ancora “troppo economico”. Questo fa sì che il ricorso a dosi eccessive di N con tecniche di distribuzione inefficienti sia ancora drammaticamente diffuso. Si percepisce quindi la necessità di politiche agricole nazionali ed internazionali decise a convertire i sistemi agricoli mondiali verso modelli sostenibili a basso impatto ambientale.
Il XXI Nitrogen Workshop ha evidenziato le principali sfide alle quali il settore agroalimentare è chiamato a rispondere nel prossimo futuro. La necessità di mantenere elevati standard quali-quantitativi delle produzioni agroalimentari e al contempo ridurre le perdite di N nell’ambiente sono stati i temi centrali dell’evento.
Gli ambiti in cui la comunità scientifica è chiamata a fornire risposte rapide si riferiscono principalmente a: (i) riduzione delle emissioni di NH3 e N2O; (ii) riduzione delle perdite di N per lisciviazione; (iii) incremento della NUE a livello trasversale nel settore agroalimentare. Per raggiungere tali obbiettivi sono state proposte numerose strategie che hanno spaziato dall’utilizzo di inibitori della nitrificazione/ureasi, alla riduzione della profondità delle lavorazioni e al miglioramento della gestione dei fertilizzanti e dell’irrigazione.