Julia W. Gaskin1, Peter Hartel2, Elizabeth Little3, Glen Harris4

• Biologia del suolo
• Inoculanti del suolo
• Uso degli inoculanti del suolo
• Sommario
• Risorse aggiuntive

Biologia del suolo

La biologia del suolo è importante per mantenere i sistemi agricoli sani e produttivi. Il suolo vivente è complesso. Include creature che non possono essere viste ad occhio nudo, come batteri, funghi, attinomiceti, protozoi e nematodi, così come creature come insetti e lombrichi. Questa comunità di organismi è legata insieme in una rete alimentare che influenza le proprietà chimiche e fisiche del suolo. Ci preoccupiamo di queste proprietà perché influenzano anche la crescita e la salute delle piante.

Attinomiceti microscopici nel suolo. Alcuni di questi microrganismi producono antibiotici.

Pratiche come l’aggiunta di letame o compost al suolo, la semina di colture di copertura e la rotazione delle colture sono tutte volte a ricostruire e mantenere la materia organica del suolo, a riciclare e trattenere i nutrienti e a diminuire le malattie del suolo. Queste pratiche sono di solito associate a un aumento della biomassa microbica e della diversità degli organismi del suolo.

Un suolo sano può contenere miliardi di batteri, funghi e altri microrganismi in un cucchiaino. A seconda delle condizioni del suolo, le popolazioni di questi diversi microrganismi aumentano e diminuiscono. Alcune popolazioni microbiche aumentano rapidamente quando vengono aggiunte al suolo colture di copertura fresche o altri residui vegetali. Per esempio, alcuni microbi sono in grado di usare le fonti di carbonio prontamente disponibili dai residui vegetali freschi come gli esseri umani usano i carboidrati. Questi microbi diminuiscono man mano che le fonti di carbonio si esauriscono, facendo aumentare altri microbi che scompongono le fonti di carbonio meno disponibili come la cellulosa e la lignina. Il punto è che ci sono molti microrganismi nativi nel suolo che rispondono rapidamente quando le condizioni sono favorevoli alla loro crescita.

Inoculanti del suolo

Queste radici di piantine di pino sono infettate con funghi micorrizici che permettono alla pianta di ottenere nutrienti da un volume maggiore di suolo.
(David Read, Oregon State University)

Come continuiamo a riconoscere che la biologia del suolo gioca un ruolo importante nella produzione agricola, l’interesse per gli inoculanti del suolo continua a crescere. Gli inoculanti sono usati per una varietà di ragioni. In alcuni casi, aggiungiamo organismi del suolo che hanno un effetto benefico noto. Per esempio, alcuni batteri, come le rizobie, formano una relazione simbiotica con alcune piante ospiti, come i legumi. Una relazione simbiotica è una relazione che è reciprocamente benefica. In cambio del fatto che la pianta gli fornisca carbonio dalla fotosintesi e gli dia una casa, i batteri possono “fissare” l’azoto atmosferico in una forma che la pianta può usare. Alcuni funghi, come le micorrize, possono anche formare una relazione simbiotica con le piante, recuperando il fosforo e altre sostanze nutritive che la pianta può utilizzare. Alcuni batteri e funghi non formano una relazione simbiotica con le piante, ma, quando vengono aggiunti al suolo, possono promuovere la crescita delle piante, sopprimere i patogeni delle piante o entrambi.

Il modo più semplice per pensare agli inoculanti del suolo è quello di dividerli in base alla loro modalità di azione: biofertilizzanti o promotori della crescita delle piante, biopesticidi e stimolatori della resistenza delle piante.

Biofertilizzanti

I biofertilizzanti contengono microrganismi vivi che, quando applicati al seme, alla pianta o al suolo, abitano la zona intorno alle radici (rizosfera) o vivono nelle radici. Questi microrganismi promuovono la crescita delle piante aumentando la fornitura o la disponibilità di nutrienti, stimolando la crescita delle radici o favorendo altre relazioni simbiotiche benefiche. I biofertilizzatori sono anche chiamati promotori della crescita delle piante.

I legumi come il trifoglio, i piselli e i fagioli hanno rizobatteri colonizzatori delle radici che possono aumentare la disponibilità di azoto per la pianta fissando l’azoto dall’atmosfera. Ogni legume ha un rizobatterio specifico che funziona meglio con quella pianta. Inoculare il seme del legume con i batteri corretti assicura che il legume massimizzi la disponibilità di azoto se l’azoto nel suolo è basso Questo è particolarmente importante se non hai piantato la specie di legume prima, perché i batteri corretti potrebbero non essere presenti nel suolo.

Queste radici di soia hanno noduli che contengono
rizobio che fissano l’azoto per l’uso della pianta.
(Peter Hartel, Università della Georgia.)

Ci sono anche batteri fissatori di azoto che vivono liberi e possono fornire azoto alle piante di cereali come il grano e il mais. Vivono nell’area intorno alla radice (la rizosfera). In generale, la fissazione dell’azoto sia con i fissatori d’azoto simbiotici che liberi è maggiore nei terreni poveri d’azoto.

In molti terreni, nutrienti come fosforo, potassio e ferro sono presenti in grandi quantità ma in forme che le piante non possono usare. Molti batteri e funghi sono in grado di rendere questi nutrienti disponibili alle piante secernendo acidi organici o altre sostanze chimiche (siderofori) per dissolvere i minerali. I funghi micorrizici che vivono nelle radici delle piante sono ben noti per la loro capacità di fornire fosforo alle piante. Proprio come la situazione con i fissatori di azoto, i funghi micorrizici sono più efficaci quando il fosforo disponibile nel suolo è basso. Quando ci sono nutrienti adeguati disponibili, le piante non sembrano voler scambiare i loro prodotti duramente guadagnati della fotosintesi per più nutrienti.

Alcuni batteri e funghi producono ormoni della crescita delle piante che possono aumentare la crescita delle radici in particolare e la crescita delle piante in generale. L’aumento della crescita delle radici aiuta la pianta a utilizzare un volume maggiore di terreno per i nutrienti e l’acqua e può aiutare la pianta a “superare” gli attacchi dei patogeni. Per esempio, i funghi sono noti per produrre gibberelline che sono importanti per la germinazione dei semi e la crescita delle cellule, e alcuni batteri possono ridurre la quantità di etilene, che è un ormone che le piante producono sotto stress.

Biopesticidi

Una radice di pianta circondata da una pellicola di Bacillus subtilis (fluorescenza verde) in risposta all’infezione di un patogeno della pianta.
(Thimmaraju Rudrappa, Università del Delaware)

Ci sono molti esempi di terreni che sono naturalmente soppressivi dei parassiti delle piante. I suoli soppressivi sono il risultato delle interazioni tra alcuni microrganismi e gli organismi nocivi. Molti dei più comuni inoculanti del suolo sono formulati con questi microrganismi soppressivi e sono usati come biopesticidi o prodotti di biocontrollo.

La maggior parte degli organismi biopesticidi funziona producendo una sostanza che inibisce o uccide il parassita (antagonismo) o riducendo la disponibilità di cibo o rifugio per il patogeno (competizione). Il biopesticida più usato è il Bacillus thuringiensis, che produce una tossina che uccide le larve del terreno e i nematodi. Ceppi specifici di Bacillus subtilis sono ampiamente utilizzati come fungicida. Questo batterio colonizza le radici delle piante, competendo con i funghi per quella nicchia, e impedisce la rapida crescita di patogeni fungini.

Protozoi e nematodi che mangiano i batteri sono anche ritenuti svolgere un ruolo importante nel controllo dei patogeni (predazione). Come in ogni ecosistema, sia la competizione che la predazione tendono a mantenere le popolazioni in equilibrio.

Stimolanti della resistenza delle piante

Oltre ad agire come inibitore diretto dei patogeni delle piante, alcuni funghi e batteri stimolano la pianta ad attivare i propri meccanismi di difesa. Questo è chiamato resistenza sistemica indotta. In risposta ai segnali chimici dei microrganismi, le piante possono cambiare le risposte fisiologiche in modo che ci siano meno sintomi del patogeno. Questo può includere il rafforzamento della sua parete cellulare per resistere all’infezione, o il rilascio di antibiotici (come i terpeni) che riducono l’attacco del patogeno. I segnali chimici che passano avanti e indietro dai microrganismi alle piante sono specifici; di conseguenza, i microrganismi e le sostanze chimiche che possono causare una resistenza sistemica indotta in una specie di pianta possono non funzionare in un’altra.

Uso degli inoculanti del suolo

Mentre ci sono esempi di inoculanti del suolo che migliorano con successo la crescita delle piante e i raccolti, il loro uso è ancora agli inizi. Il successo di un particolare inoculante dipende dalla specie e dalla cultivar della pianta. Anche il tipo di suolo, le condizioni di umidità e temperatura del suolo, così come il numero di patogeni presenti nel suolo intorno alla pianta influiranno sul successo degli inoculanti. Infine, poiché gli inoculanti contengono organismi viventi, il modo in cui gli inoculanti sono stati preparati e applicati può influenzare il risultato.

I microbiologi pensano che il successo di un microrganismo introdotto possa essere più legato alla sua capacità di riprodursi e stabilire popolazioni in una particolare nicchia intorno alla zona delle radici della pianta che al numero di microrganismi inoculanti applicati. I microrganismi introdotti devono competere con quelli già presenti nel suolo e sopravvivere alla predazione di protozoi e nematodi nativi. Devono trovare la fonte di cibo e le condizioni ambientali adeguate per sopravvivere. I microrganismi introdotti possono essere stressati da condizioni fluttuanti dell’acqua del suolo, dall’uso di fertilizzanti o prodotti agrochimici (sia organici che convenzionali) e da disturbi del suolo come la coltivazione. A causa di tutti questi effetti, i microrganismi introdotti possono non persistere molto a lungo nel suolo; quindi, gli effetti benefici di un inoculante visti in campo sono spesso inferiori a quelli visti in condizioni di laboratorio o di serra. Ci sono anche casi in cui l’applicazione di un tipo di batteri o funghi avrà effetti benefici mentre la co-applicazione di diversi non mostra effetti simili.

In generale, le prove sul campo di inoculanti che pretendono di essere promotori della crescita delle piante o stimolatori della resistenza delle piante hanno risultati misti. Per esempio, i dati sulle prove di cotone e sorgo per diversi anni in Texas non hanno mostrato alcuna differenza nelle rese con due diversi prodotti “attivatori del suolo”. Un altro studio non ha visto alcuna differenza in foraggi, arachidi, riso, soia e pomodori. Altri studi in Alabama hanno dimostrato che diversi ceppi di Bacillus spp. hanno diminuito le malattie fungine nei cetrioli e nei pomodori; tuttavia, i risultati non erano coerenti per ogni anno di prove sul campo (vedi Risorse aggiuntive qui sotto).

Gli inoculanti sono formulati e venduti come polveri, granuli o liquidi. Materiali inerti come il muschio di torba sono spesso usati come supporto per mantenere gli organismi vivi e aiutare nell’applicazione.

Ci sono diversi metodi per applicare gli inoculanti del suolo. Questi includono il rivestimento di semi o piantine o l’applicazione diretta al suolo. Le applicazioni dirette al suolo sono fatte alla base della pianta vicino alle radici. Formulazioni diverse richiedono metodi di applicazione diversi. Le raccomandazioni del produttore dovrebbero essere seguite per avere le migliori possibilità di successo. Non si dovrebbe aggiungere alcun prodotto aggiuntivo agli inoculanti prima dell’applicazione, specialmente quelli che potrebbero avere proprietà che possono uccidere batteri o funghi.

Anche la durata di conservazione può essere un problema. Poiché le formulazioni contengono organismi viventi, dovrebbero essere conservate in un luogo fresco (preferibilmente il frigorifero) e, una volta mescolate, utilizzate il più rapidamente possibile. Lasciare gli inoculanti in macchina, sul cruscotto di un camioncino, o all’esterno esposti al sole, al calore o a temperature molto basse può uccidere alcuni degli organismi e ridurre la loro efficacia.

Negli Stati Uniti, gli inoculanti del suolo sono registrati per l’uso dall’USEPA. In Georgia, devono anche essere approvati dal Dipartimento dell’Agricoltura della Georgia. Il Dipartimento dell’Agricoltura richiede test per dimostrare che gli inoculanti non sono suscettibili di danneggiare le piante e la prova che le affermazioni sull’etichetta sono vere. Tuttavia, gli utenti dovrebbero sapere che questa non è una garanzia che gli inoculanti funzioneranno come dichiarato.

Prima di acquistare, gli agricoltori dovrebbero informarsi sulle dichiarazioni dei prodotti. Il vecchio adagio, “Se sembra troppo bello per essere vero, probabilmente lo è”, è ancora valido. Fatevi diverse domande:

1. Il prodotto sostiene di risolvere tutto? Funziona in tutte le situazioni? Funziona in tutti i terreni?
2. C’è qualche dato scientifico credibile presentato o i risultati sono tutti basati su testimonianze?
3. È data una ragione credibile del perché il prodotto funziona?

Come con qualsiasi prodotto agricolo, l’utente dovrebbe prestare attenzione alle precauzioni di sicurezza di base e seguire le istruzioni dell’etichetta. Anche se gli inoculanti non sono patogeni umani e i produttori sono tenuti a prendere precauzioni per prevenire la contaminazione con altri microrganismi, gli utenti dovrebbero prendere precauzioni di buon senso. Queste includono non respirare gli spray, non esporre la pelle alla miscela inoculante e lavarsi le mani dopo l’uso. Alcuni batteri che hanno effetti benefici nel suolo possono infettare le persone con un sistema immunitario compromesso.

Riassunto

L’uso di inoculanti del suolo è promettente per l’uso nei sistemi agricoli per migliorare lo stato dei nutrienti, ridurre le malattie delle piante e i parassiti, e migliorare le rese. Tuttavia, le pratiche di gestione come la rotazione delle colture, la coltivazione di colture di copertura e l’aggiunta di fertilizzanti organici e modifiche del suolo forniscono benefici simili. Tutte queste pratiche influenzano il numero e la diversità dei microrganismi nel suolo. La complessità del suolo e dei sistemi di produzione agricola rende difficile prevedere se gli inoculanti del suolo funzioneranno come previsto. Senza condizioni del suolo adeguate, gli inoculanti allevati in laboratorio spesso hanno difficoltà a competere con le popolazioni di microrganismi nativi.

Risorse aggiuntive

Soil Biology Primer. Disponibile online all’indirizzo
soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_biology/biology.html .

Inoculazione di semi di legumi da foraggio. Disponibile online all’indirizzo
www.aces.edu/dept/forages/miscellaneous/Ino_Forage_Seed.pdf

Additivi non tradizionali per il suolo: Possono migliorare la produzione delle colture? Disponibile online a
lubbock.tamu.edu/soilfertility/pdfs/nontraditSoilAdditves.pdf

Applicazione di rizobatteri per la resistenza indotta. Disponibile online all’indirizzo
www.ag.auburn.edu/~kloepjw/.

Questo documento è stato sostenuto dall’Università della Georgia College of Agricultural and Environmental Sciences Cooperative Extension.

1 Coordinatore dell’agricoltura sostenibile, Ingegneria biologica e agricola
2 Professore, Microbiologia, Scienze del raccolto e del suolo
3 Assistente professore, IPM/agricoltura sostenibile, Patologia vegetale
4 Agronomo di estensione, Suolo e fertilizzanti ambientali, Scienze del raccolto e del suolo

Stato e storia delle revisioni
Pubblicato il 13 agosto 2010
Pubblicato con revisione completa il 01 agosto 2013
Pubblicato con revisione completa il 02 agosto 2017