2.3 Terreni seminativi e sostanze nutritive

2.3.1 Previsioni

Anche se è necessario produrre più cibo, i terreni utilizzabili per le pratiche agricole sono intrinsecamente limitati a circa il 20 -30% della superficie terrestre mondiale. La disponibilità di terreni agricoli è in diminuzione e vi è una carenza di terreni adatti dove è più necessario, vale a dire in particolare nei pressi di centri abitati. Il degrado del suolo è uno dei principali fattori che contribuiscono a questo declino e può generalmente essere suddiviso in due modi: spostamento (erosione del vento e dell’acqua) e deterioramento chimico e fisico del suolo interno (perdita di sostanze nutritive e/o di sostanze organiche, salinizzazione, acidificazione, inquinamento, compattazione e ristagno). La stima del degrado totale del suolo naturale e indotto dall’uomo in tutto il mondo è irto di difficoltà data la variabilità delle definizioni, della gravità, della tempistica, della categorizzazione del suolo, ecc. Tuttavia, è generalmente concordato che le sue conseguenze hanno portato alla perdita della produzione primaria netta su vaste aree (Esch et al. 2017), limitando così gli aumenti dei seminativi e coltivati permanentemente al 13% nei quattro decenni dai primi anni ‘60 alla fine degli anni ‘90 (Bruinsma 2003). Ancora più importante in relazione alla crescita demografica in quel periodo di tempo, i terreni seminativi pro capite sono diminuiti di circa il 40% (Conforti 2011). Il termine «seminativi» implica la disponibilità di nutrienti adeguati per sostenere la produzione di colture. Per contrastare l’esaurimento dei nutrienti, il consumo mondiale di fertilizzanti è passato da 90 kg/ha nel 2002 a 135 kg nel 2013 (Pocketbook 2015). Tuttavia, l’aumento dell’uso di fertilizzanti spesso provoca eccessi di nitrati e fosfati che finiscono negli ecosistemi acquatici (Bennett et al. 2001), causando fioriture di alghe ed eutrofizzazione quando la biomassa algale decomposizione consuma ossigeno e limita la biodiversità della vita acquatica. I cambiamenti ambientali indotti da nitrati e fosfati sono particolarmente evidenti nei bacini idrici e nelle zone costiere.

Azoto, potassio e fosforo sono i tre principali nutrienti essenziali per la crescita delle piante. Anche se la domanda di fertilizzanti al fosforo continua a crescere esponenzialmente, le riserve di fosfato di roccia sono limitate e le stime suggeriscono che saranno esaurite entro 50-100 anni (Cordell et al. 2011; Steen 1998; Van Vuuren et al. 2010). Inoltre, l’apporto di azoto antropogenico dovrebbe guidare gli ecosistemi terrestri verso maggiori limitazioni del fosforo, anche se una migliore comprensione dei processi è critica (Deng et al. 2017; Goll et al. 2012; Zhu et al. 2016). Attualmente, non ci sono sostituti del fosforo in agricoltura, ponendo così vincoli sulla futura produttività agricola che si basa sull’apporto di fertilizzanti chiave del fosfato estratto (Sverdrup e Ragnarsdottir 2011). Il «paradosso P», in altre parole, un eccesso di P che compromette la qualità dell’acqua, insieme alla sua carenza di risorse non rinnovabili, significa che ci devono essere aumenti sostanziali nel riciclaggio e nell’efficienza del suo utilizzo (Leinweber et al. 2018).

Le moderne pratiche agricole intensive, come la frequenza e la tempistica della lavorazione o del no-till, l’applicazione di erbicidi e pesticidi e l’aggiunta non frequente di sostanze organiche contenenti micronutrienti, possono alterare la struttura del suolo e la sua biodiversità microbica in modo tale che l’aggiunta di fertilizzanti non più aumenta la produttività per ettaro. Dato che i cambiamenti nell’uso del suolo hanno provocato perdite di carbonio organico del suolo stimate intorno all'8%, e le perdite previste tra il 2010 e il 2050 sono 3,5 volte quella cifra, si presume che la capacità di ritenzione idrica del suolo e le perdite di nutrienti continueranno, soprattutto in vista del riscaldamento globale (Esch et al. 2017) . Ovviamente ci sono dei compromessi tra soddisfare i bisogni umani e non compromettere la capacità della biosfera di sostenere la vita (Foley et al. 2005). Tuttavia, quando si modellano i confini planetari in relazione alle attuali pratiche di uso del suolo, è chiaro che è necessario migliorare il ciclo N e P, principalmente riducendo le emissioni di azoto e fosforo e il deflusso dai terreni agricoli, ma anche migliorando la cattura e il riutilizzo (Conijn et al. 2018).

2.3.2 Acquaponica e sostanze nutritive

Uno dei principali vantaggi dell’acquaponica è che consente il riciclo delle risorse nutritive. L’apporto di nutrienti nella componente del pesce deriva dai mangimi, la cui composizione dipende dalla specie bersaglio, ma i mangimi in acquacoltura costituiscono tipicamente una parte significativa dei costi di produzione e possono essere superiori alla metà del costo totale annuo di produzione. In alcuni progetti di acquaponica, la biomassa batterica può anche essere sfruttata come mangime, ad esempio, dove la produzione di biofloc rende i sistemi acquaponici sempre più autonomi (Pinho et al. 2017).

Le acque reflue provenienti da penne o piste a gabbia aperta vengono spesso scaricate nei corpi idrici, dove si traduce in inquinamento dei nutrienti e successiva eutrofizzazione. Al contrario, i sistemi acquaponici prendono i nutrienti disciolti dai mangimi per pesci e dalle feci non mangiati, e utilizzano microbi che possono abbattere la materia organica, convertire l’azoto e il fosforo in forme biodisponibili per l’uso da parte delle piante nell’unità idroponica. Al fine di raggiungere livelli di produzione vegetale economicamente accettabili, la presenza di opportuni assemblaggi microbici riduce la necessità di aggiungere gran parte dei nutrienti supplementari utilizzati abitualmente nelle unità idroponiche autonome. Pertanto l’acquaponica è un sistema di scarico vicino allo zero che offre non solo benefici economici da flussi di produzione ittica e vegetale, ma anche notevoli riduzioni degli scarichi nocivi per l’ambiente provenienti dai siti di acquacoltura. Elimina anche il problema del deflusso ricco di N e P dai fertilizzanti utilizzati nell’agricoltura basata sul suolo. Nei sistemi acquaponici disaccoppiati, i bioreattori aerobici o anaerobici possono essere usati anche per trattare i fanghi e recuperare macro e micronutrienti significativi in forme biodisponibili per il successivo utilizzo nella produzione idroponica (Goddek et al. 2018) (cfr. cap. 8)))). Nuovi sviluppi entusiasmanti come questi, molti dei quali sono ora in fase di realizzazione per la produzione commerciale, continuano a perfezionare il concetto di economia circolare consentendo sempre di più il recupero dei nutrienti.