Effetti contrastanti di biochar e compost sulle emissioni di gas serra e sul potenziale di riscaldamento globale nei sistemi colturali semi‑aridi

Perché le aziende agricole in zone aride contano per il clima

Vaste aree dell’Ovest americano sono coltivate in condizioni calde e secche, dove i suoli sono facilmente danneggiabili e i raccolti dipendono da ogni goccia d’acqua. Questi campi semi‑aridi rilasciano anche silenziosamente gas serra, contribuendo al riscaldamento globale. Questo studio pone una domanda semplice ma urgente: se aggiungiamo diversi tipi di materia organica a suoli impoveriti — nello specifico compost o biochar — possiamo insieme rigenerare il suolo e ridurne l’impatto climatico?

Due modi molto diversi di nutrire il suolo

I ricercatori hanno lavorato in un campo di sorgo nell’est del New Mexico, dove le precipitazioni sono scarse e le temperature variano ampiamente nel corso dell’anno. Hanno confrontato quattro parcelle: una lasciata senza trattamento, una con compost di latticini, una con biochar a base di legno (un materiale simile al carbone ottenuto riscaldando biomassa con poco ossigeno) e una che riceveva sia compost sia biochar. Tutte le parcelle hanno ricevuto la stessa fertilizzazione e irrigazione. I gas chiave monitorati sono stati anidride carbonica (dalla respirazione del suolo e delle radici), ossido di azoto (un potente gas serra legato ai fertilizzanti azotati) e metano (che i suoli possono sia emettere sia assorbire).

Osservare la respirazione del suolo giorno e notte

Invece di effettuare misure sporadiche, il team ha usato camere automatizzate che campionavano i gas ogni due ore da aprile a ottobre. Questo monitoraggio ad alta frequenza ha catturato cicli giornalieri, brevi picchi dopo temporali o irrigazioni e variazioni stagionali più lunghe. Le emissioni aumentavano e diminuivano con l’umidità e la temperatura del suolo: l’ossido di azoto mostrava picchi dopo eventi di bagnatura, quando i microbi avevano a disposizione sia azoto sia acqua, mentre l’anidride carbonica saliva nei pomeriggi caldi man mano che la vita del suolo e le radici respiravano più intensamente. Il metano si comportava diversamente: questi suoli aridi erano per lo più un pozzo netto, assorbendo metano dall’atmosfera anziché rilasciarlo.

Il biochar riduce i principali gas serra

Gli amendanti del suolo hanno prodotto impronte climatiche chiaramente diverse. Le parcelle amendate con compost hanno mostrato forti esplosioni di ossido di azoto, specialmente all’inizio dell’estate, quando condizioni calde e umide permettevano ai microbi di sfruttare azoto e carbonio facilmente disponibili. Per contro, i suoli trattati con biochar hanno rilasciato il 52% in meno di ossido di azoto e il 16% in meno di metano rispetto al controllo, restando al contempo forti pozzi di metano. La struttura porosa del biochar adsorbe nitrati e migliora l’aerazione, il che sembra rallentare i percorsi microbici che generano ossido di azoto e favorire organismi che consumano metano. Le parcelle con biochar hanno emesso leggermente più anidride carbonica nel complesso, probabilmente perché avevano suolo più caldo e meglio aerato che stimolava la respirazione microbica; tuttavia questo modesto aumento è stato compensato dalle grandi riduzioni di ossido di azoto e metano.

Stagioni, radici e impulsi d’acqua rimodellano le emissioni

La presenza delle colture ha modificato il quadro nel tempo. Durante la stagione di crescita del sorgo, le emissioni medie di anidride carbonica sono state circa tre quarti più alte e l’ossido di azoto quasi del 50% superiori rispetto al periodo a suolo nudo, riflettendo la vigorosa crescita delle radici, gli esudati radicali e un ciclo dei nutrienti più rapido. Tuttavia l’assorbimento di metano si è rafforzato nei mesi coltivati. In tutti i trattamenti, i maggiori impulsi di ossido di azoto sono seguiti a irrigazioni e piogge, quando i suoli passano brevemente da condizioni secche e ricche di ossigeno a condizioni più umide favorevoli ai microbi. Le analisi statistiche hanno mostrato che l’umidità del suolo spiega gran parte della variazione dell’ossido di azoto, mentre la temperatura ha modellato più fortemente il comportamento del metano.

Pesare il riscaldamento totale dal campo al fertilizzante

Per stimare l’impatto climatico complessivo, gli autori hanno convertito ogni gas nel suo equivalente in anidride carbonica su 100 anni e hanno aggiunto le emissioni derivanti dalle operazioni agricole, dall’irrigazione, dalla produzione di fertilizzanti e dalla produzione stessa degli amendanti. Il compost ha aumentato il potenziale netto di riscaldamento rispetto al controllo non trattato, in gran parte perché si decompone rapidamente e perché la produzione del compost rilascia una quantità sostanziale di anidride carbonica. Il biochar, nonostante le emissioni legate alla sua produzione, ha offerto il più basso riscaldamento netto e la minore intensità di gas serra per chilogrammo di granella. La miscela di compost e biochar si è posizionata nel mezzo, ottenendo alcuni benefici per il carbonio del suolo ma perdendo gran parte del vantaggio del biochar sull’ossido di azoto a causa della maggiore disponibilità di azoto.

Cosa significa per l’agricoltura futura in zone aride

Per agricoltori e decisori che cercano pratiche climaticamente intelligenti nelle regioni secche, il messaggio è chiaro: conta tanto il modo in cui nutriamo il suolo quanto la quantità. In questo campo del New Mexico, il biochar è emerso come una strada per rigenerare i suoli semi‑aridi riducendo sostanzialmente le emissioni di ossido di azoto e metano, anche considerando l’energia necessaria per produrlo. Il compost resta prezioso per nutrienti e materia organica ma, preso da solo, può aumentare l’impronta complessiva di riscaldamento di un campo. Lo studio mostra inoltre che catturare i brevi picchi di emissione con monitoraggio continuo è essenziale per una rendicontazione climatica onesta. Nel complesso, questi risultati supportano incentivi mirati e ulteriori ricerche sul biochar come strategia a lungo termine per rendere le colture in terre aride più produttive e più compatibili con il clima.

Citazione: Madhuwanthi, P., Ghimire, R., Sapkota, S. et al. Contrasting effects of biochar and compost on greenhouse gas emissions and the global warming potential of semi-arid cropping systems. Sci Rep 16, 12380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42554-4

Parole chiave: biochar, compost, agricoltura semi‑arida, emissioni di gas serra, amendanti del suolo