Rhizoremediation per l’antica prateria del Nilo Bianco

La leggendaria regione paludosa, detta Sudd, nel Sudan del Sud, ed inclusa nel nutrito Patrimonio dell’Umanità dal 2006, è affetta da una severa contaminazione. Essa rappresenta una delle zone più prodighe di giacimenti petroliferi, nella regione continentale, e questo richiama rischiose attività e pratiche antropiche, che esigono rimedi. Al più presto ed al meglio. Per questo, oltre la semplice phytoremediation, la rhizoremediation.

Una barriera in pericolo

Si tratta dell’ecoregione, nota anche come prateria inondabile, che ha dato filo da torcere a tutte le mire esplorative umane, sin dai tempi dell’Antico Egitto: a questa arguta civiltà si fa risalire, infatti, il primo fallimento nel raggiungimento delle zone più a sud. Ad impedirlo, la fitta vegetazione ed una discontinua navigabilità del bacino. Ancora oggi, i processi di sollevamento orogenetico, la rendono un ricettacolo di misteriose ricchezze biologiche.

Il Nilo, in fondo, con le sue nutrienti esondazioni ha regalato vita e fasti alle prime civiltà umane. Per millenni, però, è rimasta irrisolta la localizzazione delle sue sorgenti. Tra il 62 e il 67 d.C., il Sudd o Bahr al Jabal (letteralmente “mare della montagna”) ha sbarrato il passo anche al manipolo di soldati inviato da Nerone, proprio a tale scopo esplorativo.

Nel 2019, uno studio condotto da Shashank Tiwari ha rilevato il rischio che l’aumento dei flussi d’acqua, nel Sudd, possa causare un innalzamento dei livelli atmosferici di metano, in Africa occidentale, rispetto al decennio precedente. Dal punto di vista idrogeologico, la prateria del Sudd gioca un ruolo cruciale nella conservazione delle acque alluvionali e nell’intrappolamento dei detriti. Ben il 55% dell’acqua che vi affluisce, il Sudd la perde per evaporazione; ma può anche raggiungere livelli di ingrossamento fino a 1.5 m, a seconda della portata delle locali inondazioni stagionali.

Il Sudd, vittima della sua ricchezza?

La zona umida del Sudd è nota anche per gli appetibili giacimenti petroliferi. Il mondo intero, dipende dal petrolio. Movimentato, utilizzato e stockato, è la materia prima grezza per svariate industrie. Raffinerie, trasporti e commerci ruotano attorno al famigerato oro nero. Il Sudan del Sud è, inoltre, al 3° posto, dopo Nigeria ed Angola, nella classifica dei territori africani più ricchi di greggio. E’, letteralmente, il filo vitale della sua economia, a breve e medio termine.

L’estensione, inoltre, dell’area umida è notevole: più ampia di Svizzera, Belgio ed Olanda. Qui gli ecosistemi, anche per dimensione, hanno una rilevanza socio-economica, culturale e biologica che travalica i confini locali, nazionali ed internazionali.

Estrazione e rhizoremediation: due facce della stessa medaglia

Certo, in tutte le nazioni produttrici di petrolio grezzo, durante le delicate fasi di estrazione e post-estrazione, le attività “secondarie”, di trasporto e stoccaggio, disseminano scorie. Inquinanti solidi, liquidi e gassosi sono una realtà soggiaciuta dai tanti habitat terrestri. Da molto, molto tempo.

La contaminazione da PHC (Petroleum Hydrocarbons) è un dramma ambientale in tutto il mondo, quindi, come ormai ben sappiamo, non tarderà a riverberarsi anche sulla nostra salute. Elevata concentrazione salina dell’acqua di falda. Morte del bestiame. Riduzione della lussureggiante e proverbiale vegetazione tappezzante. Improvvisi accessi epidemici nelle comunità locali. Non si può dire, non ci mettano sull’avviso!

Per questo, si corre ai beneamati ripari, riclassificando le reali priorità, nei piani di sviluppo nazionale, in molti paesi produttori di greggio.

La rhizoremediation è solo l’ultima nata

La remediation elettrica decontamina sfruttando principi applicabili ai suoli granulari, carichi di metalli pesanti. I metodi termici, sono, invece, largamente utilizzati in ambienti ricchi di contaminanti volatili: vetrificazione, incenerimento e pirolisi. Su questi metodi, però, grava l’onere di elevati costi economici ed, ancora, ambientali.

Per questo, sono subentrati ed affermatisi metodi biologici, che fanno appello alle capacità ed alle esigenze batteriche: si strumentalizza il metabolismo batterico per una giusta causa. Si punta, cioè, all’autorigenerazione dei suoli contaminati da PHC, e la rhizoremediation è la discendente più promettente di una grande famiglia.

Caratterizzazione degli alleati batterici: lo studio

Già Shukla e colleghi avevano reso evidente che il correttivo biologico si sommasse alle naturali dinamiche dei rizobatteri promotori d’accrescimento vegetale (PGPR Plant Growth Promoting Rhizobacteria). Essudati radicali, siderofori, fitormoni, fosfatasi creano, da sempre, una silenziosa sinergia provvidenziale.

Rispetto ad altri tipi di microrganismi, impegnati nel fronteggiare una realtà rizosferica sempre più ostile, i batteri sono quantitativamente dominanti ed evidentemente efficaci. Eppure l’abbondanza dei molti generi, che proliferano nella rizosfera contaminata, non è del tutto compresa.

Si è resa, dunque, necessaria una buona caratterizzazione di tali indiscussi protagonisti dei nostri sogni di gloria e di risanamento ambientale. L’ultimo studio condotto da J. A. Ruley e colleghi ha, così, identificato le comunità batteriche, pronte ad unirsi alla phytoremediation, operata da specie vegetali autoctone.

Cronache di laboratorio

Da Gennaio ad Aprile 2018, i ricercatori hanno dato corso alle fasi sperimentali, presso il Makerere University Agricultural Research Institute, Kabanyolo (MUARIK).

Il suolo, campionato in zona non contaminata da idrocarburi, proviene dal Sudd e si trova sotto forma di terriccio composito, reperito tra 0 e 30 cm di profondità. I campioni hanno subìto trattamenti (T) costituiti da:

  • 2 diverse proporzioni di letame bovino (1.7 : 0.6 : 0.8 di N-P-K),
  • altrettante proporzioni di greggio,
  • 5 specie vegetali capaci di phytoremediation.

Il letame bovino (biostimolante) è applicato ai trattamenti in proporzione di 0 e 5 g·kg−1 mentre il greggio compare in quantità di 0 e 75 g · kg−1. Le specie vegetali locali, abili nella phytoremediation, sono rappresentate da:

  • cotone selvatico (Gossypium barbadense),
  • erba del Sudan (Sorghum arundinaceum),
  • riso selvatico (Oryza longistaminata),
  • falso girasole (Tithonia diversifolia),
  • erba di paglia (Hyparrhenia rufa).

Plantumazione delle specie vegetali

Vasi in polipropilene hanno accolto porzioni di terreno da 5 kg, preventivamente ben mescolato al greggio ed al letame. Necessaria una apertura sul fondo, per consentire l’aerazione. Ogni vaso ha atteso una settimana la relativa plantumazione delle specie vegetali. E per evitare perdite di PHC, ogni vaso poggiava su un sottovaso. Eventuale percolato liquido ha, infatti, nuovamente irrigato il vaso di provenienza.

I trattamenti applicati ai campioni possono riassumersi come segue:

  • singole piante (T1),
  • specie vegetali ed idrocarburi (T2),
  • piante e letame bovino (T3),
  • piante, idrocarburi e letame bovino (T4).

Trascorsi, poi, 120 giorni, i ricercatori hanno rimosso le radici e raccolto i residui di terreno, strenuamente adesi al rizoma. In totale 60 campioni, conservati a -80°C, in attesa delle successive indagini biomolecolari.

Estrazione, sequenziamento ed identificazione

Dopo i passaggi biomolecolari accuratissimi, di estrazione del materiale genetico, sequenziamento ed analisi bioinformatiche (PERMANOVA/PERMDISP), i ricercatori hanno ottenuto 5 milioni di letture di alta qualità. Grazie alla piattaforma Illumina MiSeq. I dati hanno affermato, con certezza, che letame e contaminazione da PHC influenzano notevolmente i rizobatteri. Non le specie vegetali, però.

Il trattamento che ha ospitato più phyla e generi batterici è il T3, seguito da T4 ed infine T2. Di contro, il trattamento T4 ha manifestato il maggior numero di comunità batteriche ed una elevata diversità tra esse. Coinvolte, le specie vegetali H. rufa e T. diversifolia.

Presupposti per la rhizoremediation

Tutte le specie vegetali coinvolte nello studio hanno, di per sè, una discreta ricchezza di comunità batteriche, in T1. Declino inesorabile in T2, a causa degli idrocarburi contaminanti e risalita di china in trattamento T4. La biostimolazione con letame ha avuto il suo bel merito. Proprio in termini di comunità, il prospetto quantitativo è:

  • Sorghum arundinaceum da 2097 a 8260,
  • Gossypium barbadense da 2781 a 9540,
  • Oryza longistaminata da 3597 a 9168,
  • Hyparrhenia rufa da 4304 a 10310,
  • Tithonia diversifolia da 4223 a 9795.

Il letame, lo stimolatore biologico. La chiave di volta. Allestisce un profilo chimico-fisico del suolo che favorisce tanto le crescite vegetali quanto quelle microbiologiche. E poi porta con sè i propri ceppi batterici, capaci di coadiuvare la biodegeradazione di THP.

Alla phytoremediation delle piante, si aggiunga la rhizoremediation esplicata da Proteobacteria (per il 41.6%). Seguono Actinobacteria (12.7%) e Firmicutes (9.8%). Nella specie botanica H. rufa, predominanti sono Pseudomonas (Figura 1), cui si accodano Luteimonas, Sphingomonas, Mycobacterium (Figura 2), Bacillus e Fusibacterium. Soprattutto nei campioni di terreno contaminati da idrocarburi.

La rhizoremediation è un concerto di meriti

Non è difficile dedurre, infine, le contingenze funzionali e fisiologiche, grazie alle quali la biostimolazione organica trasformi una debacle rizosferica, sotto i colpi dell’inquinamento, in una felice proliferazione di organismi competenti. Essi si ritrovano in un substrato dal pH favorevole e dalla composizione chimico-fisica amica. Il carbonio organico del suolo (SOC) più abbondante, come pure l’azoto totale (TN) e la triplice alleanza di azoto, fosforo e potassio (N-P-K).

L’accumulo di carbonio organico nel suolo accresce la biomassa, certo, ma incide anche sulla struttura comunitaria microbica, nonchè sulla diversità funzionale. Tutto, volto alla rhizoremediation. A quel rafforzamento della sinergia fito-microbica, che tamponi le sbavature della nostra mano e delle nostre azioni estrattive. Sbavature, sempre più prevenibili.

Fonti

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