Ecosistema e CO₂

È stato recentemente pubblicato sulla rivista EPJ Plus l'articolo "Carbon plants nutrition and global food security", in cui Luigi Mariani affronta il tema dell'effetto di fertilizzazione della CO₂ con lo scopo di valutarne, in termini quantitativi, l'impatto sulla produzione agricola mondiale. L'importanza della CO₂ nell'ecosistema non viene solo dall'essere un gas serra, ma anche e soprattutto dall'essere un fondamentale input del processo fotosintetico che fornisce la materia prima alla larghissima maggioranza delle catene alimentari del nostro pianeta. La premessa al lavoro è dedicata fra l'altro a descrivere come grazie alle attività di scienziati quali De Saussure, Arrhenius e Menozzi sia stata raggiunta la piena consapevolezza sul ruolo della CO₂ come molecola che chiude il ciclo del carbonio, costituendo così un vero e proprio mattone della vita sul nostro pianeta.

Produzione globale del mais (t/ha) nello scenario 5 della successiva tabella (800 ppmv di CO₂ e temperature di 4°C superiori a quelle attuali). In alto, con limitazione idrica; in basso, senza limitazione idrica. Emerge l'importante effetto dell'irrigazione sulle rese.

Come si può immaginare l'argomento è delicato, se non quasi un tabù, tanto che a fronte di un oramai comprovato effetto di "global greening" che ha portato negli ultimi 33 anni a una crescita del verde planetario equivalente al doppio della superficie degli USA, e che è dovuto per il 70% alla CO₂ (come si legge in "Greening of the Earth and its drivers" di Z. Zhu et al., Nature Climate Change 6, 791 (2016)), si sente ancora parlare di desertificazione.

Il tema viene studiato nell'ambito di un modello meccanicistico in cui la fotosintesi produce materia organica che viene progressivamente ridotta dall'azione delle diverse limitazioni (termiche, idriche, ecc.) fino a giungere al prodotto finale. Tale schema modellistico a base fisiologica è guidato dai dati climatici della FAO ed è applicato ai raccolti di frumento, mais, riso e soia (WMRS) che forniscono attualmente il 64% dell'apporto calorico alla popolazione globale. Sono stati simulati cinque diversi scenari con le condizioni riportate nella tabella seguente.

Diagramma a barre con i dati produttivi globali per frumento, mais, riso e soia ottenuti con i cinque scenari, nelle ipotesi con o senza limitazione idrica e con o senza espansione verso nord delle colture.

Si osserva che la crescita delle temperature è coerente con quanto prevedono i "global circulation models".

Lo studio è molto dettagliato, prendendo in considerazione la presenza o meno di stress sia biotici che abiotici, la possibilità della migrazione latitudinale delle coltivazioni e le limitazioni imposte dalla possibile carenza di acqua. Tra le conclusioni, attente e ragionate, si legge:
– come è ovvio, un nuova era glaciale avrebbe un effetto dirompente sulla produzione globale, con una sua riduzione a circa la metà dei valori attuali;
– se tornassimo ai livelli preindustriali di temperatura e CO₂ atmosferica si avrebbe una diminuzione stimata della produzione globale annua di WMRS di quasi il 20%. Di conseguenza, dovremmo incrementare gli sforzi per aumentare la produzione ben più di quanto si è fatto finora per soddisfare le necessità alimentari della crescente popolazione mondiale;
– nei due scenari futuri, le mutate condizioni ambientali, a parità di tutto il resto, aumenterebbero la produzione globale, in maniera tuttavia non sufficiente a soddisfare le esigenze alimentari della popolazione che nel 2050 è stimata essere di 9.7 miliardi di persone. Tali esigenze sarebbero invece soddisfatte se, oltre al contributo positivo di CO₂ e temperatura, ci fosse anche un'attenta gestione della risorsa acqua, che emerge come fattore limitante di prima grandezza per la produzione agricola mondiale.

Gli scenari studiati nel lavoro di L. Mariani sono un esercizio utile per valutare gli effetti di diversi fattori limitanti sulla crescita delle principali colture, e dare una prospettiva utile per pianificare i futuri sviluppi dell'agricoltura su una scala globale. Vengono inoltre superati i limiti dei risultati presentati nel capitolo 7 dell'ultimo rapporto dell'IPCC, ottenuti con modelli che solo in alcuni casi prendono in considerazione l'effetto fertilizzante della CO₂.

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