Biostimolanti: migliorare resa ed efficienza delle colture

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I biostimolanti costituiscono una categoria di mezzi tecnici ampiamente consolidata per il miglioramento delle prestazioni produttive dei sistemi colturali, in pieno campo e in ambiente protetto. Il loro impiego razionale, integrato nei programmi di gestione agronomica, consente di incrementare l’efficienza d’uso delle risorse (nutrienti, acqua, energia), contribuendo al miglioramento della sostenibilità economica e ambientale delle produzioni agricole attraverso la riduzione degli input chimici convenzionali, quali fertilizzanti minerali e regolatori di crescita di sintesi. Una delle principali applicazioni dei biostimolanti riguarda l’incremento della tolleranza delle colture agli stress abiotici, inclusi stress idrici, termici, salini e nutrizionali. La loro efficacia risulta fortemente dipendente dalla tempistica di applicazione e dalle modalità di distribuzione, che devono essere adeguatamente calibrate in funzione della specie coltivata, dello stadio fenologico e della tipologia di stress. Un utilizzo mirato permette di limitare significativamente le perdite di resa e di qualità anche in condizioni ambientali fortemente limitanti o caratterizzate da eventi climatici estremi.

La ricerca agronomica e fisiologica è attualmente focalizzata sull’approfondimento della composizione chimica e biologica dei biostimolanti, nonché sulla chiarificazione dei loro meccanismi di azione a livello molecolare, metabolico e fisiologico. L’obiettivo è aumentare la prevedibilità e l’efficacia delle risposte colturali, sviluppando formulazioni specificamente ottimizzate per il contrasto di singoli o multipli stress abiotici. In questo contesto, particolare attenzione è rivolta alla definizione delle strategie di applicazione, distinguendo l’impiego dei biostimolanti come trattamenti preventivi, volti a predisporre la pianta allo stress mediante meccanismi di priming, oppure come trattamenti curativi, finalizzati a supportare i processi di recupero fisiologico successivamente all’insorgenza dello stress. Le informazioni derivanti dalla ricerca sperimentale risultano fondamentali per fornire agli operatori agricoli indicazioni operative basate su evidenze scientifiche, consentendo di individuare il momento ottimale di intervento in relazione alla specifica coltura e allo stress atteso o in atto, massimizzando l’efficacia agronomica del trattamento.

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Meccanismi fisiologici, costi energetici e quadro normativo dei biostimolanti

Dal punto di vista fisiologico, i biostimolanti possono essere considerati strumenti in grado di modulare processi chiave quali l’omeostasi ossido-riduttiva, l’attività enzimatica, la regolazione ormonale, l’espressione genica e il metabolismo secondario, inducendo stati di maggiore tolleranza allo stress in specifiche fasi del ciclo ontogenetico della coltura. In tale ottica, il loro utilizzo si inserisce pienamente nelle strategie di agricoltura di precisione e di gestione sito‑specifica delle colture.

L’acquisizione di una maggiore tolleranza agli stress abiotici implica tuttavia un costo energetico rilevante per la pianta, legato alla sintesi di metaboliti secondari, osmoprotettori, composti antiossidanti e molecole bioattive coinvolte nei meccanismi di difesa. Questo investimento energetico comporta una temporanea ri-allocazione delle risorse metaboliche, a scapito dei processi direttamente associati alla produzione. L’induzione transitoria della tolleranza, tipicamente associata all’applicazione dei biostimolanti, consente però alla coltura di superare la fase di stress e di ripristinare successivamente una normale attività fisiologica, con una riallocazione delle risorse energetiche nuovamente orientata alla crescita e alla resa finale.

A livello normativo, il Regolamento Europeo n. 1009/2019 ha definito un quadro giuridico armonizzato per la produzione e la commercializzazione dei biostimolanti nell’Unione Europea. Tuttavia, numerosi microorganismi, estratti biologici e composti naturali, pur non ancora inclusi esplicitamente nel regolamento, mostrano potenziali effetti biostimolanti. Ne consegue la necessità di un continuo avanzamento della ricerca volto a identificare, caratterizzare e validare nuove sostanze e microrganismi, al fine di ampliare la gamma dei biostimolanti utilizzabili.

Trattamenti per migliorare l’efficienza d’uso dei nutrienti

I biostimolanti possono essere utilizzati come mezzi tecnici per migliorare l’efficienza d’uso degli elementi nutritivi nei sistemi colturali. Per efficienza d’uso degli elementi minerali s’intende la capacità di una coltura di assorbire gli elementi nutritivi dalla rizosfera (suolo o substrato di crescita) e di incorporarli e utilizzarli, con conseguente aumento della biomassa e della qualità nutrizionale del prodotto (Tabella 1). Le colture con una migliorata efficienza d’uso degli elementi nutritivi hanno la capacità di ottenere rese più elevate anche in terreni con limitata disponibilità di nutrienti. Tuttavia, l’efficienza d’uso dei nutrienti implica complesse interazioni tra la dinamica del suolo (sostanza organica e mobilità del nutriente nella soluzione del suolo), il tipo di fertilizzante (ad esempio formulazioni a rilascio controllato), l’eco-fisiologia della coltura (efficienza fotosintetica) e l’architettura radicale, ulteriormente modulata da variabilità genetiche che influenzano l’assorbimento, la rimobilitazione, la traslocazione e, in definitiva, l’utilizzo del nutriente. Di conseguenza, esistono diversi indici o metodi di calcolo per descrivere l’efficienza di utilizzo dei nutrienti a seconda della coltura, dell’obiettivo della ricerca e del pubblico di riferimento (Tabella 1). Inoltre, poiché la maggior parte della ricerca sull’efficienza di utilizzo dei nutrienti si concentra sull’azoto, in virtù della sua predominanza come nutriente per le piante, molte delle definizioni e delle formule per l’efficienza di utilizzo dei nutrienti si riferiscono specificamente all’efficienza di utilizzo dell’azoto. Tuttavia, gli stessi calcoli possono essere applicati anche ad altri macro e micronutrienti.

Applicazioni pratiche dei biostimolanti per l’efficienza dell’azoto e la sostenibilità

I biostimolanti a base di estratti di alghe hanno dimostrato, in numerose colture, la capacità di migliorare sia l’assorbimento sia l’organicazione dell’azoto, contribuendo a una gestione più sostenibile della fertilizzazione (Tabella 2). In particolare, l’estratto di Ascophyllum nodosum ha evidenziato effetti significativi in specie come lattuga e orzo. Nel caso dell’orzo, l’applicazione di questo estratto ha incrementato l’efficienza agronomica dell’azoto, consentendo una riduzione dell’impiego di fertilizzanti azotati fino al 27%, senza compromettere la resa e, in alcuni casi, migliorandola (Goñi et al., 2021). Questo risultato è particolarmente rilevante in ottica di riduzione dell’impatto ambientale e dei costi di produzione. Un altro approccio promettente è rappresentato dalla combinazione di sostanze umiche e acidi umici con l’urea, che ha mostrato di aumentare l’efficienza dell’uso dell’azoto somministrato per via fogliare, come osservato nella canna da zucchero (Saccharum officinarum L.). Tale combinazione favorisce un rapido assorbimento e una più efficace organicazione dell’azoto sotto forma di proteine e amido, accompagnata da un miglioramento della fotosintesi e dell’efficienza nell’uso dell’acqua (Leite et al., 2020). Questi effetti sinergici indicano che l’integrazione di biostimolanti con fertilizzanti convenzionali può ottimizzare i processi metabolici della pianta. Effetti analoghi sono stati riscontrati anche nel mais, dove gli acidi umici hanno potenziato l’assorbimento dell’azoto nitrico, agendo sui trasportatori di membrana e sugli enzimi coinvolti nel metabolismo dell’azoto. Questo meccanismo non solo migliora la disponibilità di nutrienti, ma contribuisce anche a una maggiore efficienza fisiologica, con potenziali benefici sulla produttività e sulla qualità delle colture. L’aumento dell’efficienza d’uso dei nutrienti è stato osservato anche da biostimolanti a base di idrolizzati proteici di origine animale o vegetale. Nel pomodoro, un idrolizzato proteico ha migliorato l’assimilazione dell’azoto e ha incrementato la resa a ridotto apporto di fertilizzante (Tabella 2).

Effetti positivi sull’aumento della biodisponibilità degli elementi nutritivi sono stati osservati dall’applicazione di alcuni batteri appartenenti al genere Azospirillum, Azotobacter e Bacillus. L’azione di alcuni microrganismi può essere diretta sulla pianta nello stimolare l’assorbimento o indiretto migliorando la disponibilità degli elementi nutritivi nella rizosfera. L’impiego di funghi micorrizici arbuscolari ha aumentato l’assorbimento degli elementi nutritivi, aumentando la capacità di assorbimento radicale delle colture, spesso l’applicazione di questo biostimolante microbico viene effettuata alla semina o direttamente al seme mediante concia. 

L’uso di biostimolanti a base di alghe e di sostanze umiche rappresenta una strategia innovativa per incrementare l’efficienza d’uso dell’azoto, ridurre la dipendenza dai fertilizzanti chimici e promuovere pratiche agricole più sostenibili. Questi risultati confermano l’ipotesi che i biostimolanti possono aiutare le aziende a raggiungere gli obiettivi del Green Deal europeo, in particolare la riduzione del 20% di fertilizzanti e la perdita del 50% per lisciviazione dal suolo.

Conclusione

La sfida futura risiede nello sviluppo di prodotti biostimolanti caratterizzati da elevata efficacia di utilizzo d’uso dei nutrienti e che abbiano una riproducibilità delle risposte agronomiche di diverse colture, anche in condizioni di elevata variabilità ambientale, favorendo un’integrazione sempre più razionale nella gestione agronomica dei sistemi colturali.

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A CURA DI: Antonio Ferrante – Istituto di Produzioni Vegetali, Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa
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