Una semplice distanza chimica potrebbe aiutare a prevedere quali oligoelementi vengono assorbiti dalle piante
Secondo un nuovo studio pubblicato su *New Contaminants*, una proprietà fondamentale degli ioni metallici idrati potrebbe offrire un metodo più rapido e pratico per stimare la facilità con cui gli oligoelementi passano dai suoli contaminati alle piante.
Metriche semplici per sistemi complessi: la distanza Me–O nei cationi idrati rappresenta una potenziale nuova metrica per prevedere l’assorbimento degli elementi da parte delle piante
Hayley Jensen, Niklas Lehto, Peter Almond, Hadee Thompson-Morrison, Sally Gaw & Brett Robinson
«Le analisi del suolo e delle piante possono richiedere tempo, attrezzature e risorse considerevoli, specialmente quando sono coinvolti molti elementi diversi», ha affermato l’autrice principale Hayley Jensen del Bioeconomy Science Institute, Manaaki Whenua Landcare Research, Nuova Zelanda. «I nostri risultati suggeriscono che la distanza tra uno ione metallico e gli atomi di ossigeno circostanti nell’acqua potrebbe costituire un semplice indicatore chimico della sua probabilità di accumularsi nei tessuti vegetali».
La contaminazione da oligoelementi rappresenta una preoccupazione crescente per l’agricoltura e la sicurezza alimentare. Gli elementi rilasciati dall’attività mineraria, dall’industria, dai rifiuti elettronici, dai fertilizzanti e da altre attività umane possono penetrare nel suolo ed essere potenzialmente assorbiti dalle colture o dalle piante da pascolo. Una volta presenti nelle foglie commestibili, nei cereali, nei frutti o nei mangimi per animali, questi elementi possono entrare nella catena alimentare.
Tuttavia, prevedere l’assorbimento da parte delle piante rimane difficile. Il movimento di un elemento attraverso il suolo e all’interno di una pianta dipende dall’acidità del suolo, dalla materia organica, dalla composizione minerale, dall’umidità, dalla specie vegetale e da molti altri fattori. I ricercatori utilizzano comunemente un coefficiente di bioaccumulo, che mette a confronto la concentrazione di un elemento nel tessuto vegetale con la sua concentrazione nel suolo. Ottenere questi valori sperimentalmente può essere costoso, distruttivo e richiedere molto tempo.
Il gruppo di ricerca ha studiato se alcune proprietà chimiche fondamentali potessero aiutare a spiegare l’assorbimento da parte delle piante. Il loro obiettivo principale era la distanza tra il metallo e l’ossigeno, nota come distanza Me-O, nei cationi idrati. Quando gli ioni metallici con carica positiva si dissolvono in acqua, vengono circondati da molecole d’acqua. La distanza tra il metallo e gli atomi di ossigeno di queste molecole d’acqua riflette l’intensità con cui lo ione interagisce con il proprio guscio di idratazione.
I ricercatori hanno confrontato la distanza Me-O, il potenziale ionico e il raggio di idratazione con i dati sull’assorbimento da parte delle piante provenienti da tre sistemi distinti: un esperimento in vaso con loglio perenne a Christchurch, piante da pascolo raccolte in 39 siti in tutta la Nuova Zelanda e palme da olio coltivate a Sumatra, in Indonesia.
In tutti e tre i set di dati, le piante hanno generalmente accumulato una maggiore quantità degli elementi i cui ioni idratati presentavano distanze Me-O più lunghe. Questa relazione è stata osservata in gruppi di piante e contesti ambientali molto diversi, suggerendo che tale parametro possa cogliere un’influenza chimica fondamentale sulla mobilità degli elementi.
La distanza Me-O ha inoltre mostrato risultati più costanti rispetto alle altre proprietà esaminate. Il potenziale ionico era inversamente correlato all’assorbimento da parte delle piante, ma tale relazione non era statisticamente significativa in uno dei set di dati. Il raggio idrato ha mostrato forti correlazioni in alcuni casi, ma i valori pubblicati non erano disponibili per diversi elementi, tra cui contaminanti emergenti quali gallio, indio, neodimio e gadolinio.
I lantanidi, un gruppo di elementi delle terre rare, hanno rappresentato un’importante eccezione. Il loro assorbimento diminuiva all’aumentare della distanza da Me a O, in modo opposto al modello osservato per la maggior parte degli altri elementi. Gli autori attribuiscono questa differenza in parte alle dimensioni atomiche insolitamente grandi e alle caratteristiche chimiche distintive dei lantanidi. I modelli futuri potrebbero quindi dover trattare separatamente gli elementi delle terre rare.
Il parametro proposto potrebbe rivelarsi particolarmente utile quando le misurazioni dirette non sono disponibili o risultano impraticabili. Potrebbe aiutare i ricercatori a stimare il comportamento di contaminanti poco studiati, estendere i set di dati esistenti ad altri elementi e ridurre la dipendenza dalle misurazioni relative alla ripartizione nel suolo, alle proprietà delle radici, al movimento dell’acqua e ad altre variabili complesse.
I risultati non eliminano la necessità di analisi del suolo e delle piante, ma forniscono una base promettente per strumenti di screening più semplici e modelli ambientali migliorati. I ricercatori raccomandano di verificare questa relazione su un numero maggiore di colture, suoli, climi ed elementi pesanti prima di utilizzarla nella valutazione di routine dei rischi.
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