Cereali: meno nutrienti a causa del cambiamento climatico

LA SICUREZZA ALIMENTARE IN UN PIANETA CHE CAMBIA

Le condizioni ambientali in cui sono cresciute le piante nel corso dell’ultimo secolo sono cambiate dalla Rivoluzione Industriale. La concentrazione atmosferica di anidride carbonica (CO2) è aumentata da circa 280 ppm in epoca preindustriale a 406 ppm nel 2017, e negli ultimi anni è aumentata toccando circa 450 ppm. Una diretta conseguenza di questo aumento, è l’aumento della temperatura globale e la minore disponibilità di acqua. In queste condizioni alcune piante iniziano a mostrare cambiamenti pericolosi nel contenuto di nutrienti. La sicurezza alimentare è minacciata dal cambiamento climatico e dagli aumenti della concentrazione di CO2 nell’atmosfera. Attualmente, fino a 1 miliardo di persone sono considerate a rischio dal punto di vista alimentare. E in futuro le cose potrebbero peggiorare, entro il 2100 i raccolti di colture di cereali di base, come grano (o frumento) e riso, potrebbero diminuire del 20-40% a causa dell’aumento delle temperature superficiali nelle regioni tropicali e subtropicali, senza considerare l’impatto di eventi meteorologici e climatici estremi.

I cereali

Dei cereali fanno parte diverse piante, molte delle quali della famiglia Poaceae. Un elenco di cereali principali contiene: grano, riso, mais, orzo, avena e segale, mentre sorgo, miglio e altri sono considerati cereali minori. Molti importanti per la dieta umana sono i cereali integrali, a causa della maggiore quantità di fibre. Dal punto di vista alimentare è rilevante la presenza del glutine: i cereali senza glutine sono il riso, il mais, la quinoa, il miglio, il sorgo, l’avena ed il grano saraceno. Quali sono i cereali con glutine? Il frumento, ma anche farro, orzo e segale.

I nutrienti nelle piante: questione di equilibrio

La composizione chimica di una pianta riflette un equilibrio tra il carbonio, ottenuto attraverso l’atmosfera (CO2), e i restanti nutrienti, ottenuti attraverso il suolo. Molti studi indicano che gli aumenti previsti della CO2 atmosferica possono provocare uno squilibrio nella maggior parte delle specie vegetali, in modo che il carbonio aumenta in modo sproporzionato rispetto ad altri nutrienti. Questo squilibrio, a sua volta, può avere conseguenze significative per l’alimentazione umana, modificando l’assunzione di proteine e micronutrienti. Queste carenze possono influenzare direttamente (sviluppo cognitivo, metabolismo e sistema immunitario) e indirettamente (obesità, diabete mellito di tipo 2) la salute umana.

IL PROBLEMA DEI CEREALI

Tecnicamente, la CO2 è importante per le piante perché è la fonte di carbonio, ma i benefici attesi dall’aumento di CO2 nella produzione agricola europea negli ultimi decenni è stata limitata dagli effetti dell’aumento della temperatura e dai periodi di siccità. Questo è un grave problema soprattutto per i cereali, che sono una fonte fondamentale di carboidrati, proteine, aminoacidi, lipidi, vitamine e minerali. Tra i cereali, i più importanti dal punto di vista alimentare sono riso e grano. I cereali forniscono il 44% dell’apporto alimentare giornaliero di Fe, il 27% di Mg, il 25% di Zn e il 31% di Cu. Da cosa derivano questi effetti legati alla CO2? I cereali sono composti prevalentemente da carboidrati (amido), e gli aumenti previsti delle concentrazioni di amido dovuti all’aumento di CO2 finiscono per diluire altri nutrienti, tra cui proteine, lipidi, vitamine, e minerali.

Il grano

Il grano è la seconda coltura alimentare più importante dopo il riso e fornisce il 20% delle proteine e delle calorie alimentari giornaliere in tutto il mondo. Sulla base di campioni storici di grano raccolti in un periodo di 166 anni, uno studio ha confermato che la qualità e la resa del grano sono state influenzate dall’aumento della CO2 atmosferica e dalla temperatura. Questi fattori, insieme all’introduzione di genotipi nanizzanti, hanno aumentato l’indice di raccolto, portando a un aumento della resa del grano. Più grano quindi a causa dell’aumento della CO2, ma non un grano migliore: infatti lo studio ha registrato un aumento nel contenuto di carboidrati, mentre il contenuto proteico totale e la composizione di minerali sono diminuite. Gli aumenti nel contenuto di carboidrati sono legati ad un maggiore tasso di fotosintesi: più CO2 e temperature più elevate, purché al di sotto dello stress termico, permettono alle piante di produrre quantità maggiori di carboidrati, anche se questo va a discapito di proteine e minerali. Mentre la concentrazione di amido è aumentata a livello globale del 7%, il contenuto proteico del grano è diminuito del 23% tra il 1850-1955 e il 1965-2016.

Il riso

Le conseguenze dei cambiamenti indotti dall’aumento della CO2 possono essere aggravate dove la diversità alimentare è limitata, cioè dove le popolazioni dipendono soprattutto da un’unica fonte di cibo a base vegetale. A questo proposito, il riso fornisce circa il 25% di tutte le calorie globali, ed è particolarmente usato in Asia. Il riso è considerato tra le più importanti fonti caloriche e nutrizionali in particolare per i paesi asiatici più poveri. Pertanto, per quelle popolazioni fortemente dipendenti dal riso, qualsiasi cambiamento indotto dalla CO2 nel valore nutritivo di questo cereale potrebbe influire in modo sproporzionato sulla salute. I dati nutrizionali del riso, quando questo viene coltivato con alte concentrazioni di CO2, confermano che possono verificarsi deficit di proteine, zinco e ferro, anche tra linee di riso geneticamente diverse. La diminuzione del contenuto proteico nel riso, quando coltivato ad alte concentrazioni di CO2, è di circa il 10% rispetto al contenuto proteico attuale. Anche le vitamine del gruppo B subiscono riduzioni significative: la vitamina B1 diminuisce del 17,1%, la vitamina B2 del 16,6%, la vitamina B5 del 12,7%, e la vitamina B9 del 30,3%. Al contrario, aumentano i livelli di vitamina E. Queste variazioni nel riso sono dovute alla minore quantità di azoto assorbito da questi cereali in condizioni di elevata CO2.

Oltre i cereali: un problema generale

Tra le colture, i cereali come riso e grano occupano un posto preferenziale vista la loro importanza per l’alimentazione in tutto il mondo. Ma non saranno solo i cereali a modificare i propri nutrienti: queste modifiche influenzeranno molte colture. Entro il 2050 si prevede che in alcune colture chiave si ridurrà la disponibilità globale di nutrienti del 19,5% per le proteine, del 13,6% per il ferro e del 14,6% per lo zinco. Lo zinco è un cofattore per la sintesi proteica, e l’insufficienza proteica contribuisce a diminuire l’assorbimento e la disponibilità di altri nutrienti.

IL CALO DELLE PROTEINE

A livello globale, il 76% della popolazione ricava la maggior parte delle proprie proteine giornaliere dalle piante. Con una crescita demografica prevista a 9,5 miliardi entro il 2050, le future richieste nutrizionali potrebbero superare la produzione agricola globale. Con le concentrazioni di CO2 previste nei prossimi 50 anni, le piante C3 , come molti cereali, possono subire riduzioni fino al 15% del contenuto proteico. Questi effetti sono minori sulle piante C4 , come il mais. Perciò l’impatto di alti livelli di CO2 sull’assunzione di proteine dalle colture dipende dal tipo di colture consumate in ciascun paese. Entro il 2050 sono previste riduzioni superiori al 7% dell’assunzione di proteine per le diete a base vegetale, con i paesi che dipendono da piante C3 particolarmente colpiti, tra cui Asia centrale, Nord Africa e Medio Oriente (7,9%), Europa centrale e orientale (8,2%) e Cina (8,9%). Mentre attualmente il rischio di carenza proteica interessa il 12,2% della popolazione, nel 2050 sarà il 15,1% della popolazione a non assumere sufficienti quantità di proteine, ovvero 1,4 miliardi di persone. La maggior parte di queste persone vivono nell’Africa subsahariana, in India, in Asia e in America Latina. Cereali come grano e riso sono veri cereali proteici, essendo fonti proteiche primarie per il 71% della popolazione mondiale, ma sono anche tra le colture più sensibili all’aumento della CO2 atmosferica. Oltre alla riduzione del contenuto proteico di queste colture, anche altre colture seguiranno lo stesso destino, come orzo e patate, con diminuzioni del 14,1% e 6,4% rispettivamente.

Diseguaglianze alimentari

Nel prossimo futuro è prevedibile un peggioramento della diseguaglianza nell’assunzione di proteine all’interno delle popolazioni, perché si osserva una diminuzione maggiore nelle diete a base vegetale rispetto alle diete onnivore. Coloro che consumano meno proteine hanno diete più dipendenti dalle proteine vegetali, e quindi sono più vulnerabili agli effetti della CO2 sulle proteine vegetali. India e paesi Asiatici saranno più colpiti, mentre America del Sud e Africa subsahariana saranno colpiti in modo più lieve perché consumano anche piante C4, più resistenti agli aumenti previsti della CO2. Nei paesi con un consumo di riso molto alto, come Bangladesh, Cambogia, Indonesia, Laos, Myanmar, i bambini di età inferiore ai 5 anni sono particolarmente sensibili a diminuzioni del contenuto proteico del riso, che può danneggiare lo sviluppo nella prima infanzia. Una scarsa assunzione di proteine limita la crescita, la riparazione dei tessuti e il turnover cellulare. La produzione agricola dovrà quasi raddoppiare per assicurare la sicurezza alimentare entro il 2050. Il cambiamento climatico può rappresentare la sfida più grande a questa esigenza.

STRATEGIE PER IL FUTURO

Per alcuni cereali, come il riso, la selezione delle cultivar, anche attraverso la modificazione genetica, per fornire un riso superiore dal punto di vista nutrizionale anche con livelli elevati di CO2 è una strategia percorribile. I dati attuali suggeriscono che, almeno per alcune caratteristiche (ad esempio proteine e vitamina B2), sarebbe necessario sottoporre a screening molte linee di riso; inoltre, allo stato attuale, possono essere necessari molti anni, anche decenni, per identificare, coltivare e distribuire nuove linee di cereali adatte ai cambiamenti climatici. Inoltre, dovrebbero essere presi in considerazione altri aspetti del cambiamento climatico, oltre alla CO2, in particolare la temperatura. Infatti l’aumento della temperatura già da solo può ridurre la concentrazione di proteine nel riso.

L’importanza del suolo

Un fattore che può comportare un miglioramento qualitativo delle colture è il suolo. Un suolo in buono stato garantisce colture migliori in termini di nutrienti, rispetto ad un suolo degradato. Le pratiche agricole convenzionali di lavorazione intensiva, fertilizzazione con azoto e applicazioni di pesticidi contribuiscono a diminuire la densità dei nutrienti interrompendo la simbiosi delle colture con la componente biologica del suolo, oltre ad avere pesanti impatti sull’ambiente, come nel caso dell’eutrofizzazione. Una pratica in grado di migliorare lo stato del suolo è l’agricoltura rigenerativa: in cui si usano pratiche no-till, colture di copertura e varie rotazioni tra le colture. Queste pratiche permettono di avere colture con livelli di materia organica del suolo, punteggi di salute del suolo e livelli di determinate vitamine e minerali più elevati. Ad esempio, un confronto tra due grani coltivati con pratiche convenzionali e rigenerative, ha mostrato che il grano coltivato con pratiche rigenerative aveva una maggiore densità di micronutrienti. Inoltre, il grano coltivato in modo convenzionale aveva più Cd, Ni e Na, elementi dannosi per la salute umana. Altri confronti come questo hanno dato gli stessi esiti, indicando che le pratiche di agricoltura rigenerativa possono migliorare il profilo nutrizionale degli alimenti.