Il metodo di perforazione orizzontale chiamato fratturazione idraulica aiuta gli Stati Uniti a produrre quasi 4 miliardi di barili di petrolio e gas naturale all'anno, lanciando gli Stati Uniti ai vertici delle nazioni produttrici di petrolio nel mondo.

La pratica altamente redditizia ha un prezzo elevato:per ogni barile di petrolio, l'estrazione di petrolio e gas produce anche circa sette barili di acque reflue, costituito principalmente da acque sotterranee naturali estratte insieme ai combustibili fossili. Sono circa 2 miliardi di galloni di acque reflue al giorno. Aziende, politici e scienziati sono alla ricerca di nuove strategie per affrontare queste acque reflue. Tra le idee più allettanti c'è il riciclaggio per irrigare le colture alimentari, dati i problemi di scarsità d'acqua in Occidente.

Un nuovo studio della Colorado State University fa riflettere su questa idea. Il team guidato dal professor Thomas Borch del Dipartimento di Scienze del suolo e delle colture ha condotto uno studio sulla serra utilizzando l'acqua prodotta dall'estrazione di petrolio e gas per irrigare le colture di grano tenero. Il loro studio, pubblicato in Lettere di scienze e tecnologie ambientali , hanno dimostrato che queste colture avevano un sistema immunitario indebolito, portando alla domanda se l'utilizzo di tali acque reflue per l'irrigazione lascerebbe i sistemi di colture più vulnerabili agli agenti patogeni batterici e fungini.

"La grande domanda è, è sicuro?" disse Borch, un biogeochimico che ha incarichi accademici congiunti presso il Dipartimento di Chimica e il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale. "Abbiamo considerato ogni singola cosa che dobbiamo considerare prima di farlo?"

Tipicamente, acque reflue di petrolio e gas, detta anche acqua prodotta, viene trasportato via dai siti di perforazione e reiniettato nella Terra tramite pozzi di smaltimento profondi. È stato documentato che tali pratiche inducono terremoti e possono portare alla contaminazione delle acque superficiali e sotterranee.

L'idea di utilizzare tale acqua per l'irrigazione ha spinto gli studi a testare cose come la resa delle colture, salute del suolo, e l'assorbimento di contaminanti da parte delle piante, soprattutto perché l'acqua prodotta è spesso ricca di sali, e la sua chimica varia notevolmente da regione a regione. Borchia, che ha condotto numerosi studi relativi a petrolio e gas, compreso il comportamento del suolo durante le fuoriuscite accidentali, si chiedeva se qualcuno avesse cercato di determinare se la qualità dell'acqua di irrigazione influisce sulla capacità intrinseca delle colture di proteggersi dalle malattie.

Gli esperimenti sono stati condotti in collaborazione con l'esperto di microbioma vegetale Pankaj Trivedi, un ricercatore CSU presso il Dipartimento di Scienze Bioagrarie e Disinfestazione, e ricercatori della Colorado School of Mines. Il team ha irrigato le piante di grano con acqua di rubinetto, due diluizioni dell'acqua prodotta, e un controllo dell'acqua salata. Hanno esposto le piante a comuni patogeni batterici e fungini e hanno campionato le foglie dopo che è stato verificato che i patogeni hanno preso piede.

Utilizzando un sequenziamento genetico quantitativo all'avanguardia, gli scienziati hanno determinato che le piante annaffiate con la più alta concentrazione di acqua prodotta avevano cambiamenti significativi nell'espressione dei geni che le piante normalmente usano per combattere le infezioni. Il loro studio non ha determinato esattamente quali sostanze nell'acqua prodotta fossero correlate all'immunità soppressa. Ma hanno ipotizzato che una combinazione di contaminanti come il boro, gli idrocarburi del petrolio e il sale hanno indotto le piante a ridistribuire le risorse metaboliche per combattere lo stress, rendendo più difficile per loro produrre geni che combattono le malattie.

"I risultati di questo lavoro suggeriscono che l'impatto della risposta immunitaria delle piante deve essere valutato prima di riutilizzare le acque reflue di petrolio e gas trattate per l'irrigazione agricola, " hanno scritto gli autori dello studio.