Υδρολογικό καθεστώς ενός φυσικού δασικού οικοσυστήματος αειφύλλων-πλατυφύλλων στη Δυτική Ελλάδα με έμφαση στη διαθεσιμότητα εδαφικού νερού
Authors: Μπουρλέτσικας Αθανάσιος 
Published: May 2024

Το βασικό αντικείμενο της παρούσας ερευνητικής μελέτης αφορά στην ανάλυση και ποσοτικοποίηση ροών του υδατικού ισοζυγίου σε μια δασική συστάδα αειφύλλων-πλατυφύλλων, δίνοντας έμφαση στην κίνηση του νερού μέσα στο έδαφος. Η έρευνα τα τελευταία χρόνια εστιάζεται στην ανάλυση των συνιστωσών του υδατικού ισοζυγίου στις λεκάνες απορροής, όπου η αβεβαιότητα των παραδοχών και των υποθέσεων έχει ευρέως μελετηθεί. Η γνώση όμως που μπορεί να αποκτηθεί σε τοπικό επίπεδο, μελετώντας τις μικρομετεωρολογικές και μικροϋδρολογικές συνθήκες που διαμορφώνει η ύπαρξη της βλάστησης σε ένα ώριμο δασικό οικοσύστημα και η διαρκής μεταβολή τους στον χρόνο, μπορεί να συμβάλει σε μεγαλύτερο βαθμό στην κατανόηση των σχέσεων έδαφος-φυτό-ατμόσφαιρα. Σχέσεις, οι οποίες είναι εξαιρετικά πολύπλοκες και με ισχυρές αλληλοεπιδράσεις, γεγονός που καθιστά ερευνητικές προσπάθειες, όπως η συγκεκριμένη, αυξημένης πρόκλησης και ιδιαίτερα χρήσιμες για την επιστημονική κοινότητα. Η πειραματική επιφάνεια μελέτης βρίσκεται στην ευρύτερη περιοχή της Βαρετάδας Αμφιλοχίας, όπου υπάρχει εγκατεστημένο πλήθος υδρομετεωρολογικών οργάνων. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε για χρονική περίοδο έξι ετών (2013-2018). Οι ροές που μελετήθηκαν στο έδαφος περιορίστηκαν στη μελέτη της κίνησης και κατανομής του νερού μέχρι το βάθος των 70 cm. Από εκεί και κάτω, το νερό που κατεισδύει, μαζί με τα θρεπτικά στοιχεία που μεταφέρει, θεωρήθηκε ότι δε συμβάλλει στη θρέψη των φυτών. Γενικά, το υδρολογικό καθεστώς της δασικής συστάδας αειφύλλων-πλατυφύλλων της περιοχής της Βαρετάδας και κυρίως η επιφανειακή απορροή καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ύπαρξη της πολύ πυκνής βλάστησης. Η κινητική ενέργεια των σταγόνων της βροχής μειώνεται σημαντικά κατά τη διαδικασία της πρόσπτωσής τους στα φύλλα. Κατ’ αυτόν τον τρόπο οι σταγόνες της βροχής έχουν μικρότερες ταχύτητες κατά την πτώση τους στο έδαφος. Η ύπαρξη επίσης της εδαφικής φυλλάδας και ο χρόνος που απαιτείται για τη διαβροχή της είναι ένας πρόσθετος παράγοντας που εμποδίζει αλλά και καθυστερεί σημαντικά την έναρξη της επιφανειακής απορροής. Επίσης, τα εδαφολογικά δεδομένα έδειξαν πως η υδραυλική αγωγιμότητα στον κορεσμό (KS = 4,5 cm/h) δημιουργεί ταχύτητες διήθησης ικανές να προσροφήσουν ακόμα και τις μέγιστες εντάσεις βροχής που καταγράφονται στην περιοχή. Τα αποτελέσματα για τα κατακρημνίσματα έδειξαν εποχική διακύμανση που ταυτίζεται με το μεσογειακό κλίμα της περιοχής. Επίσης, η πολύ ισχυρή συσχέτιση (0,864) της συνολικής βροχόπτωσης (PRB) την άνοιξη με τον αριθμό των επεισοδίων του χειμώνα, σε συνδυασμό με μια μέτρια αρνητική συσχέτιση (-0,492) με την PRB του χειμώνα, καταδεικνύει ότι μετά από έναν υγρό χειμώνα, η ποσότητα της ανοιξιάτικης βροχόπτωσης αναμένεται να είναι μικρή, διαμοιρασμένη σε πολλά μικρότερης έντασης επεισόδια (2,65±0,75 mm/h). Αντίστοιχη πολύ ισχυρή θετική συσχέτιση (0,967) της ετήσιας PRB με αυτή της άνοιξης, υποδηλώνει ότι η κρίσιμη, σε υδατικές ανάγκες, περίοδος αύξησης της βλάστησης, διαμορφώνει τη συνολική βροχόπτωση του έτους. Ο Δεκέμβριος του 2015 και 2016 ήταν άνυδροι γεγονός που επηρέασε σημαντικά τη συσχέτιση της PRB μεταξύ του χειμώνα και του φθινοπώρου, η οποία βρέθηκε ισχυρά αρνητική (-0,907). Από την ανάλυση 380 επεισοδίων βροχής ως προς τα βασικά χαρακτηριστικά τους (ύψος βροχής, μέση ένταση, διάρκεια και ταχύτητα ανέμου) και την πολλαπλή παλινδρόμηση που εφαρμόστηκε, προέκυψαν δύο μοντέλα εκτίμησης της υδατοσυγκράτησης (Ia) και της καθαρής βροχόπτωσης (PREF). Οι στατιστικοί δείκτες R2, d και EF για την εκτίμηση της Ia ήταν 0,765, 0,878 και 0,75, αντίστοιχα, ενώ για την PREF ήταν 0,984, 0,976 και 0,97. Με βάση το προτεινόμενο μοντέλο για την Ia, η χωρητικότητα της κόμης της συστάδας είναι 1,33 mm. Ο αυξημένος αριθμός των ογκομετρικών συλλεκτήρων της διαπερώσας βροχής (THR) που χρησιμοποιήθηκαν, μας έδωσε τη δυνατότητα να μελετήσουμε τη χωρική διακύμανσή της. Τα αποτελέσματα παραπέμπουν στη σύσταση και αρχιτεκτονική της δασικής κόμης, αφού ακόμη και σε απόσταση λίγων μέτρων καταγράφηκαν διαφορές στα ποσοστά της THR που ξεπερνούσαν το 25% της PRB. Επίσης, διαπιστώθηκε μια ισχυρή αρνητική συσχέτιση μεταξύ του συντελεστή παραλλακτικότητας (CV) του ποσοστού της THR που συλλέγουν τα βροχόμετρα και της PRB, τόσο της διάρκειας (-0,77) όσο και του μεγέθους της (-0,70). Επιπρόσθετα, τα ποσοστά της PREF κυμάνθηκαν σε ετήσια βάση από 65,6% έως 77,2% σε σχέση με τη συνολική βροχή εκτός συστάδας (PRB). Η συγκριτική αξιολόγηση της ETo που υπολογίστηκε με την Penman-Monteith (ΕΤΡ-Μ), με 27 μεθόδους όλων των κατηγοριών, ανέδειξε τις συνδυαστικές μεθόδους ως τις πιο αξιόπιστες, ενώ σε εποχικό επίπεδο οι μικρότερες αποκλίσεις παρατηρήθηκαν το καλοκαίρι και οι μεγαλύτερες το χειμώνα σχεδόν σε όλες τις μεθόδους. Από τις μεθόδους που αξιολογήθηκαν, συνεπέστερες στην εκτίμηση της ημερήσιας ETo ήταν οι ETCOP, ETHAR, ETVA1, ETVA2 και ETVA3. Από τις υπόλοιπες, οι ΕΤVA4, ETTUR, ETHS1, ETHS2, ETSTU και ETJ- H προτείνονται επίσης για χρήση επειδή οι εκτιμήσεις της ETο συγκρίνονται αρκετά καλά με εκείνες της μεθόδου ETP-M. Οι τελευταίες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ετήσια εκτίμηση του ETο. Για όλες τις υπόλοιπες εξεταζόμενες μεθόδους, συνιστάται η προσεκτική βαθμονόμησή τους πριν τη χρήση τους σε παρόμοια περιβάλλοντα με αυτόν της περιοχής μελέτης. Στις περιπτώσεις που τα πρωτογενή δεδομένα εισόδου για την εκτίμηση της ETΡ-M προέρχονται από σύνολα πλέγματος δεδομένων, πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη βαρύτητα στην επιλογή τους, επειδή το σφάλμα για κάθε επιμέρους παράμετρο, λειτουργεί αθροιστικά, με αποτέλεσμα να υπάρχουν μεγάλες αποκλίσεις, οι οποίες οδηγούν και σε λανθασμένες τιμές των ροών του υδατικού ισοζυγίου.Η μηνιαία ποσότητα της φυλλόπτωσης μετρήθηκε για τέσσερα χρόνια (2014-2017) και ήταν πολύ αυξημένη τους μήνες Απρίλιο, Μάϊο και Ιούνιο με το βάρος της να αντιπροσωπεύει το 56,1±0,09% της συνολικής ετήσιας φυλλόπτωσης, κυμαινόμενο από 63,0% για το 2016 έως 43,9% για το 2017. Το γεγονός αυτό δείχνει πως η βλάστηση, εξαιτίας των αυξημένων υδατικών της αναγκών την περίοδο αυτή, δρομολογεί μια μερική αντικατάσταση του φυλλώματος. Η τιμή της μηνιαίας φυλλικής επιφάνειας που απορρίπτεται μετρήθηκε περίπου σταθερή (46,1±3,6 LA/g) και ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας (LAI) εκτιμήθηκε 5,84 m2/m2. H PRB, κατά συνέπεια και η εδαφική υγρασία (SM) φαίνεται να καθορίζουν την έναρξη των φαινολογικών σταδίων της βλαστικής περιόδου συγκριτικά με τη μέση ημερήσια θερμοκρασία αέρα (Taver) ή/και τη θερμοκρασία εδάφους (ST). Η ανάλυση έδειξε ότι οι απαιτήσεις της ξηρανθεκτικότερης αριάς σε διαθέσιμο νερό, προκειμένου να ξεκινήσει τα φαινολογικά της στάδια, είναι τουλάχιστον 48,3 mm, ενώ η κουμαριά χρειάζεται 52,1 mm και το φιλλύκι 61,6 mm.Το εδαφικό στρώμα μεταξύ 40 cm και 70 cm ήταν το πιο υγρό καθόλη τη χρονική διάρκεια παρακολούθησης. Παρόλα αυτά διαπιστώθηκε, ότι η βλάστηση ακολουθεί μια στρατηγική «οικονομίας του εδαφικού νερού» των ανώτερων στρωμάτων, διατηρώντας τα σχετικά υγρά, πυροδοτώντας την άνοιξη μια εντονότερη πρόσληψη νερού από τα κατώτερα στρώματα (κάτω από τα -70 cm), προκειμένου τα δέντρα να ανταπεξέλθουν στις ξηρές επερχόμενες συνθήκες του καλοκαιριού. Οι τρεις θέσεις παρακολούθησης της SM έδειξαν συγχρονισμένη συμπεριφορά και στα τρία μοτίβα που αναλύθηκαν, ήτοι ανταπόκριση στη βροχόπτωση, στη διήθηση της PREF και στην αποστράγγιση, εμφανίζοντας παρόμοιες κλίσεις. Τα τρία μοντέλα εκτίμησης της διαθέσιμης εδαφικής υγρασίας (AvWC) που εφαρμόστηκαν, έδειξαν αρκετά ικανοποιητικά αποτελέσματα, με τα καλύτερα στατιστικά να σημειώνονται στο WBS3 και τα χειρότερα στο B90. Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι η AvWC υπερεκτιμήθηκε και στα τρία μοντέλα κατά την υγρή περίοδο (Οκτώβριος έως Μάρτιος του επόμενου έτους) με συνεπέστερο το WB (3,81% απόκλιση), ενώ υποεκτιμήθηκε και από τα τρία μοντέλα επίσης κατά την ξηρή περίοδο εμφανίζοντας αυξημένη κλίση της γραμμής αποστράγγισης σε σχέση με τη μετρημένη. Προτείνεται όμως η χρήση τους, με την παραίνεση να προηγηθεί μια πρόσθετη βαθμονόμηση του B90 για την ξηρή περίοδο.Ο έλεγχος εισροών-εκροών της μάζας τριών στοιχείων (Ca, Mg και K), έδειξε ότι το οικοσύστημα δεν είναι σε ισορροπία αφού κάθε χρόνο υπάρχει εμπλουτισμός του εδάφους με κατιόντα, με μεγαλύτερη αυτή του Ca. Επίσης, καταγράφηκε αύξηση των συγκεντρώσεων των ιχνοστοιχείων B, Co και Pb στη THR σε σχέση με την PRB, η οποία παραπέμπει σε ξηρή απόθεση προερχόμενη από τη θάλασσα, εξαιτίας της επικράτησης των Δ, ΝΔ ανέμων. Η δοκιμή του μοντέλου βροχής-απορροής GR4J που έγινε στη λεκάνη απορροής, επέδειξε πολύ καλή συμφωνία με τη μετρημένη απορροή με στατιστικούς δείκτες d και EF 0,957 και 0,845, αντίστοιχα. Η πρόταση είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί, μόνο όμως για τη μελέτη της απορροής στη λεκάνη 1Δ. Για τις υπόλοιπες ροές του υδατικού ισοζυγίου προτείνεται περαιτέρω μελέτη και κυρίως αυτή της υποεπιφανειακής απορροής. Διαπιστώθηκε ότι η βλάστηση έχει προσαρμοστεί να αντλεί από το εδαφικό στρώμα των 70 cm, ποσότητες νερού μεγαλύτερες από 1,0 mm, εκτός από τις χρονικές περιόδους (κυρίως το χειμώνα) όπου οι ανάγκες για εξατμισοδιαπνοή είναι μικρότερες από την ποσότητα αυτή. Τα ποσοστά άντλησης του νερού από το εδαφικό στρώμα παρουσιάζουν παρόμοιο ρυθμό με αυτόν της αποστράγγισης της εδαφοτομής μέχρι τα μέσα Μαΐου. Τον Ιούνιο, όπου η περιεκτικότητα της εδαφοτομής κατεβαίνει κάτω από το ποσοστό του 50% της AvWC, τότε τα ποσοστά άντλησης σχεδόν ταυτίζονται με τον ρυθμό αποστράγγισης. Τέλος, βρέθηκε ότι απαιτούνται 4 τουλάχιστον μήνες και περισσότερα από 500 mm κατακρημνισμάτων προκειμένου η AvWC της εδαφικής κατατομής των 70 cm, να ανέλθει από τη μικρότερη τιμή της (14,0 mm τον Αύγουστο) και να σταθεροποιηθεί στη μέγιστη τιμή της (102,9 mm). Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης διατριβής ευελπιστούμε να συνεισφέρουν στη διαμόρφωση προτάσεων ή/και μοντελοποίησης διαχείρισης αντίστοιχων δασικών οικοσυστημάτων ώστε να επιτευχθεί αφενός αύξηση της διαθεσιμότητας του νερού για τα φυτά και αφετέρου μείωση των ποσοτήτων των θρεπτικών στοιχείων που εκπλύνονται από το οικοσύστημα.