Ποσοτική ανάλυση της επίδρασης της χλωρής λίπανσης στην αποδοτικότητα χρήσης νερού κατά την εφαρμογή της σε καλλιέργεια καλαμποκιού στη Θεσσαλική πεδιάδα
Authors: Καρυώτη Αικατερίνη 
Published: January 2022

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη της συνδυαστικής επίδρασης της άρδευσης και της χλωρής λίπανσης στην αύξηση και παραγωγικότητα του αραβόσιτου, την αύξηση του λόγου ωφελιμότητας του νερού (Water Use Efficiency), τη βελτίωση του εδάφους και την προστασία του περιβάλλοντος υπό θεσσαλικές συνθήκες.Η πρωτοτυπία της παρούσας διατριβής έγκειται στη μελέτη της ενδιάμεσης καλλιέργειας μπιζελιού και της ενσωμάτωσης της συνολικής βιομάζας ως χλωρής λίπανσης πριν την εγκατάσταση του καλαμποκιού, με ταυτόχρονη μελέτη της αύξησης και παραγωγικότητας κάτω από διαφορετικά επίπεδα άρδευσης και της βελτίωσης των εδαφικών ιδιοτήτων. Επίσης, εξετάστηκε η αύξηση του δυναμικού παραγωγής λόγω της αύξησης της γονιμότητας του εδάφους αλλά και του λόγου ωφελιμότητας του νερού (Water Use Efficiency). Πριν την εγκατάσταση των πειραμάτων έγινε προσδιορισμός των κύριων εδαφικών φυσικοχημικών ιδιοτήτων. Ο μέσος όρος της περιεκτικότητας σε άργιλο των 12 εδαφικών δειγμάτων που συλλέχθηκαν ήταν 39.7% (για το επιφανειακό βάθος 0 - 30 cm) και 42% (για το βάθος 30-60 cm). Συνεπώς, η υφή των εδαφικών δειγμάτων ήταν αργιλώδης, χωρίς ιδιαίτερα προβλήματα γονιμότητας, με εξαίρεση τη χαμηλή περιεκτικότητα σε ανταλλάξιμο κάλιο στις υποεπιφανειακές εδαφικές στρώσεις. Oι τιμές της Ικανότητας Ανταλλαγής Κατιόντων (ΙΑΚ) ήταν σχετικά υψηλές, ενώ η περιεκτικότητα σε οργανική ουσία ήταν ικανοποιητική στους επιφανειακούς (2.9%) και αρκετά χαμηλή στους υποεπιφανειακούς ορίζοντες. Οι τιμές pH των επιφανειακών εδαφικών στρώσεων κυμαίνονταν από 7.6 έως 7.8, ενώ οι αντίστοιχες τιμές στους υποεπιφανειακούς ορίζοντες μεταξύ 7.8 και 8.0. Για τις ανάγκες της διατριβής εγκαταστάθηκαν πειράματα στο αγρόκτημα του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας στο Βελεστίνο. Τα πειράματα είχαν τριετή διάρκεια με έτος έναρξης το 2015. Το πρώτο έτος μελετήθηκε η αύξηση και παραγωγικότητα του καλαμποκιού και επιπρόσθετα του ηλίανθου και του βαμβακιού, κάτω από τρία επίπεδα άρδευσης και δύο εποχές σποράς. Η λίπανση και οι λοιπές καλλιεργητικές συνθήκες ήταν βέλτιστες. Σκοπός του πειράματος ήταν η επιλογή μιας εκ των τριών καλλιεργειών για τη συνέχιση των πειραμάτων με βάση την καλύτερη διασφάλιση εξαγωγής των στατιστικά σημαντικότερων αποτελεσμάτων. Τελικά επιλέχθηκε το καλαμπόκι, λόγω της μεγάλης του παραγωγικότητας που ξεπερνά κατά πολύ τις αντίστοιχες αποδόσεις του ηλίανθου και του βαμβακιού, ενώ χαρακτηρίζεται από τις μεγαλύτερες ανάγκες σε θρεπτικά στοιχεία και αρδευτικό νερό, και τη μικρότερη διακύμανση της παραγωγικότητάς του σε σχέση με τα επίπεδα άρδευσης και την εποχή σποράς.Μετά το τέλος της συγκομιδής των παραπάνω καλλιεργειών, έγινε σπορά κτηνοτροφικού μπιζελιού (Pisum sativum L.) το φθινόπωρο του 2015, το οποίο αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια του χειμώνα και νωρίς την άνοιξη για να ενσωματωθεί τελικά στο έδαφος πριν την εγκατάσταση του καλαμποκιού στα τέλη Απριλίου 2016. Μετά την τελική κοπή του καλαμποκιού το φθινόπωρο του 2016, ακολούθησε όργωμα και καλλιεργητής και νέα σπορά μπιζελιού, το οποίο αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια του χειμώνα 2016 και νωρίς την άνοιξη του 2017, για να ενσωματωθεί και πάλι στο έδαφος πριν την εγκατάσταση του καλαμποκιού στις αρχές Μαΐου 2017. Το πείραμα τελείωσε με τη συγκομιδή του καλαμποκιού τον Οκτώβριο του 2017. Κάθε πειραματικό έτος και μέχρι την τελική συγκομιδή, πραγματοποιούνταν ενδιάμεσες δειγματοληπτικές κοπές. Το δεύτερο και τρίτο έτος των πειραμάτων αραβοσίτου (2016 και 2017) εφαρμόστηκε παραγοντικό σχέδιο διχαζομένων συγκροτημάτων σε τρεις επαναλήψεις. Στα κύρια τεμάχια εφαρμόσθηκε διαφοροποιημένη άρδευση με εφαρμογή τριών διαφορετικών επιπέδων νερού άρδευσης, Ι1= 33% της ΕΤο, Ι2 = 66% της ΕΤο και Ι3 = 100% της ΕΤο, ενώ τα υποτεμάχια ήταν η εφαρμογή χλωρής λίπανσης με μπιζέλι που αναπτυσσόταν την περίοδο Νοεμβρίου – Απριλίου και η μη εφαρμογή χλωρής λίπανσης στους μάρτυρες. Το πείραμα αρδεύτηκε 4 φορές με καταιονισμό την καλλιεργητική περίοδο του 2015, ενώ πραγματοποιήθηκαν επιπλέον 6 στάγδην αρδεύσεις, για όλες τις μεταχειρίσεις. Με καταιονισμό εφαρμόστηκαν 170 mm νερού, ενώ με τη στάγδην άρδευση εφαρμόσθηκαν συνολικές ποσότητες 193.6 mm, 336.0 mm και 510.0 mm, για τις 3 διαφοροποιημένες μεταχειρίσεις. Η μέθοδος της στάγδην άρδευσης χρησιμοποιήθηκε και την περίοδο άρδευσης 2016, κατά την οποία εφαρμόσθηκαν 9 αρδεύσεις με αντίστοιχες συνολικές ποσότητες νερού 184.9 mm, 363.8 mm και 545.6 mm για τα 3 επίπεδα άρδευσης αντίστοιχα. Πριν το φύτρωμα, χρησιμοποιήθηκε καταιονισμός με ύψος άρδευσης 30 mm. Το 2017, έγινε μία άρδευση με καταιονισμό πριν το φύτρωμα και εφαρμόσθηκαν 8 στάγδην αρδεύσεις με αντίστοιχες συνολικές ποσότητες νερού 153.7, 319.7 και 479.6 mm.Η συστηματική μέτρηση της περιεχόμενης εδαφικής υγρασίας, κάθε πειραματικό έτος πραγματοποιούταν με όργανο DIVINER 2000. Με το όργανο αυτό γινόταν κατά τακτά χρονικά διαστήματα (7-10 ημέρες) μέτρηση της εδαφικής υγρασίας σε βάθος 1 m ανά διαστήματα 10 cm (10 μετρήσεις ανά περιοχή μέτρησης). Τέτοιες μετρήσεις υγρασίας πραγματοποιήθηκαν και για τα 3 υπό μελέτη επίπεδα άρδευσης. Με τις μετρήσεις κατανομής υγρασίας με το βάθος και τα ποσά άρδευσης ανά ημερομηνία άρδευσης και τις ημέρες που μεσολαβούσαν μεταξύ των μετρήσεων, ήταν δυνατός ο προσδιορισμός του υδατικού ισοζυγίου στο έδαφος. Επίσης έγινε μέτρηση της διηθητικότητας σε δύο θέσεις του πειραματικού αγρού (σε μια θέση όπου έχει εφαρμοστεί ενσωμάτωση μπιζελιού και σε μια θέση μάρτυρα) και προσδιορισμός των τιμών της υδραυλικής αγωγιμότητας των δύο αυτών εδαφών.Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι η χλωρή λίπανση έχει μεγάλη θετική επίδραση στην αύξηση και παραγωγικότητα της βιομάζας και του σπόρου του αραβόσιτου ήδη από το πρώτο έτος μετά την εφαρμογή της χλωρής λίπανσης στα καλώς αρδευόμενα φυτά, καθ’ όλη την περίοδο ανάπτυξης και μέχρι το τέλος της καλλιέργειας. Μεγάλο μέρος της βιομάζας αυτής αφορά στα καρποφόρα όργανα (σπάδικες) και στο τελικό οικονομικό προϊόν (σπόρο) που αυξήθηκε κατά 170-200 kg/στρ πάνω από την ήδη υψηλή τιμή του (1200-1250 kg/στρ).Το συμπέρασμα αυτό είναι πολύ σημαντικό και επιβεβαιώνει ότι με τη χλωρή λίπανση το δυναμικό παραγωγής αυξάνει σημαντικά, και μάλιστα ήδη από το πρώτο έτος εφαρμογής της. Και αυτό γιατί βελτιώνονται σημαντικά τα εδαφικά χαρακτηριστικά και η εδαφική δομή που επιδρούν στο δείκτη ωφελιμότητας του νερού και ουσιαστικά στη «μετατροπή» του εδάφους σε ένα άλλο έδαφος με σαφώς βελτιωμένα τα χαρακτηριστικά παραγωγικότητας.Η θετική αυτή επίδραση της χλωρής λίπανσης είναι μέγιστη υπό συνθήκες πλήρους άρδευσης. Στα μετρίως αρδευόμενα φυτά, η αύξηση της βιομάζας και της τελικής απόδοσης περιορίστηκε στα 130-170 kg/στρ. Όμως ακόμα και υπό συνθήκες μεγαλύτερου υδατικού στρες (όπως στα φυτά της ελλιπούς άρδευσης), η χλωρή λίπανση έδωσε κατά 50 kg/στρ μεγαλύτερες αποδόσεις από αυτές του μάρτυρα.Από πλευράς διαθεσιμότητας νερού, η πλήρης άρδευση καλύπτει απόλυτα τις υδατικές ανάγκες της καλλιέργειας και εξασφαλίζει δυναμικό παραγωγής βιομάζας (1850-2300 kg/στρ) και σπόρου (1200-1400 kg/στρ). Όμως και η μέτρια άρδευση (66% της μέγιστης) μπορεί να ικανοποιήσει σε μεγάλο βαθμό τις ανάγκες αυτές. Η εφαρμογή 336 mm νερού το 2015 και 364 mm νερού το 2016 έδωσε μη στατιστικά σημαντική διαφορά παραγωγής βιομάζας και οργάνων καρποφορίας, ενώ το 2017 εφαρμογή 320 mm είχε ως αποτέλεσμα μικρότερη παραγωγή βιομάζας και σπόρου κατά 300 και 200 kg/στρ, αντίστοιχα. Αντίθετα, εφαρμογή άρδευσης στο 33% της μέγιστης επιφέρει σε όλες τις περιπτώσεις μεγάλη πτώση της παραγωγής βιομάζας (1200-1300 kg/στρ) και του σπόρου καλαμποκιού (700-800 kg/στρ).Η εγκατάσταση κτηνοτροφικού μπιζελιού το φθινόπωρο και η ανάπτυξή του τη χειμερινή περίοδο στην περιοχή της ανατολικής θεσσαλικής πεδιάδας (Βελεστίνο) μπορεί να εξασφαλίσει μέχρι την ενσωμάτωσή του πριν την εγκατάσταση του καλαμποκιού (και οποιασδήποτε άλλης εαρινής καλλιέργειας) περίπου 520-860 kg ξηρής βιομάζας ανά στρέμμα με μεγάλη περιεκτικότητα σε NPK και λοιπά θρεπτικά συστατικά. Έτσι, εφαρμογή χλωρής λίπανσης με μπιζέλι για μια δεκαετία και ετήσια ενσωμάτωση περί τα 700 kg ξηρής ουσίας ανά στρέμμα μπορεί να αυξήσει την οργανική ουσία του εδάφους κατά 7 t ή περίπου κατά 4.5 t οργανικό άνθρακα ή αύξηση του επιφανειακού Corg κατά 1% και περισσότερο. Επίσης προβλέπεται αύξηση του οργανικού αζώτου κατά 150 kg και του καλίου περίπου κατά 210 kg. Τα στοιχεία αυτά δείχνουν τη θεμελιώδους σημασίας βελτίωση της γονιμότητας του εδάφους που προκαλεί η χλωρή λίπανση, η οποία αποτελεί και τη μοναδική ουσιαστική δυνατότητα βελτίωσης πολύ υποβαθμισμένων, επικλινών, διαβρωμένων εδαφών της ξηρο-θερμικής ζώνης της χώρας. Εκτός από τη βελτίωση της γονιμότητας του εδάφους με την προσθήκη οργανικής ουσίας και θρεπτικών συστατικών, μέσω της χλωρής λίπανσης βελτιώνεται σημαντικά η δομή και οι λοιπές φυσικές ιδιότητες του εδάφους, όπως και η σχέση μεταξύ υγρασίας και δυναμικού πίεσης (μύζησης) λόγω μείωσης της συμπίεσης των (ανώτερων) εδαφικών στρώσεων, ώστε η κατανομή υγρασίας με το βάθος να βρίσκεται σε υψηλότερα επίπεδα στο έδαφος που έχει υποστεί χλωρή λίπανση σε σύγκριση με το έδαφος - μάρτυρα. Όπως προέκυψε από τις σχετικές μετρήσεις με τη συσκευή DIVINER, στα εδάφη που έχουν υποστεί χλωρή λίπανση, η εδαφική υγρασία μπορεί να βρίσκεται σε επίπεδα μέγιστης διαπνοής (πλήρως ανοικτά στομάτια και μέγιστος ρυθμός αφομοίωσης) όταν σε ίδια εδάφη που έχουν δεχθεί τις ίδιες καλλιεργητικές φροντίδες και εισροές (άρδευσης, λίπανσης και φυτοπροστασίας), αλλά χωρίς χλωρή λίπανση, η υγρασία βρίσκεται κάτω του κριτικού ποσοστού όπου τα στομάτια κλείνουν μερικώς και ο ρυθμός διαπνοής (και αφομοίωσης) είναι μικρότερος του μέγιστου. Επιπλέον, η υδραυλική αγωγιμότητα του εδάφους που έχει υποστεί χλωρή λίπανση έχει μειωθεί σημαντικά (σε 0.743 cm/min από 1.114 cm/min που ήταν η τιμή υδραυλικής αγωγιμότητας για τον μάρτυρα), προφανώς λόγω της θετικής επίδρασης της χλωρής λίπανσης στη βελτίωση της εδαφικής δομής και τη μείωση των ρωγμών του επιφανειακού εδάφους. Παρά τον ενδεικτικό τους χαρακτήρα, τα παραπάνω αποτελέσματα δείχνουν τη σημαντική βελτίωση της εδαφικής δομής στα εδάφη στα οποία έχει εφαρμοστεί χλωρή λίπανση με ενσωμάτωση ψυχανθούςΗ σημαντική αύξηση του κόστους παραγωγής σε συνδυασμό με την αυξανόμενη υποβάθμιση της γονιμότητας των εδαφών τα τελευταία χρόνια ευθύνονται για τις σοβαρές τάσεις μείωσης της καλλιέργειας καλαμποκιού, ιδιαίτερα στις ξηρότερες περιοχές της χώρας όπως η ανατολική Θεσσαλική πεδιάδα. Αυτό δεν επιτρέπεται να συνεχιστεί επί μακρόν, αναλογιζόμενοι το έλλειμμα ζωικής παραγωγής, αλλά αντίθετα θα πρέπει να υποστηριχτεί η εξάπλωση του αραβόσιτου ακολουθώντας σύγχρονες πρακτικές χαμηλών εισροών που συγχρόνως θα αυξήσουν θεαματικά τις αποδόσεις και την παραγωγή του. Το δίπτυχο των προτεινόμενων πρακτικών είναι η εφαρμογή στάγδην άρδευσης με παράλληλη εφαρμογή υδρολίπανσης, και η ενδιάμεση καλλιέργεια ψυχανθούς ως χλωρή λίπανση, όπως συμπεραίνεται από την παρούσα εργασία. Πιο συγκεκριμένα, μεγάλο ποσοστό της μέγιστης απόδοσης με πλήρη άρδευση καλαμποκιού μπορεί να γίνει εφικτό με περιορισμό των αρδεύσεων στο 66% της μέγιστης εξατμισοδιαπνοής, ενώ με την εφαρμογή χλωρής λίπανσης μειώνεται δραστικά ο συντελεστής διαπνοής και αυξάνει δραστικά το εφικτό δυναμικό παραγωγής. Σε συνδυασμό και με συμπεράσματα από προηγούμενες εργασίες στο αντικείμενο, διαφαίνεται ότι το κόστος εφαρμογής χλωρής λίπανσης υπερκαλύπτεται κατά πολύ από την αύξηση της παραγωγικότητας και τη μείωση των εισροών για τη λίπανση, με τελικό αποτέλεσμα την αύξηση του εισοδήματος του γεωργού ήδη από το πρώτο έτος εφαρμογής της χλωρής λίπανσης.Αυτό αποτελεί πολύ σημαντικό συμπέρασμα, σύμφωνα με το οποίο μπορούν να δοθούν κίνητρα στους παραγωγούς για άμεση εφαρμογή της καλλιεργητικής πρακτικής της χλωρής λίπανσης χωρίς τον κίνδυνο αποτυχίας. Τα κίνητρα αυτά είναι απαραίτητα για τη διάδοση της εν λόγω σημαντικής καλλιεργητικής τεχνικής σε επιθυμητή κλίμακα. Έτσι, με την εφαρμογή χλωρής λίπανσης κατά τακτά χρονικά διαστήματα, μέσα σε λίγα χρόνια θα αυξηθεί η γονιμότητα των εδαφών σε πολύ μεγάλο βαθμό που θα προκαλέσει και την αύξηση και οικονομικότητα των αποδόσεων πολλών καλλιεργειών και την επιστροφή στην καλλιέργεια πολλών εγκαταλελειμμένων γαιών. Προκειμένου για το καλαμπόκι, η εφαρμογή της χλωρής λίπανσης θα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση των καλλιεργουμένων εκτάσεων, την αύξηση του συνολικού προϊόντος και την μείωση του μεγάλου ελλείμματος ζωικής παραγωγής στη χώρα μας.-Από την παρούσα διατριβή, πραγματοποιήθηκαν τρεις δημοσιεύσεις σε διεθνή έγκριτα περιοδικά του SCI:•Aikaterini Karyoti, Evangelos Hatzigiannakis, Dimitris Bartzialis and Nicolaos Danalatos, 2017. Spatial variation assessment of selected soil properties for precision field experimentation. American Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences (ASRJETS) ISSN (Print) 2313-4410, ISSN (on line) 2313-4402; Volume 35, No 1, pp 352-363 http://asrjetsjournal.org/ •Aikaterini Karyoti, Dimitris Bartzialis, Maria Sakellariou-Makrantonaki, Nikolaos Danalatos, 2018. Effects of irrigation and green manure on corn (Zea mays L.) biomass and grain yield. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 18 (3), 1-10.•Karyoti Aik., Giannoulis K.D., Bartzialis D., Skoufogianni E. and Danalatos N.G., 2020. The benefits of a legume crop (pea) as green manure in maize cultivation. Υπεβλήθη στο περιοδικό Agronomy (Φεβρουάριος 2020).Επίσης, πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω παρουσιάσεις σε Συνέδρια: •Karyoti Aikat., D. Bartzialis, M. Sakellariou-Makrantonaki, and N.G. Danalatos. 2017. The impact of irrigation and green manure on corn biomass and grain production in Central Greece. Sixth International Conference on Environmental Management, Engineering, Planning and Economics. 25-30 June, Thessaloniki. Πρακτικά Συνεδρίου, σελίδες 803-810, ISBN: 978-618-5271-15-2.•Karyoti Aik., D. Bartzialis, K. Giannoulis and N. Danalatos. 2017.Vertical distribution of nutrients and trace elements in cultivated alluvial soils of Central Greece. Sixth International Conference on Environmental Management, Engineering, Planning and Economics. 25-30 June, Thessaloniki. POSTER, ISBN: 978-618-5271-15-2.•Αικ. Καρυώτη και Ν. Γ. Δαναλάτος. 2018. Βελτιστοποίηση παραγωγής καλαμποκιού στη Θεσσαλία: αποτελέσματα εφαρμογής χλωρής λίπανσης με μπιζέλι σε πλήρη και μειωμένη στάγδην άρδευση στην Ανατολική Θεσσαλική Πεδιάδα. ΔΙΕΘΝΕΣ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΠΗΝΕΙΟΣ ΠΟΤΑΜΟΣ πηγή ζωής και ανάπτυξης στη Θεσσαλία, ΛΑΡΙΣΑ. ΕΛΛΑΔΑ. 2 & 3 ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ 2018. https://www.pedthessalias4pinios.gr/images/eisigiseis/veltistopoihsh-paragwghs-kalampokiou-28.pdf•Αικ. Καρυώτη, Κυρ. Γιαννούλης, Δημ. Μπαρτζιάλης, Ε. Σκουφογιάννη και Νικ. Δαναλάτος. 2020. Η χλωρή λίπανση ως η οριστική επίλυση του προβλήματος της υποβάθμισης εδαφών και υδάτινων πόρων και η δυνατότητα επέκτασης της καλλιέργειας καλαμποκιού στη Θεσσαλία. Ειδική Επιστημονική Ημερίδα Ευάλωτης Γεωργίας «Ελλειμματικό Νερό στην Ευάλωτη Γεωργία της Θεσσαλίας: Ψηφικές Αειφορικές Εφαρμογές», ΛΑΡΙΣΑ. ΕΛΛΑΔΑ. 22 Φεβρουαρίου 2020. Διεύθυνση ανάκτησης παρουσίασης: https://www.pedthessalias4pinios.gr/images/eisigiseis/veltistopoihsh-paragwghs-kalampokiou-28.pdf