Εφαρμογή αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων σε συμβατικό, βιολογικό και υδροπονικό σύστημα καλλιέργειας νωπού φασολιού (Phaseolus vulgaris L.) και επιπτώσεις της στην παραγωγή, τη βιολογική αζωτοδέσμευση και τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου
Authors: Κοντοπούλου Χάρις-Κωνσταντίνα 
Published: August 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στην διερεύνηση βιώσιμων συστημάτων καλλιέργειας νωπού φασολιού στοχεύοντας κυρίως στις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, την θρέψη των φυτών με άζωτο, αλλά και τη σωστή αξιοποίηση της συμβιωτικής αζωτοδέσμευσης. Κατά τη διεξαγωγή της μελέτης πραγματοποιήθηκαν τέσσερα πειράματα, στα οποία μελετήθηκαν δύο εναλλακτικά καλλιεργητικά συστήματα, βιολογικό σύστημα υπαίθριας καλλιέργειας νωπού φασολιού (Phaseolus vulgaris L.) και υδροπονικό σύστημα θερμοκηπίου.Στα δύο πειράματα αγρού που διεξήχθησαν έγινε σύγκριση της επίδρασης των γεωργικών πρακτικών του βιολογικού καλλιεργητικού συστήματος με αυτές του συμβατικού σε συνθήκες χαμηλής ή υψηλής αλατότητας του νερού άρδευσης. Η πρακτική του εμβολιασμού με αζωτοβακτήρια στις ρίζες των φυτών φασολιού εφαρμόστηκε και στις δύο υπαίθριες καλλιέργειες. Την πρώτη χρονιά εφαρμόστηκε εμπορικό μείγμα αζωτοβακτηρίων μόνο στα βιολογικά υποτεμάχια, το οποίο αξιολογήθηκε ως αναποτελεσματικό, ενώ την δεύτερη χρονιά χρησιμοποιήθηκε μόλυσμα του στελέχους Rt CIAT899, το οποίο ενίσχυσε τον σχηματισμό φυματίων. Tο βιολογικό σύστημα καλλιέργειας παρουσίασε τις χαμηλότερες αποδόσεις σε ολική βιομάζα και νωπούς λοβούς φασολιού σε σύγκριση με το συμβατικό σύστημα, λόγω της μειωμένης διαθεσιμότητας Ν στα αρχικά στάδια ανάπτυξης των φυτών. Παρ’ όλα αυτά, το βιολογικό σύστημα εμφάνισε μεγαλύτερη συμβιωτική αζωτοδέσμευση και στις δύο υπαίθριες καλλιέργειες φασολιού. Το συμπέρασμα αυτό προκύπτει από τον υψηλότερο σχηματιζόμενο αριθμό ριζικών φυματίων στο βιολογικό σύστημα και πιθανότατα από τα παρόμοια επίπεδα ολικού εδαφικού Ν στο πρώιμο στάδιο γεμίσματος των λοβών στα βιολογικά και συμβατικά συστήματα, παρόλο που τα πρώτα υστερούσαν ως προς την ολική συγκέντρωση εδάφους στην αρχική δειγματοληψία εδάφους και επαληθεύεται με τον προσδιορισμό της βιολογικής αζωτοδέσμευσης (biological nitrogen fixation- BNF) με τη μέθοδο της φυσικής αφθονίας. Και τα δύο συστήματα καλλιέργειας παρουσίασαν θετικό ισοζύγιο Ν (βιολογικό +45 kg ha-1 και συμβατικό +6 kg ha-1) με το βιολογικό σύστημα καλλιέργειας να υπερτερεί αντισταθμίζοντας την ποσότητα Ν που αφαιρέθηκε με την συγκομιδή των λοβών και βελτιώνοντας την παροχή Ν στο έδαφος. Όσον αφορά τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου η βιολογική γεωργία είχε σημαντικά χαμηλότερες εκπομπές N2O από τη συμβατική γεωργία λόγω της μη παροχής ανόργανων λιπασμάτων. Ωστόσο, οι εκπομπές N2O ανά μονάδα νωπού βάρους παραγόμενου προϊόντος δεν διέφεραν σημαντικά μεταξύ βιολογικού και συμβατικού συστήματος τονίζοντας την ανάγκη της μεγιστοποίησης της απόδοσης στα βιολογικά συστήματα.Οι εκπομπές CO2 παρουσιάστηκαν μεγαλύτερες στο βιολογικό σύστημα καλλιέργειας σε σύγκριση με το συμβατικό λόγω της αυξημένης μικροβιακής δραστηριότητας από την εφαρμογή οργανικού λιπάσματος (κομπόστ) και τις δύο χρονιές. Βέβαια, θα πρέπει να σημειωθεί ότι το βιολογικό καλλιεργητικό σύστημα περιορίζει έμμεσα σε σημαντικό βαθμό τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου μέσω της μη χρήσης ανόργανων λιπασμάτων Ν τα οποία έχουν υψηλό αποτύπωμα άνθρακα. Οι εκπομπές CH4 τον πρώτο χρόνο καλλιέργειας ήταν ελάχιστες, ενώ τον δεύτερο φαίνεται ότι λειτούργησαν σαν καταβόθρες CH4 και όχι σαν πηγές.Η εφαρμογή εμβολιασμού με ριζόβια σε υδροπονική καλλιέργεια φασολιού επιτρέπει την ακριβή ποσοτικοποίηση της βιολογικής αζωτοδέσμευσης και παρέχει πληροφορίες σχετικά με τις δυνατότητες μείωσης της χρήσης ανόργανων αζωτούχων λιπασμάτων. Στα πειράματα θερμοκηπίου της παρούσας διατριβής καλλιέργεια νάνου και αναρριχώμενου φασολιού αναπτύχθηκε σε αδρανές υπόστρωμα ελαφρόπετρας και εμβολιάστηκε είτε με εμπορικό σκεύασμα αζωτοβακτηρίων ή με μόλυσμα του στελέχους Rt CIAT899. Και στα δύο πειράματα υπήρχαν μεταχειρίσεις στις οποίες τα φυτά τροφοδοτούνταν είτε με πλήρες πρότυπο θρεπτικό διάλυμα (ΘΔ) αζώτου με συγκέντρωση ολικού αζώτου ή με θρεπτικό διάλυμα χωρίς άζωτο (0% N + CIAT899). Ενώ στο δεύτερο πείραμα θερμοκηπίου τα φυτά τροφοδοτήθηκαν και με θρεπτικό διάλυμα που περιείχε το 1/3 αζώτου του πρότυπου ΘΔ (33% Ν+ CIAT899). Και στις δύο υδροπονικές καλλιέργειες φασολιού ο εμβολιασμός με CIAT899 ευνόησε τον σχηματισμό ριζικών φυματίων στις μεταχειρίσεις με μειωμένο ή μηδενικό Ν, ενώ το εμπορικό σκεύασμα που εφαρμόσθηκε στην καλλιέργεια νάνου φασολιού κρίθηκε πάλι αναποτελεσματικό. Τα φυτά που εμβολιάστηκαν με CIAT899 της μεταχείρισης με μειωμένη παροχή Ν κατάφεραν να καλύψουν περισσότερο από το ήμισυ των συνολικών αναγκών τους από την συμβιωτική βιολογική αζωτοδέσμευση (Ndfa=58%). Η μειωμένη παραγωγή και ολική βιομάζα που παρατηρήθηκε στις μεταχειρίσεις με περιορισμένη ή μηδενική παροχή Ν οφείλεται στην καθυστερημένη ανάπτυξη των φυτών στην αρχική φάση ανάπτυξης τους λόγω έλλειψης Ν, διότι σε αυτή την φάση ανάπτυξης δεν είχε ξεκινήσει ακόμη η βιολογική αζωτοδέσμευση και δευτερευόντως στον δραστικό περιορισμό του Κ+.