Ο ρόλος της οργανικής ουσίας στη δομή και στην ποιότητα του εδάφους
Authors: Κοτρωνάκης Μανώλης 
Published: September 2021

Τα συστήματα αγροτικής παραγωγής που στηρίζονται αποκλειστικά στη χρήση ανόργανων λιπασμάτων και σκευασμάτων φυτοπροστασίας έχουν ως σκοπό τη μεγιστοποίηση της γεωργικής παραγωγής, χωρίς ωστόσο να θεωρείται το έδαφος ως ένα οικοσύστημα. Η παραπάνω αγροτική πρακτική έχει οδηγήσει σε υποβάθμιση του περιβάλλοντος και των οικοσυστημικών υπηρεσιών που προσφέρει το έδαφος, όπως είναι η παραγωγή τροφής, η διήθηση και η μετακίνηση του νερού και των θρεπτικών συστατικών, η βιοποικιλότητα και αποθήκευση οργανικής ύλης. Η ποιότητα του εδάφους και οι λειτουργίες που αυτό επιτελεί συνδέονται άμεσα με την περιεκτικότητα του εδάφους σε οργανική ύλη (soil organic matter, SOM) και τη σταθερότητα των συσσωματωμάτων στην επίδραση του νερού. Η εφαρμογή οργανικών εδαφοβελτιωτικών για την αναπλήρωση της οργανικής ύλης του εδάφους, μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην ανάσχεση της υποβάθμισης των οικοσυστημικών υπηρεσιών και της αύξησης της παραγωγής. Στόχος της διατριβής είναι η μελέτη των μετασχηματισμών των ιδιοτήτων του εδάφους και των υπηρεσιών που προσφέρει στην Κρίσιμη Ζώνη (ΚΖ) της Γης, μετά από την εφαρμογή οργανικών εδαφοβελτιωτικών σε έναν πειραματικό αγρό καλλιέργειας τομάτας, που αντιμετωπίζει άμεσα τον κίνδυνο της ερημοποίησης (απώλεια της οργανικής ουσίας στο έδαφος), ως συνέπεια των προβλεπόμενων κλιματικών αλλαγών. Βασικό ζητούμενο είναι η ανάδειξη μιας αειφόρου διαχείρισης των γεωργικών εδαφών στην Ελλάδα, με την προσθήκη οργανικών υποστρωμάτων, συνδυάζοντας αυξημένες γεωργικές αποδόσεις με τη βελτίωση των εδαφικών λειτουργιών και της ποιότητας του περιβάλλοντος. Η παρούσα διατριβή αποτελεί μια ολιστική και διεπιστημονική προσέγγιση της βελτίωσης της ποιότητας του εδάφους, η οποία συνδυάζει μελέτη πεδίου με προσομοίωση των αποτελεσμάτων. Η μελέτη υλοποιήθηκε σε δύο στάδια: α) το πείραμα αγρού, όπου εφαρμόστηκαν σε ετήσια βάση οργανικά προϊόντα, όπως κόμποστ από αστικά στερεά απόβλητα (κόμποστ ΑΣΑ), χωνεμένη κοπριά αιγοπροβάτων, υπολείμματα καλλιέργειας και αγριόχορτα, σε μία καλλιέργεια τομάτας, και μελετήθηκαν οι μεταβολές των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του εδάφους και η ανάπτυξη των καλλιεργειών σε βραχυχρόνια (μήνες), αλλά και μακροχρόνια βάση (4 έτη), και β) τη μοντελοποίηση των αποτελεσμάτων του πειραματικού αγρού, για την ποσοτικοποίηση και συσχέτιση των οικοσυστημικών υπηρεσιών που προσφέρει το έδαφος. Για τη σύγκριση των μεταχειρίσεων που εφαρμόστηκαν κόμποστ ΑΣΑ και κοπριά, χρησιμοποιήθηκε ως μάρτυρας η εφαρμογή ανόργανης συμβατικής λίπανσης. Η προσομοίωση πραγματοποιήθηκε με το Μονοδιάστατο Ολοκληρωμένο Μοντέλο Κρίσιμης Ζώνης Εδάφους (1D-Integrated Critical Zone, 1D-ICZ), που αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου SoilTrEC. Με το μοντέλο αυτό είναι δυνατόν να προσομοιωθούν οι μεταβολές της βιομάζας και οι μετασχηματισμοί και δέσμευση του άνθρακα και των θρεπτικών συστατικών, σε σχέση με τις μεταβολές της δομής του εδάφους, της διηθητικής ικανότητας του νερού και της βιοποικιλότητας.Τα αποτελέσματα του πειράματος στο πεδίο έδειξαν ότι η αγροτική πρακτική της εφαρμογής οργανικών εδαφοβελτιωτικών αύξησε σημαντικά την οργανική ουσία του εδάφους, εμπλουτίζοντάς το με τις απαραίτητες ποσότητες διαθέσιμου αζώτου και φωσφόρου για την ανάπτυξη της καλλιέργειας. Η εφαρμογή των οργανικών υποστρωμάτων ενίσχυσε τη φυσική δομή του εδάφους τόσο σε μηνιαία όσο και σε ετήσια κλίμακα. Οι μεγαλύτερες αυξήσεις της σταθερότητας των συσσωματωμάτων στη διαβροχή παρατηρήθηκαν στο έδαφος που εφαρμόστηκε κόμποστ ΑΣΑ. Γενικά, το κόμποστ ΑΣΑ είχε σημαντική επίδραση στη συσσωμάτωση και στον εμπλουτισμό του εδάφους με εδαφική οργανική ύλη. Η χρήση μίγματος κόμποστ και κοπριάς εμφανίζει τα καλύτερα αποτελέσματα γιατί συνδυάζει τη θετική επίδραση του κόμποστ στη δομή του εδάφους, με το ωφέλιμο μικροβιακό φορτίο και τα θρεπτικά συστατικά που προσφέρει η κοπριά για την ανάπτυξη της καλλιέργειας. Η προσομοίωση των δεδομένων αγρού για όλες τις μεταχειρίσεις στέφθηκε από μεγάλη επιτυχία. Το μοντέλο είναι σε θέση να αναπαραστήσει την παραγωγή βιομάζας, τη δυναμική του σχηματισμού υδατοσταθερών συσσωματωμάτων και τη δυναμική της δέσμευσης του άνθρακα και των θρεπτικών συστατικών στα διαφορετικά μεγέθη WSA, καθώς επίσης και τη μεταβλητότητα της διήθησης και της αποτελεσματικότητας της μεταφοράς των ουσιών στο εδαφικό διάλυμα, στις διάφορες μεταχειρίσεις. Οι βαθμονομημένες προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν οδήγησαν εν τέλει στην ποσοτικοποίηση δεικτών βασικών εδαφικών λειτουργιών. Η ποσοτικοποίηση των εδαφικών λειτουργιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη δεικτών αειφορίας του εδάφους, προς αξιολόγηση των αντισταθμιστικών οφελών μεταξύ διαφορετικών αγρο-οικολογικών πρακτικών και πρακτικών διαχείρισης αγροτικής γης. Οι παραπάνω δείκτες θα μπορούσαν, επίσης, να ενσωματωθούν σε μεθοδολογίες αξιολόγησης του κύκλου ζωής προϊόντων και υπηρεσιών όπως π.χ. για την επιλογή της καλύτερης μεθόδου διαχείρισης αποβλήτων, καθώς και για την ορθότερη αξιολόγηση επενδυτικών σχεδίων που αφορούν τη δημιουργία οργανικών προϊόντων κατάλληλων για την αειφόρο γεωργία.