Ανάπτυξη μαθηματικού μοντέλου δυναμικής νερού και αλάτων και διερεύνηση υδατικής και ωσμωτικής καταπόνησης των φυτών σε συνθήκες αγρού
Authors: Λεκάκης Εμμανουήλ 
Published: September 2021

Αντικείμενο της διατριβής αποτελεί η διερεύνηση της συνδυασμένης επίδρασης ωσμωτικής καιυδατικής καταπόνησης σε φυτά καλαμποκιού, με εφαρμογή πλήρων και μειωμένων δόσεων αρδευτικούνερού υψηλής περιεκτικότητας σε άλατα, σε συνθήκες αγρού. Η μελέτη της υδατικής και ωσμωτικήςκαταπόνησης των φυτών απαιτεί τη γνώση της κίνησης του νερού και της μεταφοράς μάζας στοέδαφος. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για την πρόβλεψη της κίνησης τουνερού και της μεταφορά μάζας στο έδαφος. Στο μοντέλο ενσωματώθηκαν συναρτήσεις μείωσης τουπεριοριστικού παράγοντα πρόσληψης του νερού εξαιτίας υδατικής, αλλά και ωσμωτικής καταπόνησης.Το μοντέλο προβλέπει τη μείωση της πρόσληψης του νερού και υπολογίζει την απόδοση τηςκαλλιέργειας από το λόγο της πραγματικής προς τη μέγιστη διαπνοή.Στο μαθηματικό μοντέλο SWANS, ενσωματώθηκε μια πολύ σημαντική προσέγγιση της μείωσηςστην πρόσληψη νερού των φυτών εξαιτίας της τοξικής δράσης των αλάτων. Η περίσσεια των αλάτωντου Na+ και του Cl- στο έδαφος προκαλεί τη συσσώρευσή τους στους φυτικούς ιστούς με αποτέλεσματη νέκρωσή τους και την επακόλουθη μείωση στην πρόσληψη του νερού. Η τοξική δράση των αλάτωνπροστέθηκε στην ωσμωτική καταπόνηση υπό μορφή δυναμικού που υπολογίζεται αθροιστικά για όλοτο βάθος του ριζοστρώματος.Για τη ρύθμιση και επιβεβαίωση του μαθηματικού μοντέλου SWANS, πραγματοποιήθηκαν τρίαέτη πειραμάτων σε μεταχειρίσεις καλαμποκιού στις οποίες εφαρμοζόταν πλήρεις και μειωμένες δόσειςαρδευτικού νερού με τέσσερα επίπεδα ηλεκτρικής αγωγιμότητας (ECiw = 0.8, 1.6, 3.2 και 6.4 dSm-1), σεσυνθήκες αγρού. Τα αποτελέσματα της υγρασίας, της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, αλλά και τηςσυγκέντρωσης των αλάτων (Ca2+, Mg2+, Na+, K+ και Cl-) στο έδαφος, κατά τα δύο πρώτα έτη,χρησιμοποιήθηκαν για τη ρύθμιση του μαθηματικού μοντέλου, ενώ τα δεδομένα του τελευταίου έτουςχρησιμοποιήθηκαν για την επιβεβαίωση του μοντέλου.Από τις παρατηρήσεις της ανάπτυξης των φυτών καλαμποκιού (δείκτης φυλλικής επιφάνειας,παραγωγή ξηράς μάζας και απόδοση) προέκυψε ότι η εφαρμογή αρδευτικού νερού με ECiw = 1.6 dSm-1δεν είχε επίδραση στα φυτά, κατά τα τρία έτη. Η εφαρμογή αρδευτικού νερού με ECiw = 3.2 dSm-1 δενείχε επίδραση κατά το πρώτο έτος, ενώ το δεύτερο και τρίτο έτος, η απόδοση μειώθηκε σημαντικά,εξαιτίας της συσσώρευσης των αλάτων στο έδαφος και της ωσμωτικής και ιοντικής καταπόνησης. Ηεφαρμογή αρδευτικού νερού με ECiw = 6.4 dSm-1 είχε μεγάλη επίδραση τόσο κατά το πρώτο, όσο καικατά το δεύτερο έτος εφαρμογής, στην ανάπτυξη, αλλά κυρίως στην απόδοση του καλαμποκιού.Η αναγωγή της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της συγκέντρωσης των ιόντων από το εκχύλισμακορεσμού στο εδαφικό διάλυμα έγινε με τη χρήση του συντελεστή αναλογίας, που πηγάζει από τοποσοστό κορεσμού της πάστας κορεσμού. Το μοντέλο προέβλεψε ιδιαίτερα ικανοποιητικά την κίνησητου νερού στο έδαφος, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και τη συγκέντρωση των ιόντων Ca2+, Mg2+, Na+και Cl- και λιγότερο ικανοποιητικά το K+ του εδαφικού διαλύματος. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα τουμοντέλου και τις μετρήσεις προέκυψε ότι η χρήση αρδευτικού νερού με ECiw = 3.2 και 6.4 dSm-1προκάλεσε αλάτωση, αλλά όχι νατρίωση του εδάφους. Η πρόβλεψη της πρόσληψης των κατιόντων απότα φυτά καλαμποκιού ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητική. Η μεγάλη μείωση στην απόδοση που σημειώθηκεστις μεταχειρίσεις όπου εφαρμοζόταν το πιο επιβαρυμένο αρδευτικό νερό, προβλέφθηκε από τομοντέλο ικανοποιητικά με την εισαγωγή της ιοντικής καταπόνησης στη συνάρτηση μείωσης τουπεριοριστικού παράγοντα, καθώς η μείωση στη διαπνοή εξαιτίας ωσμωτικής καταπόνησης δεν ήτανσημαντική ώστε να δικαιολογήσει τη μείωση των αποδόσεων.Οι παράμετροι επτά συναρτήσεων μείωσης του περιοριστικού παράγοντα πρόσληψης που έχουνπροταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία, προσαρμόστηκαν στα αποτελέσματα των μετρημένων αποδόσεωνκαλαμποκιού και στις συνθήκες του πειράματος. Η ανάλυση ευαισθησίας ανέδειξε τρεις συναρτήσεις,ως τις καλύτερες για την περιγραφή της μείωσης στην πρόσληψη εξαιτίας υδατικής, ωσμωτικής καιιοντικής καταπόνησης. Με τις συναρτήσεις αντίδρασης απόδοσης προσδιορίστηκαν οι οριακές τιμέςτης συγκέντρωσης του χλωρίου και των αλάτων στο έδαφος, πάνω από τις οποίες προκαλείται μείωσηστην απόδοση του καλαμποκιού.Το μοντέλο SWANS που αναπτύχθηκε, αποτελεί ένα πολύτιμο εργαλείο για τη διαχείριση τωναρδεύσεων με υφάλμυρα νερά, την πρόβλεψη της κίνησης του νερού και της μεταφοράς καισυσσώρευσης των αλάτων στο έδαφος, της πρόσληψης του νερού από τα φυτά υπό συνθήκες υδατικής,ωσμωτικής και ιοντικής καταπόνησης, της πρόσληψης των κατιόντων και της απόδοσης των φυτών.Επίσης, με το μοντέλο προβλέπεται η πιθανή αλάτωση ή νατρίωση του εδάφους και η επίπτωση τωναλάτων στην απόδοση. Το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατάστρωση προγραμμάτωνάρδευσης με νερά επιβαρυμένα με άλατα, σε περιοχές όπου δεν είναι συνεχώς διαθέσιμο καθαρό νερόγια την άρδευση των καλλιεργειών, όπως είναι οι ξηρές και ημίξηρες περιοχές.