Επίδραση αειφόρων αγρονομικών πρακτικών στην βιολογική αζωτοδέσμευση και την αζωτούχο θρέψη των φυτών, την ανάπτυξη, παραγωγή και ποιότητα των νωπών λοβών σε βιολογική και υδροπονική καλλιέργεια φασολιού
Authors: Καραβίδας Ιωάννης 
Published: April 2023

Το φασόλι (Phaseolus vulgaris L.) αποτελεί το πιο σημαντικό ψυχανθές για τη διατροφή του ανθρώπου και μία πλούσια πηγή φυτικών πρωτεϊνών, θρεπτικών στοιχείων, υδατανθράκων, φυτικών ινών και αντιοξειδωτικών. Ως ψυχανθές, το φασόλι διαθέτει αζωτοδεσμευτική ικανότητα η οποία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για τη μείωση των αναγκών του σε εισροές αζώτου (Ν) μέσω της λίπανσης χωρίς μείωση της απόδοσης και της ποιότητας του συγκομιζόμενου προϊόντος. Η παραγωγή και η ποιότητα νωπών λοβών φασολιού δύνανται να βελτιστοποιηθούν με διάφορες καλλιεργητικές πρακτικές όπως η άρδευση, η εφαρμογή ριζοβίων, η πυκνότητα σποράς, κ.α. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, η παρούσα διδακτορική διατριβή σχεδιάσθηκε με στόχο να διαπιστωθεί αν και σε ποιό βαθμό είναι εφικτή η αξιοποίηση της βιολογικής αζωτοδέσμευσης ως πηγής αζώτου για τη θρέψη των φυτών σε δύο διαφορετικά αειφορικά συστήματα καλλιέργειας και συγκεκριμένα στις βιολογικές και τις υδροπονικές καλλιέργειες. Για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης της βιολογικής αζωτοδέσμευσης χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά στελέχη ριζοβίων, το Rhizobium tropici το οποίο ήδη είναι εμπορικά διαθέσιμο καθώς και ένα νέο στέλεχος, το Rhizobium sophoriradicis PVTN21, το οποίο απομονώθηκε και ταυτοποιήθηκε πρόσφατα σε ελληνικά εδάφη καλλιεργούμενα με P. vulgaris.Για την επίτευξη του παραπάνω σκοπού, σε δύο διαδοχικά πειράματα στον ίδιο υπαίθριο αγρό το φασόλι καλλιεργήθηκε σύμφωνα με βιολογικές και συμβατικές καλλιεργητικές πρακτικές κατά την εαρινή-θερινή καλλιεργητική περίοδο. Και στις δύο καλλιέργειες, η καλλιέργεια του φασολιού εγκαταστάθηκε την άνοιξη σε πειραματικά τεμάχια που κατά τη χειμερινή περίοδο είχαν δεχθεί τις ακόλουθες πειραματικές επεμβάσεις: (α) βιολογική καλλιέργεια μπρόκολου, (β) συμβατική καλλιέργεια μπρόκολου, (γ) βιολογική καλλιέργεια κουκιού για χλωρή λίπανση και (δ) αγρανάπαυση. Η καλλιέργεια φασολιού ήταν είτε εμβολιασμένη με το εμπορικό στέλεχος Rhizobium tropici CIAT 899 είτε μη εμβολιασμένη, ενώ τα φυτά της καλλιέργειας χλωρής λίπανσης είτε εμβολιάστηκαν είτε όχι με το στέλεχος Rhizobium laguerreae VFLE1. Ο εμβολιασμός του κουκιού με ριζόβια βελτίωσε την υπέργεια ξηρή βιομάζα και την αζωτοδεσμευτική ικανότητα του φυτού και κατά τις δύο χειμερινές καλλιεργητικές περιόδους. Επιπλέον, κατά το πρώτο πειραματικό έτος οι βιολογικές πρακτικές λίπανσης δεν περιόρισαν την απόδοση του μπρόκολου σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές, ενώ αντίθετα κατά το δεύτερο πειραματικό έτος η περιορισμένη διαθεσιμότητα Ν οδήγησε σε σημαντική μείωση της απόδοσης βιολογικού μπρόκολου. Επιπρόσθετα, η χλωρή λίπανση με κουκί αύξησε σημαντικά την απόδοση νωπών λοβών στη βιολογική καλλιέργεια φασολιού που επακολούθησε κατά τις εαρινές καλλιεργητικές περιόδους. Η χαμηλότερη παραγωγή καταγράφηκε στη βιολογική καλλιέργεια φασολιού που ακολούθησε τη χειμερινή καλλιέργεια μπρόκολου και στα δύο πειραματικά έτη. Ο εμβολιασμός του φασολιού με ριζόβια βελτίωσε ελάχιστα την αζωτοδεσμευτική ικανότητα του φασολιού αλλά μόνο κατά τη πρώτη εαρινή καλλιεργητική περίοδο. Σχετικά με τα φυσικά και θρεπτικά χαρακτηριστικά ποιότητας, η βιολογική καλλιέργεια φασολιού που ακολούθησε τη βιολογική καλλιέργεια μπρόκολου απέδωσε λιγότερους λοβούς ανά φυτό με μειωμένο μέγεθος και νωπό βάρος, με αυξημένη, ωστόσο, βιοχημική δραστηριότητα, επίδραση που σχετίζεται με την περιορισμένη διαθεσιμότητα Ν στο έδαφος. Παράλληλα, δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές αποκλίσεις στα φυσικά χαρακτηριστικά των λοβών και στη συγκέντρωσή του Ν μεταξύ συμβατικής και βιολογική καλλιέργειας φασολιού με την εφαρμογή χλωρής λίπανσης. Η συγκέντρωση σακχάρων και αμύλου στους λοβούς δεν επηρεάστηκε από τις διαφορετικές καλλιεργητικές πρακτικές. Συμπερασματικά, η μελέτη αυτή αποδεικνύει πως η εφαρμογή χλωρής λίπανσης μπορεί να θεωρηθεί ως μια αποτελεσματική στρατηγική αζωτούχου λίπανσης για τη βιολογική καλλιέργεια φασολιού, η οποία βελτιώνει τη θρεπτική τους αξία χωρίς να διακυβεύεται η απόδοση της καλλιέργειας.Ένας επιπλέον στόχος της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνήσει αν ένα μέρος των συνθετικών ανόργανων λιπασμάτων Ν που παρέχονται σε μία υδροπονική καλλιέργεια φασολιού μπορεί να υποκατασταθεί μέσω βιολογικής αζωτοδέσμευσης χωρίς μείωση των αποδόσεων σε νωπούς λοβούς. Μέχρι και το στάδιο της ανθοφορίας, τα φυτά παρέχονταν με ένα θρεπτικό διάλυμα που καλύπτει το 100% (13,8 mM), 75% (10,35 mM) και 50% (6,9 mM) των αναγκών των φυτών σε Ν. Κατά το επόμενο στάδιο της παραγωγής, η παροχή Ν στις ελλειμματικές μεταχειρίσεις μειώθηκε στο 25% των αναγκών των φυτών. Τα παραπάνω τρία διαφορετικά σχήματα θρέψης (100% Ν, 75-25% Ν & 50-25% Ν) συνδυάστηκαν με εμβολιασμό με δύο διαφορετικά ριζόβια ή χωρίς εμβολιασμό σε ένα διπαραγοντικό πείραμα [3 x 3]. Τα υπό μελέτη ριζόβια που χρησιμοποιήθηκαν για τον εμβολιασμό του φασολιού ήταν α) το γηγενές στέλεχος Rhizobium sophoriradicis PVTN21 και β) το εμπορικό στέλεχος Rhizobium tropici CIAT 899. Το σχήμα θρέψης 50-25% Ν βελτίωσε σημαντικά τον σχηματισμό φυματίων και την αζωτοδεσμευτική ικανότητα των φυτών σε σχέση με τα σχήματα 75-25% και 100% Ν. Ειδικά το σχήμα θρέψης 75-25% Ν περιόρισε σημαντικά την αζωτοδεσμευτική ικανότητα του φυτού κατά την ανθοφορία με αποτέλεσμα τις αυξημένες απώλειες παραγωγής. Και τα δύο στελέχη ευνόησαν τον σχηματισμό φυματίων, ωστόσο η απόδοσή τους στον σχηματισμό φυματίων και στην αζωτοδεσμευτική ικανότητα των φυτών περιορίστηκε με την αύξηση της παροχής Ν. Επιπρόσθετα, το στέλεχος PVTN21 αναδείχθηκε πιο αποδοτικό από το εμπορικό CIAT 899, καθώς παρά τον σημαντικό περιορισμό της παροχής συνθετικών λιπασμάτων Ν, περιόρισε τις απώλειες παραγωγής στο 12% σε σύγκριση με τα φυτά που αναπτύχθηκαν σε επάρκεια Ν. Συνεπώς, στις υδροπονικές καλλιέργειες φασολιού, ο εμβολιασμός με το στέλεχος PVTN21 μπορεί να αξιοποιηθεί για τη μείωση της κατανάλωσης συνθετικών λιπασμάτων αζώτου. Συμπερασματικά, σε όλα τα πειράματα η αζωτοδεσμευτική ικανότητα του φασολιού ήταν σχετικά περιορισμένη, με συνέπεια οι δυνατότητες απεξάρτησης της καλλιέργειας από την παροχή συνθετικών λιπασμάτων αζώτου να είναι περιορισμένες. Στις βιολογικές καλλιέργειες φασολιού όμως, η απεξάρτηση της καλλιέργειας από τα συνθετικά ανόργανα λιπάσματα μπορεί να επιτευχθεί μέσω καλλιέργειας μετά από χλωρή λίπανση με ένα ψυχανθές με αυξημένη αζωτοδεσμευτική ικανότητα, όπως το κουκί. Όσον αφορά τις εκτός εδάφους καλλιέργειες φασολιού, είναι εφικτή μία μέτρια μείωση της κατανάλωσης συνθετικών ανόργανων λιπασμάτων μέσω του εμβολιασμού με το στέλεχος PVTN21.