title: Προσομοίωση καλλιέργειας θερμοκηπιακής τομάτας με το μοντέλο SALTMED: σενάρια ποιότητας άρδευσης και κλιματικής αλλαγής
title: Simulation of greenhouse tomato cultivation with the SALTMED model: scenarios of irrigation quality and climate change
Creators: name: Αποστολακης Αντωνιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: Η αλάτωση αποτελεί ένα σημαντικό κίνδυνο για την ποιότητα των εδαφών που υποβαθμίζει την αγροτική παραγωγή, την εδαφική γονιμότητα και την ποιότητα των υδατικών πόρων. Σε ξηρικές παράκτιες περιοχές, όπως αυτές της Μεσογείου, η εφαρμογή ποιοτικά υποβαθμισμένης άρδευσης εξαιτίας της υφαλμύρισης των υδροφόρων στρωμάτων σε συνδυασμό με την εντατική καλλιέργεια ενισχύουν την εδαφική αλάτωση και θέτουν σε κίνδυνο την βιωσιμότητα της καλλιεργητικής παραγωγής. Επιπλέον, οι θερμοκηπιακές καλλιέργειες παρουσιάζουν αυξημένες ανάγκες άρδευσης, ενώ η κλιματική σλλαγή δύναται να προκαλέσει επιπλέον αύξηση των αρδευτικών αναγκών λόγω αύξησης της εξατμισοδιαπνοής καλλιέργειας. Στην παρούσα μελέτη, το μοντέλο SALTMED βαθμονομήθηκε βάση δεδομένων εδαφικής υγρασίας, εδαφικής αλατότητας και καλλιεργητικής παραγωγής που συλλέχθηκαν κατά την πειραματική καλλιέργεια θερμοκηπιακής τομάτας στις εγκαταστάσεις του Πολυτεχνείου Κρήτης προσομοιώνοντας τις ημι-ξηρικές συνθήκες της Περιοχής Μελέτης (Λεκάνη Τυμπακίου Κρήτης) του Ερευνητικού Έργου RECARE που χρηματοδοτήθηκε από την Ε.Ε. στο πλαίσιο FP7. Το θερμοκηπιακό πείραμα διεξήχθη σε γλάστρες των 30 L με χώμα από την περιοχή μελέτης αρχικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας (ECse) 18 dS m-1 και περιλάμβανε την στάγδην άρδευση 10 φυτών τομάτας με δυο ποιότητες αρδευτικού νερού: χαμηλής αλατότητας (LS, ECw = 1.1 dS m-1) και μέσης αλατότητας (MS, ECw = 3.5 dS m-1). Το βαθμονομημένο μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της εδαφικής αλατότητας και της καλλιεργητικής απόδοσης, της ανάγκης σε άρδευση και λήψης ύδατος κάτω από διαφορετικές ποιότητες άρδευσης με ECw που κυμαίνονταν από 1.1 to 7.0 dS m-1 και τις διαφορετικές κλιματικές συνθήκες που εκπροσωπούν πιθανά σενάρια κλιματικής αλλαγής. Η αύξηση της ECw οδήγησε σε σημαντική μείωση της προσομοιωμένης πρόσληψης ύδατος με μη σταθερό ρυθμό απώλειας (17% ανά μοναδιαία αύξηση της ECw για ECw < 3.25 dS m-1 και 30% για ECw > 3.25 dS m-1) και της παραγωγής κατά -17% ανά μοναδιαία αύξηση της ECw, εξαιτίας του αυξημένου ωσμωτικού στρες. Η τελική ECse του εδάφους δεν παρουσιάζει γραμμική σχέση με την ECw, καθώς επηρεάζεται από δύο παράγοντες, την εισερχόμενη ποσότητα άλατος και το διαθέσιμο κλάσμα ύδατος για στράγγιση. Η κλιματική αλλαγή προβλέπεται να αυξήσει την εξατμισοδιαπνοή καλλιέργειας κατά 5-17% με επακόλουθή αύξηση των αναγκών άρδευσης κατά 4-14%. Κάτω από μεταχείριση άρδευσης LS η παραγωγή παρουσιάζει μείωση μικρότερη του 1% ενώ η πρόσληψη ύδατος αυξάνει κατά 4-13% καλύπτοντας τις αυξημένες ανάγκες άρδευσης. Αντίθετα, η αρδευτική μεταχείριση MS παρουσιάζει, επιπρόσθετα από την απώλεια λόγω αλατότητας, μειωμένη παραγωγή κατά 3-7% ενώ η πρόσληψη ύδατος παρουσιάζει μια αύξηση κατά 1-6% της ήδη μειωμένης πρόσληψης λόγω αλατότητας. Η κλιματική αλλαγή, επίσης, αναμένεται να επηρεάσει σημαντικά την ποιότητα του εδάφους μόνο κάτω από την άρδευση LS με αυξήσεις που φτάνουν τον διπλασιασμό της ECse, ενώ κάτω από άρδευση MS η επίδραση της αλλαγής του κλίματος αποτελεί αμελητέο παράγοντας σε σχέση με την ποιότητα της άρδευσης
description: Soil salinity is a major soil degradation threat that hinders agricultural production, soil fertility and water resources quality. In arid coastal environments, such as those of the Mediterranean region, the deteriorated quality of irrigation water due to sea water intrusion and the applied intensive agricultural practices promote soil salinization and compromise the sustainability of agricultural production. On top of these, protected horticultural crops have to cope with increasing irrigation needs, while Climate Change may further augment these needs due to increases in crop evapotranspiration. In this study, the SALTMED model is calibrated using soil moisture, soil salinity and crop yield measurements collected from on a small-scale Solanum lycopersicum (tomato) greenhouse pot experiment that simulates the semi-arid conditions in the RECARE Project Case Study in Greece (Timpaki, Crete). The use of local planting soil with initial Electrical Conductivity (ECse) of 18 dS m-1 and local cultivation practices aims to replicate prevailing conditions at the Case Study. Ten plants are drip irrigated with two irrigation quality treatments: low salinity (LS, ECw = 1.1 dS m-1) and moderately salinity (MS, ECw = 3.5 dS m-1) irrigation water, resulting to high and excessively high final ECse, respectively. Based on these approaches, the calibrated SALTMED model is employed to predict soil salinity and crop’s irrigation needs, water uptake and final yield under different irrigation ECw (ranged from 1.1 to 7.0 dS m-1) and climatic conditions. Increased ECw exerts a profound reduction on modelled water uptake with a changing loss rate (ca. 17% for ECw < 3.25 dS m-1 and 30% for ECw > 3.25 dS m-1) and crop yield (ca. -15% for a unit increase in ECw). The MS treatment leads to a reduced crop yield by 28% and a curtailed water uptake by 29% comparted with the LS treatment. These effects are attributed to the increased osmotic stress. Impact on final soil ECse is also determined by the interaction between the salt inputs and the fraction of water available for leaching. Climate Change increases modelled crop evapotranspiration by 5-17% and water requirements by 4-14% regardless of the irrigation quality. Under the LS treatment, simulated crop yield is not affected by Climate Change and the water uptake is projected to increase by 4-13% balancing the increased water needs. In contrast, the combined effect of poor irrigation quality (MS treatment) and Climate Change leads to reduction in crop yield by 31-35%, while water uptake is reduced by 23-28% compared to the LS treatment. Climate Change provokes an increase upon modelled soil ECse and its impact is greater during the last warmer months of the cultivation. LS treatment concludes to a greater increase of simulated ECse under Climate Change when compared with MS treatment, because of the increased simulated water uptake that reduces water leaching fraction.