ΤΕΛΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ

Transcript

1 ΤΕΛΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟΥ YΠOΕΡΓΟΥ ΜΕ ΚΩΔΙΚΟ 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 ΚΑΙ ΤΙΤΛΟ «ΚΑΙΝΟΤΟΜΟΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΡΔΕΥΣΗΣ ΓΕΩΡΓΙΚΩΝ ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΕΩΝ» ΧΡΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ: Γ.Γ.Ε.Τ ΑΝΑΔΟΧΟΣ ΦΟΡΕΑΣ: SCIENTACT.AE ΣΥΝΕΡΓΑΖΟΜΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΝΤΡΑΧΑΣ & ΠΑΡΑΣΚΕΥΟΠΟΥΛΟΣ Ο.Ε ΣΥΝΕΡΓΑΖΟΜΕΝΟΣ ΦΟΡΕΑΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ DELTA-T Devices limited, UK Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 1

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ.. σελίδα 3 1.Προσδιορισμός κρισίμων τιμών εδαφικής υγρασίας. σελίδα Προσδιορισμός ενεργού ριζοστρώματος σελίδα 8 Εισαγωγή... σελίδα 8 Πειραματικό σχέδιο..... σελίδα 9 Αποτελέσματα..... σελίδα Προσδιορισμός κρισίμων τιμών άρδευσης. Χρονικός προσδιορισμός έναρξης υδατικής καταπόνησης.. σελίδα 13 Εισαγωγή... σελίδα 13 Πειραματικό σχέδιο σελίδα 15 Αποτελέσματα σελίδα Χρονοποσοτικός προσδιορισμός άρδευσης - εισαγωγή κρισίμων τιμών σε λογισμικό... σελίδα 25 2.Συγκριτική αξιολόγηση αποτελεσματικότητας του προτεινόμενου Λογισμικού μοντέλου σελίδα 27 Εισαγωγή... σελίδα 27 Πειραματικό σχέδιο σελίδα 27 Αποτελέσματα σελίδα Συνολικά αποτελέσματα και παραδοτέα του έργου.. σελίδα Συμπεράσματα......σελίδα Βιβλιογραφία σελίδα Συνεργασία με τους λοιπούς εμπλεκόμενους φορείς.. σελίδα Διάχυση των αποτελεσμάτων... σελίδα 43 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 4 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 5 (φωτογραφίες) ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 6 (επιστημονικές δημοσιεύσεις) Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 2

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κατά την πρώτη φάση του ερευνητικού προγράμματος ολοκληρώθηκε η πρώτη ενότητα εργασίας η οποία προέβλεπε την προμήθεια του απαραίτητου εξοπλισμού για την διενέργεια των μετρήσεων και την εγκατάσταση της πειραματικής διατάξεως η οποία συνίστατο από: Α) αισθητήρες μέτρησης και συνεχούς καταγραφής των μικροκλιματικών παραμέτρων καταλλήλων για την προσδιορισμό του βιοκλιματικού context εντός του οποίου θα λάβει χώρα η έρευνα (Φωτο. 1). Φώτο 1. Σύστημα μέτρησης και καταγραφής μικροκλιματικών παραμέτρων εγκατεστημένο στον πειραματικό αμπελώνα Πιο συγκεκριμένα εγκαταστάθηκαν οι κάτωθι αισθητήρες 1) Σχετικής υγρασίας 2) Θερμοκρασίας αέρα 3) Ταχύτητας και διεύθυνσης ανέμου 4) Βροχόπτωσης 5) Ολικής και ενεργά φωτοσυνθετικής ηλιακής ακτινοβολίας 6) Βαρομετρικής πίεσης Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 3

4 Οι μετρήσεις της σχετικής υγρασίας και θερμοκρασίας χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό του υδατικού ελλείμματος της ατμόσφαιρας (VPD) (Σχήμα 1) της μικροκλιματικής δηλαδή παραμέτρου που ολοκληρώνει τις μεταβολές της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας ως ακολούθως: V.P.D.=e s (1-RH%), με μονάδα μετρήσεως του VPD τα ΚPa όπου e s τάση των κορεσμένων υδρατμών στη δεδομένη θερμοκρασία αέρα και RH η σχετική υγρασία (%) του αέρα Θερμοκρασία ( o C) Σχήμα /6/2006 8/6/ /6/2006 Air temperature VPD 22/6/ /6/2006 6/7/ /7/ /7/ /7/2006 3/8/ /8/ /8/ /8/ /8/2006 7/9/ /9/ /9/ /9/2006 Εποχιακή μεταβολή των μέσων ημερήσιων τιμών θερμοκρασίας αέρα και υδατικού ελλείμματος της ατμόσφαιρας (VPD) στην περιοχή του πειράματος κατά την χρονική περίοδο Ιούνιος-Σεπτέμβριος Β) Ολοκληρωμένο μετρητικό συστήματα προσδιορισμού εδαφικής υγρασίας σε σταθερά ή προεπιλεγμένα βάθη (Φωτο. 2) αποτελούμενο από πλήρως εξοπλισμένο και ενεργειακά αυτόνομο καταγραφικό με δυνατότητα τηλεμετρικής μετάδοσης των μετρήσεων στην βάση. 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 V.P.D. (kpa) Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 4

5 Φώτο 2. Ολοκληρωμένο μετρητικό συστήματα προσδιορισμού εδαφικής υγρασίας Το σύστημα αποτελείτο από: -Data logger πολύ υψηλής ακριβείας (μοντέλο Ζενο 3200 του οίκου Coastal USA) με 8 μεγάλης διακριτικής ικανότητας A/D για την σύνδεση των αισθητήρων profiler υγρασίας -Διατάξεις σωλήνων για την τοποθέτηση των profiler εδαφικής υγρασίας -Profilers υγρασίας εδάφους (τύπος PR/2w του οίκου DELTA-T Αγγλίας- Φώτο 3) Φώτο 3. Profilers υγρασίας εδάφους Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 5

6 με δυνατότητα καταγραφής της περιεκτικότητας σε υγρασία σε σταθερό βάθος μέτρησης. Στην φάση αυτή και με δεδομένο ότι σε πολλές περιπτώσεις η μέτρηση της ενεργειακής κατάστασης του νερού στο έδαφος (υδατικό δυναμικό) θεωρείται προτιμητέος δείκτης της περιεκτικότητας σε υγρασία προκειμένου να εξηγηθεί και να περιγραφεί ακριβέστερα η κίνηση του νερού στο συνεχόμενο σύστημα έδαφος φυτό ατμόσφαιρα επιχειρήθηκε η καταγραφή του υδατικού δυναμικού στο επιφανειακό στρώμα του εδάφους με την χρησιμοποίηση τενσιομέτρων (τύπος SKT 600 / DataHog 2 του οίκου SKYE UK- Φώτο 4 ). Φώτο 4. Εγκατάσταση τεσνιομετρων ιn-situ. Οι με τον παραπάνω τρόπο προσδιορισθείσες τιμές υδατικού δυναμικού εδάφους παρουσίασαν όμως αδυναμία σημαντικής συσχέτισης με τις υδροδυναμικές παραμέτρους των φυτών και για αυτό τον λόγο η ερευνητική ομάδα προέβη στην αντικατάσταση τους με τενσιόμετρα κατάλληλα για μετρήσεις υδατικού δυναμικού σε μεγαλύτερο βάθος. Και η χρήση όμως αυτών των τενσιομέτρων απεδείχθη προβληματική κυρίως λόγω της υψηλής παραλλακτικότητας τιμών υδατικού δυναμικού οφειλόμενη σε ελλιπή επαφή της κεραμικής κάψας με το έδαφος ιδιαίτερα σε καταστάσεις μειωμένης εδαφικής υγρασίας. Παράλληλα εδόθη ιδιαίτερη έμφαση στον καθορισμό του πειραματικού σχεδίου και την μεθοδολογίας λήψης και επεξεργασίας των πειραματικών δεδομένων. Το πείραμα διεξήχθη στον αμπελώνα του συνεργαζόμενου φορέα εκτάσεως 15 στρ. που βρίσκεται στην περιοχή της Ν. Μεσημβρίας-Θεσσαλονίκης και αποτελείται από πρέμνα ηλικίας 17 ετών της ποικιλίας οινοποιίας Ροδίτης εμβολιασμένης στο υποκείμενο 110R (Vitis rupestris x Vitis berlandieri). Το σημαντικότερο πρόβλημα Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 6

7 που έπρεπε να αντιμετωπιστεί αφορούσε την έλλειψη ομοιομορφίας σε όλη την έκταση του αμπελώνα εμφανιζόμενη ως διαφοροποιημένη βλαστική ανάπτυξη των φυτών η οποία σύμφωνα με τον παραγωγό οφείλονταν σε διαφορετική μηχανική σύσταση του εδάφους. Η τελευταία θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντική παραλλακτικότητα τιμών υδροδυναμικών και άλλων παραμέτρων καθιστώντας την μεταξύ τους συσχέτιση προβληματική. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος επελέγη ο διαχωρισμός του πειραματικού αμπελώνα σε δύο ζώνες ομοιόμορφης ανάπτυξης των φυτών (Σχήμα 2). O διαχωρισμός αυτός στηρίχθηκε στα αποτελέσματα προηγουμένων μετρήσεων αλλομετρικών, ποσοτικών, ποιοτικών παραμέτρων καθώς και σε επιτόπια μακροσκοπική εξέταση. Η ύπαρξη και η χωροταξική κατανομή των παραπάνω ζωνών επιβεβαιώθηκαν πειραματικά και από μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας οι οποίες πραγματοποιήθηκαν με την χρήση του φορητού οργάνου (τύπος COND MET+RT MOD DUAL του οίκου GEONICS USA). Τα αποτελέσματα των μετρήσεων ηλεκτρικής αγωγιμότητας εκπεφρασμένη ως μέσος όρος τιμών σε διαφορετικά βάθη εμφανίζεται σαφώς διαφοροποιημένος στις δύο ζώνες (Σχήμα 2). Σχήμα 2. Σχηματική παράσταση των δύο ζωνών του πειραματικού αμπελώνα Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 7

8 Όσον αφορά τον προσδιορισμό του προφίλ εδαφικής υγρασίας το πειραματικό σχέδιο προέβλεπε συνολικά 6 σημεία καταγραφής της εδαφικής υγρασίας σε αντίστοιχα σημεία του πειραματικού τεμαχίου σε θέση κάτω από τους σταλλάκτες. Στην ζώνη 1 η οποία αντιπροσωπεύει και το σημαντικότερο τμήμα του πειραματικού αμπελώνα οι μετρήσεις ορίστηκε να γίνονται σε 4 σημεία σε καθένα από τα οποία καταγράφονταν οι μεταβολές στην περιεκτικότητα της εδαφικής υγρασίας ανά 10cm και μέχρι βάθους 1μ. Στην ζώνη 2 οι μετρήσεις γίνονταν σε δύο σημεία χρησιμοποιώντας την ίδια μεθοδολογία όπως και στην ζώνη 1. Η εγκατάσταση των αισθητήρων επερατώθει τέλη Μαΐου 2006 οπότε και τα φυτά αρδεύτηκαν προκειμένου να ληφθούν μετρήσεις της μεταβολής της υγρασίας κατά μήκος του εδαφικού προφίλ. Επίσης ορίστηκε η μεθοδολογία μέτρησης των φυσιολογικών παραμέτρων και της επεξεργασίας των πειραματικών δεδομένων η οποία περιγράφεται λεπτομερώς παρακάτω σε κάθε φάση της πειραματικής διαδικασίας. Με βάση το Τεχνικό δελτίο του Υποέργου η δεύτερη και τρίτη ενότητα εργασίας συνίστατο αφενός στον προσδιορισμό in situ κρισίμων τιμών εδαφικής υγρασίας που σηματοδοτούν την αναγκαιότητα εφαρμογής άρδευσης και την εισαγωγή τους σε κατάλληλο λογισμικό αφετέρου δε στην αξιολόγηση της νέας αρδευτικής στρατηγικής ως προς την συμβολή της στην αριστοποίηση χρήσης του νερού. 1. Προσδιορισμός κρισίμων τιμών εδαφικής υγρασίας Ο προσδιορισμός κρισίμων τιμών εδαφικής υγρασίας περιελάμβανε τα ακόλουθα στάδια: Προσδιορισμός ενεργού ριζοστρώματος Εισαγωγή Η υιοθέτηση μιας στρατηγικής άρδευσης για να είναι επιτυχής προϋποθέτει την ακριβή γνώση της χωροταξικής κατανομής του ενεργού ριζοστρώματος των φυτών. Ως ενεργό ριζόστρωμα των φυτών ορίζεται εκείνο το τμήμα του συνολικού ριζικού συστήματος μέσω του οποίου πραγματοποιείται η απορρόφηση του εδαφικού νερού και των θρεπτικών στοιχείων. Η γνώση του τελευταίου θεωρείται απαραίτητη καθώς συναρτάται άμεσα τόσο με την ποσότητα όσο και με την συχνότητα εφαρμογής της άρδευσης ώστε να περιοριστούν οι απώλειες αρδευτικού νερού. Ο προσδιορισμός του ενεργού ριζοστρώματος μπορεί να επιτευχθεί με την μελέτη του ρυθμού συμμεταβολής της υγρασίας εδάφους σε διαφορετικά βάθη συναρτήσει του χρόνου. Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 8

9 Πειραματικό σχέδιο Το πείραμα διεξήχθη στον πειραματικό αμπελώνα του συνεργαζόμενου φορέα εκτάσεως 15 στρ που βρίσκεται στην περιοχή της Ν. Μεσημβρίας. Το σημαντικότερο πρόβλημα όπως αναφέρθηκε παραπάνω αφορούσε την έλλειψη ομοιομορφίας σε όλη την έκταση του αμπελώνα η οποία οδήγησε στον χωρισμό του αμπελώνα σε δύο διακριτές ζώνες (1,2) και την εφαρμογή των μετρήσεων χωριστά σε κάθε μια από αυτές. Στην ζώνη 1 οι μετρήσεις γίνονταν σε 4 σημεία σε καθένα από τα οποία καταγράφονταν οι μεταβολές εδαφικής υγρασίας σε διαφορετικά βάθη ανά 10cm και μέχρι βάθους 1μ. Αντίστοιχα στην ζώνη 2 οι μετρήσεις γίνονταν σε δύο σημεία. Η μέτρηση του προφίλ εδαφικής υγρασίας γίνονταν σε κάθε μία από τις επιλεγείσες θέσης στις 7:00πμ κάθε μέρα κατά την διάρκεια ενός κύκλου έλλειψης νερού διαρκείας 10 ημερών με την χρήση καταλλήλου φορητού οργάνου (τύπος DIVINER 2000 του οίκου SENTEK Australia- Φώτο 5). Φώτο 5. Λήψη profile υγρασίας εδάφους με την χρήση φορητού οργάνου Οι με την παραπάνω μεθοδολογία προσδιορισθείσες τιμές εδαφικής υγρασίας ελέχθησαν ως προς την ακρίβειά τους με την χρησιμοποίηση αντίστοιχου βαθμονομημένου φορητού οργάνου ακριβείας (τύπος GP-MS του οίκου ESI Canada). Δεν διαπιστώθηκε σημαντική διαφοροποίηση μεταξύ των με τις δύο μεθοδολογίες μετρημένων τιμών εδαφικής υγρασίας (Παράρτημα 1). Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 9

10 Αποτελέσματα 1) Ζώνη 1. Α) Ο ρυθμός μεταβολής της περιεκτικότητας σε υγρασία στα διαφορετικά βάθη συναρτήσει του χρόνου εμφανίζεται σαφώς διαφοροποιημένος. Ειδικότερα, o ρυθμός μείωσης της εδαφικής υγρασίας είναι μεγαλύτερος στο επιφανειακά στρώματα του εδάφους (πρώτα 20 cm), διατηρείται υψηλός στην ζώνη από 20-60cm βαίνοντας συνεχώς μειούμενος στα μεγαλύτερα βάθη. Η εντονότερη μεταβολή της υγρασίας του εδάφους στα πρώτα 10 cm θα μπορούσε να αποδοθεί, πέραν της απορρόφησης από το ριζικό σύστημα των φυτών, και σε απώλειες νερού μέσω της διεργασίας της εξάτμισης η οποία είναι μεγαλύτερη στην ζώνη αυτή συγκριτικά με τα μεγαλύτερου βάθους στρώματα εξαιτίας της εγγύτητάς της με την επιφάνεια του εδάφους. Στο βάθος 70 cm η μεταβολή της υγρασίας συναρτήσει του χρόνου ήτο μικρή ενώ σε βάθος μεγαλύτερο των 80 cm δεν παρατηρήθηκε καμία μεταβολή της εδαφικής υγρασίας η οποία παρέμενε κατά το μάλλον ή ήττον σταθερά καθόλη τη διάρκεια της περιόδου των μετρήσεων γεγονός που εισηγείται την έλλειψη ριζικού συστήματος των φυτών σε αυτό το βάθος. Με βάση τα παραπάνω η ζώνη ταχύτερης απορροφήσεως νερού και κατ επέκταση ενδεικτική μεγαλύτερου εποικισμού και παρουσίας ριζικού συστήματος ορίζεται στα cm ( Σχήμα 3 ). Περιεκτικότητα σε υγρασία (% ) Βάθος Μέτρησης (cm) 1 ημέρα 2 ημέρα 3 ημέρα 4 ημέρα 5 ημέρα 6 ημέρα 7 ημέρα 8 ημέρα 9 ημέρα 10 ημέρα Σχήμα 3. Μεταβολή της μέσης υγρασίας του εδάφους στα διαφορετικά βάθη μέτρησης στην διάρκεια ενός κύκλου έλλειψης νερού διαρκείας 10 ημερών (ΜΟ τεσσάρων σημείων) Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 10

11 Β) Η τυπική απόκλιση των μέσων τιμών περιεκτικότητας σε εδαφική υγρασία ανεξαρτήτως θέσης και βάθους μετρήσεως (στα τέσσερα διαφορετικά σημεία) ήταν μεγαλύτερη υπό συνθήκες ξηρασίας (πίνακας 1). Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι υπό συνθήκες μειωμένης απορρόφησης νερού από το ριζικό σύστημα οι οποιεσδήποτε μικρές διαφοροποιήσεις στην εδαφολογική και την μηχανική σύσταση του εδάφους και συνεπώς στην ικανότητα και στον βαθμό συγκράτησης της εδαφικής υγρασίας καθίστανται κύριοι και καθοριστικοί παράμετροι προσδιορισμού της περιεκτικότητας σε εδαφική υγρασία. Πίνακας 1. Μέσες τιμές και τυπική απόκλιση της περιεκτικότητας σε εδαφική υγρασία ανεξαρτήτως θέσης και βάθους, συναρτήσει του χρόνου. Χρονική περίοδος Μέση τιμή εδαφικής υγρασίας (%) Τυπική απόκλιση 1 ημέρα 40,867 4, ημέρα 39, , ημέρα 38, , ημέρα 37, , ημέρα 36, , ημέρα 35, , ημέρα 34, , ημέρα 33, , ημέρα 33, , ημέρα 32, , Γ) Οι υψηλότερες τιμές τυπικής απόκλισης των μέσων τιμών περιεκτικότητας σε εδαφική υγρασία ανεξαρτήτως θέσης και χρόνου λήψης των μετρήσεων εμφανίστηκαν στο επιφανειακότερο βάθος μέτρησης (Πίνακας 2). Αυτό θα μπορούσε να αποδοθεί στο γεγονός ότι το επιφανειακό στρώμα χαρακτηρίζεται από εντονότερες και ταχύτερα διαφοροποιούμενες τιμές περιεκτικότητας σε υγρασία εξαιτίας των υψηλότερων απωλειών υγρασίας μέσω της εξάτμισης. Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 11

12 Πίνακας 2. Μέσες τιμές και τυπική απόκλισή της περιεκτικότητας σε εδαφική υγρασία ανεξαρτήτως θέσης και χρόνου μετρήσεων, συναρτήσει του βάθους Βάθος μέτρησης (cm) Τυπική απόκλιση 10 7, , , , , , , , , , ) Ζώνη 2. Α) η μεταβολή της υγρασίας του εδάφους στα διαφορετικά βάθη εμφανίζεται σαφώς διαφοροποιημένη στην ζώνη 2 σε σχέση με την ζώνη 1 επιβεβαιώνοντας τα δεδομένα της μακροσκοπικής παρατήρησης και των μετρήσεων ηλεκτρικής αγωγιμότητας (Σχήμα 4). Ειδικότερα το βάθος του ενεργού ριζoστρώματος φαίνεται ότι περιορίζεται στα πρώτα 60 cm πιθανόν λόγω της ύπαρξης αδιαπέραστου εδαφικού στρώματος. Το τελευταίο συνάδει και με τα αποτελέσματα μετρήσεων αντίστασης στη διείσδυση που πραγματοποιήθηκαν με την χρήση πενετρόμετρου και από τις οποίες προέκυψαν τιμές αντίστασης στη διείσδυση στο συγκεκριμένο βάθος που ξεπερνούν τα 2MPa. Το γεγονός ότι το ριζικό σύστημα της αμπέλου αδυνατεί να αναπτυχθεί και να διαπεράσει ένα τόσο συμπαγές στρώμα εδάφους εξηγεί την ανάπτυξη του ενεργού ριζοστρώματος στην ζώνη των 60 cm. Προς την κατεύθυνση αυτή συνηγορούν και οι συγκριτικά υψηλότερες καταγραφείσες τιμές εδαφικής υγρασίας στα βαθύτερα στρώματα του εδάφους στην ζώνη αυτή συγκριτικά με τις αντίστοιχες τιμές στην ζώνη 1.. Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 12

13 Περ ιεκτικότη τα σε υ γρασία (% ) Βάθος Μέτρησης (cm) 1 ημέρα 2 ημέρα 3 ημέρα 4 ημέρα 5 ημέρα 6 ημέρα 7 ημέρα 8 ημέρα 9 ημέρα 10 ημέρα Σχήμα 4. Μεταβολή της μέσης υγρασίας του εδάφους στα διαφορετικά βάθη μέτρησης στην διάρκεια ενός κύκλου έλλειψης νερού διαρκείας 10 ημερών (Μ.Ο. τεσσάρων σημείων) Β) Από την μελέτη της μεταβολή της περιεκτικότητας σε εδαφική υγρασία στα διαφορετικά βάθη προκύπτει ότι η περιοχή μέγιστης απορροφήσεως νερού και κατ επέκταση μεγαλύτερου εποικισμού και παρουσίας ριζικού συστήματος κυμαίνεται μεταξύ 30 και 50 cm με μέγιστο απορρόφησης στα 40 cm ( Σχήμα 4 ) Προσδιορισμός κρισίμων τιμών άρδευσης. Χρονικός προσδιορισμός έναρξης υδατικής καταπόνησης. Εισαγωγή Το επόμενο βήμα του πειραματικού σχεδιασμού αφορούσε την συσχέτιση τιμών εδαφικής υγρασίας στο επίπεδο του ενεργού ριζοστρώματος με οικοφυσιολογικές παραμέτρους των φυτών στοχεύοντας στον καθορισμό κρισίμων τιμών οι οποίες σηματοδοτούν την αναγκαιότητα έναρξης της άρδευσης. Από τις οικοφυσιολογικές παραμέτρους σημαντικότεροι περιγραφικοί δείκτες της υδατικής κατάστασης των φυτών θεωρούνται το υδατικό δυναμικό των φύλλων (Ψ) και η στοματική αγωγιμότητα (Cs). Το υδατικό δυναμικό το οποίο περιγράφει την Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 13

14 ενεργειακή κατάσταση του νερού στον φυτικό ιστό λαμβάνει την μέγιστη τιμή νωρίς το πρωί (υδατικό δυναμικό βάσης ή μέγιστο υδατικό δυναμικό) όταν τα στόματα είναι κλειστά και οι διαπνευστικές απώλειες μηδενικές. Τότε η τιμή του υδατικού δυναμικού καθορίζεται αποκλειστικά από την υγρασιακή κατάσταση του εδάφους. Στην διάρκεια της ημέρας η τιμή του υδατικού δυναμικού βαίνει συνεχώς μειούμενη λαμβάνοντας την ελάχιστη τιμή το μεσημέρι (υδατικό δυναμικό του μεσημεριού ή ελάχιστο υδατικό δυναμικό)- επηρεαζόμενη άμεσα τόσο από την υγρασιακή κατάσταση του εδάφους και από τον ρυθμό των διαπνευστικών απωλειών. Στα περισσότερα φυτικά είδη η τιμή του υδατικού δυναμικού είναι μικρότερη στα υπό υδατική καταπόνηση φυτά συγκριτικά με τα πλήρως αρδευόμενα ανεξαρτήτως της χρονικής στιγμής μέτρησης. Εξαίρεση αποτελούν τα ισοϋδρικά φυτά- όπως η άμπελος- στα οποία o έλεγχος των διαπνευστικών απωλειών μέσω της λειτουργίας της στοματικής συσκευής έχει σαν αποτέλεσμα η ελάχιστη τιμή του υδατικού δυναμικού να μην διαφοροποιείται μεταξύ των υπό υδατική καταπόνηση και πλήρως αρδευόμενων φυτών (Schultz 2003). Στα είδη αυτά το υδατικό δυναμικό βάσης (Predawn water potential) αποτελεί ακριβέστερο και συνεπώς προτιμητέο δείκτη εκτίμησης της υδατικής κατάστασης των φυτών (Patakas et al., 2005). Με δεδομένο ότι η πρώτη αντίδραση των φυτών σε συνθήκες υδατικής καταπόνησης εκδηλώνεται με το κλείσιμο των στομάτων προκειμένου να περιοριστούν οι απώλειες του νερού μέσω της διαδικασίας της διαπνοής και με βάση το γεγονός ότι η στοματική αγωγιμότητα συνδέεται άμεσα τόσο με την υδατική κατάσταση του φυλλικού ιστού όσο και με τον ρυθμό φωτοσύνθεσης, κρίθηκε σκόπιμη η διερεύνηση της μεταβολής της στοματικής αγωγιμότητας συναρτήσει του υδατικού δυναμικού βάσης. Η εξεύρεση πιθανής συσχέτισης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό τιμών των υδροδυναμικών παραμέτρων οι οποίες αντιστοιχούν στην έναρξη της υδατικής καταπόνησης (Medrano et al.,2003; Patakas et al., 2005). Οι τιμές αυτές στην συνέχεια θα έπρεπε να αντιστοιχηθούν με τιμές εδαφικής υγρασίας στοχεύοντας στον προσδιορισμό των κρίσιμων τιμών τους που σηματοδοτούν την αναγκαιότητα άρδευσης. Πειραματικό σχέδιο Ο καθορισμός κρισίμων τιμών εδαφικής υγρασίας που σηματοδοτούν την έναρξη της υδατικής καταπόνησης κατά συνέπεια την αναγκαιότητα εφαρμογής της άρδευσης πραγματοποιήθηκε κατά την περίοδο τέλη Ιουλίου - Αύγουστος 2006 Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 14

15 χρησιμοποιώντας μετρήσεις της εδαφικής υγρασίας προερχόμενες από διαφορετικά σημεία της ζώνης 1 του πειραματικού αμπελώνα. Κατά το ανωτέρω χρονικό διάσημα, που αντιστοιχεί στο φαινολογικό στάδιο από την καρπόδεση μέχρι την έναρξη της ωρίμανσης, στον πειραματικό αμπελώνα εφαρμόστηκε άρδευση προκειμένου να μελετηθεί πληρέστερα η δυναμική της μεταβολής της εδαφικής υγρασίας κατά μήκος του ενεργού ριζοστρώματος συναρτήσει του χρόνου. Με δεδομένο ότι: α) ο προσδιορισμός κρισίμων τιμών άρδευσης προϋποθέτει συνεχή καταγραφή των μεταβολών της εδαφικής υγρασίας κάτι που είναι πρακτικά δύσκολο να γίνει με φορητό όργανο και β) ότι οι προηγούμενες μετρήσεις σαφέστατα οριοθετούσαν το βάθος του ενεργού ριζοστρώματος για την ζώνη αυτή στα πρώτα 80 cm αποφασίστηκε η δημιουργία και εγκατάσταση ειδικού αυτοματοποιημένου συστήματος συνεχούς καταγραφής της εδαφικής υγρασίας σε 4 διαφορετικά σημεία του πειραματικού τεμαχίου. Η ανάπτυξη και λειτουργία της εν λόγω εγκατάστασης παρουσίασε τα ακόλουθα τεχνικά προβλήματα: Το γεγονός ότι έπρεπε να λειτουργεί σε ημερήσια βάση συλλέγοντας και καταγράφοντας τιμές εδαφικής υγρασίας ανά 25 λεπτά από τα διαφορετικά σημεία καθιστούσε επιτακτική την προηγούμενη διασφάλιση της συνεχούς λειτουργίας της υπό τις δεδομένες συνθήκες μειωμένης σταθερότητας ηλεκτρικής τάσης αλλά και διακοπών ηλεκτρικής παροχής που είναι σύνηθες φαινόμενο στην περιοχή του πειράματος. Η λύση στο παραπάνω τεχνικής φύσεως πρόβλημα εδόθη με την προσθήκη ειδικής συσκευής σταθεροποίησης της τάσης του ηλεκτρικού ρεύματος. Επιπλέον έπρεπε να διασφαλιστεί η λήψη του σήματος και από τους οκτώ αισθητήρες μερικοί από τους οποίους βρίσκονταν σε αρκετή μεγάλη απόσταση από την κεντρική μονάδα. Παράλληλα επειδή είχε διαπιστωθεί ότι μικρές αποκλίσεις ως προς το βάθος τοποθέτησης και συνεπώς ως προς το σημείο μέτρησης των αισθητήρων είχαν σαν αποτέλεσμα υψηλές διαφοροποιήσεις στις τιμές υγρασίας (ιδιαίτερα στο επιφανειακό στρώμα του εδάφους) ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στον επανέλεγχο τους βάθους τοποθέτησης κάθε αισθητήρα. Η εν λόγω εγκατάσταση κατέστη τελικώς πλήρως λειτουργική στις 1 Ιουλίου Ο προσδιορισμός και η καταγραφή της εδαφικής υγρασίας σε κάθε ένα από τα προεπιλεγέντα σημεία γινόταν κάθε 25 λεπτά σε τέσσερα διαφορετικά βάθη (0-20, 20-40, και cm). Παράλληλα καθημερινά γίνονταν μετρήσεις του υδατικού δυναμικού βάσης με την χρήση ηλεκτρονικού οργάνου μέτρησης (τύπος WP4 του οίκου DECAGON USA- Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 15

16 Φώτο 6) (Turner 1981) σε 8 πλήρως ώριμα εξωτερικά φύλλα προερχόμενα από τυχαία πρέμνα του πειραματικού τεμαχίου. Φώτο 6. Όργανο μέτρησης υδατικού δυναμικού Η μέτρηση της μέγιστης τιμής της στοματικής αγωγιμότητας γίνονταν κάθε πρωί (9.00 πμ) με την χρησιμοποίηση φορητού οργάνου μέτρησης της φωτοσύνθεσης (ADC LCpro + ). Παράλληλα γινόταν συνεχή καταγραφή των μικροκλιματικών παραμέτρων με την χρήση αυτομάτου μετεωρολογικού σταθμού. Αποτελέσματα 1) Από την μελέτη της μεταβολής των μέσων τιμών εδαφικής υγρασίας στα διαφορετικά βάθη συναρτήσει του χρόνου (Σχήμα 5) επιβεβαιώνεται ότι η ζώνη του ενεργού ριζοστρώματος για τον συγκεκριμένο τμήμα του πειραματικό αμπελώνα φαίνεται ότι εκτείνεται μεταξύ των 20 και 80 cm (βάθη 1 έως 4) με το μεγαλύτερο όμως μέρος να βρίσκεται στα πρώτα 60cm. Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 16

17 Υγρασία εδάφους (%) 50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 2/7/2006 5/7/2006 8/7/ /7/ /7/ /7/ /7/ /7/ /7/ /7/2006 1/8/2006 4/8/2006 7/8/2006 Περίοδος Μετρήσεων 1,00 2,00 3,00 4,00 Μ.Ο. Σχήμα 5. Εποχιακή μεταβολή της εδαφικής υγρασίας σε διαφορετικά βάθη. Το βέλος αντιστοιχεί στην εφαρμογή άρδευσης 2) Η μέση περιεκτικότητα σε εδαφική υγρασία στα τρία πρώτα βάθη εμφανίζει σημαντική συσχέτιση με το υδατικό δυναμικό βάσης όπως αποδεικνύεται από την υψηλή τιμή του συντελεστή συσχέτισης. Αντίθετα αδυναμία συσχέτισης εμφανίζουν οι τιμές του υδατικού δυναμικού βάσης με τις τιμές της εδαφικής υγρασίας στο βάθος 4 (Σχήματα 6 και 7). Τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν με τα αντίστοιχα προηγούμενων μετρήσεων τα οποία κατέδειξαν μικρή παρουσία ριζικού συστήματος των φυτών σε βάθος μεγαλύτερο των 60 cm. Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 17

18 Βάθος 1 60 Υγρασία Εδαφους (%) R 2 = Υδατικό δυναμικό (x 10-1 ) (MPa) 60 Βάθος 2 Υγρασία εδαφους (%) R 2 = Υδατικό δυναμικό (x 10-1 )(MPa) Σχήμα 6. Συμμεταβολή μεταξύ του υδατικού δυναμικού βάσης και της εδαφικής υγρασίας στα βάθη 1 και 2 Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 18

19 60 Βάθος 3 50 Υγρασία εδαφους (%) R 2 = 0, Υδατικό δυναμικό (x 10-1 ) (MPa) Βάθος 4 Υγρασία εδαφους (%) R 2 = Υδατικό δυναμικό (x 10-1 ) (MPa) Σχήμα 7. Συμμεταβολή μεταξύ του υδατικού δυναμικού βάσης και της εδαφικής υγρασίας στα βάθη 3 και 4 Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 19

20 Τα αποτελέσματα των μετρήσεων εισηγούνται σχεδόν ισοδύναμη συμβολή της περιεκτικότητας σε υγρασία στα τρία πρώτα βάθη στον καθορισμό της υδατικής κατάστασης του φυτού προφανώς λόγω ισόρροπης και ομοιόμορφης ανάπτυξης και παρουσίας ενεργού ριζικού συστήματος στις τρεις αυτές περιοχές. Επίσης η επιχειρηθείσα προσπάθεια εξεύρεσης πιθανής συσχετίσεως μεταξύ του μέσου όρου της εδαφικής υγρασίας στα τρία προαναφερθέντα βάθη και του υδατικού δυναμικού έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα (Σχήμα 8). Η τελευταία κρίνεται ιδιαίτερα σημαντική δεδομένου ότι καθώς η μέση τιμή εδαφικής υγρασίας ολοκληρώνει τις μεταβολές της εδαφικής υγρασίας στο σύνολο του ριζοστρώματος, υπερτερεί σημαντικά σε ακρίβεια και αντιπροσωπευτικότητα συγκριτικά με τις αντίστοιχες σημειακές μετρήσεις. 50 MO Υγρασία εδάφους (%) R 2 = 0, Υδατικό δυναμικό (x 10-1 ) (MPa) Σχήμα 8. Συμμεταβολή μεταξύ του υδατικού δυναμικού βάσης και του μέσου όρου της εδαφικής υγρασίας στα πρώτα τρία βάθη. 3) Η μεταβολή της μέγιστης ημερήσιας τιμής της στοματικής αγωγιμότητας (μετρημένης στις 9:00 το πρωί) και του υδατικού δυναμικού βάσης εμφανίζεται Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 20

21 παραβολική (Σχήμα 9) με τις τιμές της να μειώνονται σημαντικά όταν η τιμή του υδατικού δυναμικού μειώνεται κάτω από -0,25 MPa γεγονός που καθιστά την τελευταία κρίσιμη τιμή έναρξης της υδατικής καταπόνησης. Το επόμενο βήμα αφορούσε την αντιστοίχιση της με τον παραπάνω τρόπο καθορισθείσας κρίσιμης τιμής υδατικού δυναμικού με τιμές εδαφικής υγρασίας. Αυτό κατέστη δυνατόν χρησιμοποιώντας την συσχέτιση μεταξύ της μέσης τιμής εδαφικής υγρασίας στο επίπεδο του ενεργού ριζοστρώματος (ΜΟ τριών σημείων) και του υδατικού δυναμικού βάσης (Σχήμα 8). Από την τελευταία προκύπτει ότι μείωση της μέσης τιμής της εδαφικής υγρασίας σε επίπεδα κάτω από 26% φαίνεται ότι σηματοδοτεί την έναρξη της υδατικής καταπόνησης και επομένως την αναγκαιότητα εφαρμογής άρδευσης. 0,6 Στοματική αγωγιμότητα (mol.m -2.sec -1 ) 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 Υδατικό δυναμικό (-MPa) Σχήμα 9. Μεταβολή της στοματικής αγωγιμότητας συναρτήσει του υδατικού δυναμικού βάσης. Από την άλλη μεριά είναι γνωστό ότι ο ρυθμός και η ένταση επιβολής της υδατικής καταπόνησης είναι δυνατόν να επηρεάσουν την τιμή του υδατικού δυναμικού κυρίως μέσω της μεταβολής του οσμωτικού δυναμικού και της ελαστικότητας των κυτταρικών τοιχωμάτων (Patakas and Noitsakis, 1999; Thomas et al., 2006) καθιστώντας την με τον παραπάνω τρόπο προσδιορισθείσα κρίσιμη τιμή Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 21

22 εδαφικής υγρασίας επισφαλή. Για τον λόγο αυτό κρίθηκε σκόπιμη η περαιτέρω πειραματική επιβεβαίωση της κρίσιμης τιμής εδαφικής υγρασίας μέσω της μελέτης της μεταβολής της περιεκτικότητας σε εδαφική υγρασία στη ζώνη του ενεργού ριζοστρώματος συναρτήσει του χρόνου. Η εν λόγω προσέγγιση βασίζεται στην παραδοχή ότι η έναρξη της υδατικής καταπόνησης αντιστοιχεί σε εκείνη την τιμή της εδαφικής υγρασίας στην οποία παρατηρείται η πρώτη εμφανής μείωση της μέγιστης ημερήσιας χρήσης νερού και κατ επέκταση του ρυθμού απορρόφησης εδαφικού νερού από τα φυτά μετά από άρδευση ή βροχόπτωση. Το κυριότερο πρόβλημα που έπρεπε να αντιμετωπιστεί ήταν ο αποκλεισμός του ενδεχομένου η μείωση των μεταβολών της εδαφικής υγρασίας να είναι απόρροια μεταβολών στις μικροκλιματικές συνθήκες. Για τον σκοπό αυτό έπρεπε να γίνεται συνεχής καταγραφή των μικροκλιματικών παραμέτρων κατά την διάρκεια των μετρήσεων. Οι τιμές των μικρολιματικών παραμέτρων δεν διαφοροποιήθηκαν σημαντικά κατά το κρίσιμο χρονικό διάστημα γεγονός που αποκλείει πιθανή επίδρασή τους στην μείωση του ρυθμού απορρόφησης εδαφικού νερού. Από την μελέτη της συμμεταβολής της εδαφικής υγρασίας (Παράρτημα 2) συναρτήσει του χρόνου προέκυψαν τρεις διακριτές φάσεις ( Σχήμα 10). Φάση 1. Η φάση αυτή, η οποία χρονικά συμπίπτει με το πέρας της άρδευσης αντιστοιχεί σε έδαφος σε κατάσταση υδατικού κορεσμού. Χαρακτηρίζεται από απότομες μεταβολές της περιεκτικότητας σε υγρασία, οφειλόμενες στην στράγγιση του εδάφους, με ένταση και διάρκεια εξαρτώμενες από την μηχανική σύσταση του εδάφους. Η διάρκεια της φάσης αυτής είναι μικρότερη σε αμμώδη εδάφη και μεγαλύτερη σε βαριά αργιλώδη εδάφη Φάση 2. Η φάση αυτή αρχίζει αμέσως μετά το πέρας της πρώτης φάσης όταν η περιεκτικότητα σε υγρασία στην περιοχή του ενεργού ριζοστρώματος αντιστοιχεί στο σημείο υδατοικανότητας. Χαρακτηρίζεται από ένα κατά το μάλλον ή ήττον σταθερό ρυθμό μεταβολής της εδαφικής υγρασίας και διαρκεί μέχρι την μείωση της χρήσης νερού από τα φυτά η οποία και σηματοδοτεί την έναρξη της υδατικής καταπόνησης (Φάση 3). Η περιεκτικότητα σε εδαφική υγρασία κατά την φάση αυτή στην ζώνη του ενεργού ριζοστρώμματος αντιστοιχεί ποσοτικά στο κλάσμα του εδαφικού νερού που είναι ευκόλως διαθέσιμο στα φυτά (Readily available water, RAW). Φάση 3. Χαρακτηρίζεται από εμφανή μείωση του ρυθμού μείωσης της εδαφικής υγρασίας η οποία συναρτάται με σημαντική μείωση των ημερησίων διαπνευστικών απωλειών εξαιτίας της μείωσης της στοματικής αγωγιμότητας. Ο ακριβής καθορισμός Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 22

23 της έναρξης της φάσης αυτής, και συνεπώς της κρίσιμης τιμής εδαφικής υγρασίας που σηματοδοτεί την αναγκαιότητα άρδευσης, προϋποθέτει τον αποκλεισμό όλων των άλλων αιτιών που επίσης συνεπάγονται μείωση του ρυθμού μείωσης της εδαφικής υγρασίας όπως η μεταβολή στις μικροκλιματικές συνθήκες, προβλήματα θρέψης ή φυτουγειονομικής προστασίας, μεταβολή στην φυλλική επιφάνεια των φυτών η/και στην αρχιτεκτονική του φυτοκαλλύμματος κα. Στην περίπτωσή μας, από την μελέτη της εποχιακής μεταβολής της εδαφικής υγρασίας, προκύπτει ότι η έναρξη της φάσης 3 και συνεπώς της υδατικής καταπόνησης αντιστοιχεί σε μέση τιμή εδαφικής υγρασίας στα τρία πρώτα βάθη περί το 26% γεγονός που επιβεβαιώνει την με την προηγούμενη μεθοδολογία ορισθείσα κρίσιμη τιμή. Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 23

24 Περιεκτιότητα σε υγρασία (%) Βάθος 1 Βάθος 2 Βάθος 3 Μ.Ο :19:03 8:37:03 8:29:47 8:47:47 8:40:28 8:58:28 8:51:11 9:09:10 9:01:52 9:19:52 9:12:32 9:30:33 9:23:14 9:41:15 1:07:34 1:00:17 Χρονική περίοδος Σχήμα 10. Μεταβολή της περιεκτικότητας σε υγρασία συναρτήσει του χρόνου. Τελική Έκθεση Υποέργου 05ΔΣΒΕΠΡΟ-85 - Ανάδοχος SCIENTACT AE 24