LIFE07 ENV/GR/ SOIL SUSTAINABILITY (So.S.)

Transcript

1 LIFE07 ENV/GR/ SOIL SUSTAINABILITY (So.S.) Αειφορική διαχείριση εδάφους στην Yδρολογική λεκάνη του Ανθεµούντα µε βάση την Ευρωπαϊκή Θεµατική στρατηγική για το έδαφος Ενέργεια 7: Επισκόπηση αποµείωσης οργανικής ύλης σε µια πιλοτική αγροτική περιοχή Τίτλος παραδοτέου Οδηγίες αντιµετώπισης της αποµείωσης της οργανικής ύλης και εργαλείο λήψης αποφάσεων για τον περιορισµό της αποµείωσης της ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2011 ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΓΓΕΙΩΝ ΒΕΛΤΙΩΣΕΩΝ- ΕΘΙΑΓΕ LIFE So.S.

2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Παραδόθηκε στο συντονιστή (ΑΝΑΤΟΛΙΚΗ) το παραδοτέο µε τίτλο Οδηγίες αντιµετώπισης της αποµείωσης της οργανικής ύλης και εργαλείο λήψης αποφάσεων για τον περιορισµό της αποµείωσής της, που περιλαµβάνει: 1) την περιγραφή των πρακτικών διαχείρισης που επιδρούν στην περιεκτικότητα του εδάφους σε οργανική ουσία, 2) την περιγραφή των πρακτικών διαχείρισης για συντήρηση - αύξηση του οργανικού άνθρακα του εδάφους και 3) το εργαλείο λήψης αποφάσεων για τον περιορισµό της αποµείωσης της οργανικής ουσίας που αποτελείται από τα εξής µέρη: α) τον διαχωρισµό των εδαφών σε κατηγορίες ανάλογα µε την περιεκτικότητά τους σε οργανική ουσία χρησιµοποιώντας τους θεµατικούς χάρτες του οργανικού άνθρακα και της οργανικής ουσίας του εδάφους (στα δύο βάθη δειγµατοληψίας 0-30 και cm) για την επιβολή υποχρεωτικών ή µη αγρονοµικών µέτρων, β) τον υπολογισµό του ισοζυγίου του οργανικού άνθρακα του εδάφους και της νέας τιµής περιεκτικότητάς του σε οργανική ουσία µε βάση την υφιστάµενη κατάσταση και τις πρακτικές διαχείρισης και γ) την παρουσίαση εµπορικού µοντέλου που αντικαθιστά τους προαναφερθέντες υπολογισµούς του ισοζυγίου του άνθρακα και της περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία µε βάση την υφιστάµενη κατάσταση και τις πρακτικές διαχείρισης. ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΓΓΕΙΩΝ ΒΕΛΤΙΩΣΕΩΝ ΕΘΙΑΓΕ LIFE So.S.

3 LIFE07 ENV/GR/ SOIL SUSTAINABILITY (So.S.) Soil Sustainable Management in a Mediterranean River basin based on the European Soil Thematic Strategy Action 7: Soil organic matter survey in a pilot area Deliverable Directives of confrontation of the organic matter decline and Decision support tool for the restriction of its decline NOVEMBER 2011 LAND RECLAMATION INSTITUTE- NAGREF LIFE So.S.

4 EXECUTIVE SUMMARY The deliverable titled Directives of confrontation of the organic matter decline and Decision support tool for the restriction of its decline' was delivered in the coordinator (ANATOLIKI) which includes: 1) the management practices that affect the content of the soil organic matter 2) the management practices related to preservation and increase of soil organic carbon 3) the decision support tool for the confrontation of the organic matter decline consisting by the following parts: a) the differentiation of soils in categories according to their organic matter content using the thematic maps of soil organic carbon and soil organic matter (in two depths of sampling 0-30 and cm) in order to impose obligatory or not agronomic metres, b) the calculation of soil organic carbon balance and the new calculated value of the organic matter content based on the existing situation and the practices of management c) the presentation of a commercial model that replaces the before mentioned calculations of the soil organic carbon balance and the content of soil organic matter based on the existing situation and the practices of management. LAND RECLAMATION INSTITUTE- NAGREF LIFE So.S.

5 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ σελ. Πίνακας 1. Ξηρά υπολείµµατα ριζών και καλαµιών διαφόρων φυτικών ειδών 4 Πίνακας 2. Στατιστική ανάλυση αποτελεσµάτων της περιεκτικότητας των εδαφών σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας 0-30 cm) 7 Πίνακας 3. Στατιστική ανάλυση αποτελεσµάτων της περιεκτικότητας των εδαφών σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας cm) 8 i

6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ σελ. Σχήµα 1. Αρχική σελίδα του µοντέλου Soil Carbon Manager 95 (SCM) 27 Σχήµα 2. Σελίδα επιλογής εισαγωγής δεδοµένων του µοντέλου SCM 28 Σχήµα 3. Σελίδα εισαγωγής δεδοµένων του µοντέλου SCM που αφορούν το έδαφος, την καλλιέργεια και το κλίµα 29 Σχήµα 4. Σελίδα εισαγωγής δεδοµένων του µοντέλου SCM που αφορούν το σύστηµα αµειψισποράς 30 Σχήµα 5. Σελίδα εξαγωγής υπολογισµών του µοντέλου SCM που αφορούν τη διακύµανση των φυτικών υπολειµµάτων 31 Σχήµα 6. Σελίδα εξαγωγής υπολογισµών του µοντέλου SCM που αφορούν τη διακύµανση του άνθρακα στις διάφορες µορφές του 32 Σχήµα 7. Σελίδα εξαγωγής πίνακα δεδοµένων του µοντέλου SCM 33 Σχήµα 8. Σελίδα εξαγωγής γραφηµάτων διαφόρων σεναρίων από το µοντέλο SCM 34 ii

7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΧΑΡΤΩΝ σελ. Χάρτης 1. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανικό άνθρακα (βάθος δειγµατοληψίας 0-30 cm) 17 Χάρτης 2. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανικό άνθρακα (βάθος δειγµατοληψίας cm) 18 Χάρτης 3. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας 0-30 cm) 19 Χάρτης 4. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας cm) 20 iii

8 Ευάγγελος Χατζηγιαννάκης Αθανάσιος Πανώρας Ανδρέας Ηλίας ηµήτριος Καλφούτζος Ιωάννης Αλεξίου ΟΜΑ Α ΕΡΓΑΣΙΑΣ Συντονιστής Ενέργειας 7 (Αποµείωση οργανικής ουσίας), ρ. Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων ρ. Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων, M.Sc. Αναπληρ. Συντονιστής Ενέργειας 7 (Αποµείωση οργανικής ουσίας), ρ. Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων Αναπληρ. Συντονιστής Ενέργειας 7 (Αποµείωση οργανικής ουσίας), ρ. Γεωπόνος Εγγείων Βελτιώσεων iv

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ σελ. ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ i ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΧΑΡΤΩΝ iii ΟΜΑ Α ΕΡΓΑΣΙΑΣ iv ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ v 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 2. ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΟΥ ΕΠΙ ΡΟΥΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ Ε ΑΦΟΥΣ ΣΕ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΟΥΣΙΑ 2 3. ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΓΙΑ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ - ΑΥΞΗΣΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΤΟΥ Ε ΑΦΟΥΣ ιαχείριση φυτικών υπολειµµάτων Χλωρή λίπανση Εφαρµογή συστηµάτων αµειψισποράς η συγκαλλιέργειας ψυχανθών αγρωστωδών ιαχείριση καλαµιάς σιτηρών Προσθήκη ζωικής κοπριάς Χρήση άλλων οργανικών υλικών ΕΡΓΑΛΕΙΟ ΛΗΨΗΣ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟ ΤΗΣ ΑΠΟΜΕΙΩΣΗΣ ΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ Υπολογισµός ισοζυγίου οργανικού άνθρακα του εδάφους και νέας περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία Υπολογισµός ετήσιου ισοζυγίου οργανικού άνθρακα σε καλλιέργεια καλαµποκιού και νέας περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία Υπολογισµός ετήσιου ισοζυγίου οργανικού άνθρακα σε καλλιέργεια σιταριού και νέας περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία Μοντέλο προσοµοίωσης της οργανικής ουσίας του εδάφους ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 36 v

10 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η χαµηλή περιεκτικότητα των εδαφών της λεκάνης του Ανθεµούντα σε οργανική ουσία επιδείνωσε τη διάβρωση, τη συµπίεση και τη γονιµότητα τους. Είναι επιτακτική ανάγκη τουλάχιστον να αποτραπεί η περαιτέρω απώλεια της οργανικής ουσίας από το έδαφος, εάν δεν είναι δυνατή η αύξησή της. Επισηµαίνεται ότι στην αποµείωση της οργανικής ουσίας των εδαφών στη λεκάνη του Ανθεµούντα έχουν παίξει ρόλο α) το ξηροθερµικό κλίµα (µικρή παραγωγή βλάστησης και εποµένως µικρή προσθήκη φυτικών υπολειµµάτων στο έδαφος και γρήγορη ανοργανοποίηση αυτών), β) το τοπογραφικό ανάγλυφο (εδάφη µε κλίσεις και µετακίνηση του εδάφους, του νερού και της οργανικής ουσίας από την επιφάνεια αυτών µε αποτέλεσµα την µικρή παραγωγή φυτικής ύλης και την αποµάκρυνση της οργανικής ύλης σε χαµηλότερες περιοχές), γ) το εδαφικό υλικό (εδάφη µε µικρό βάθος, µέση µηχανική σύσταση, πολύ καλή στράγγιση και µικρή περιεκτικότητα ανόργανων συστατικών µεγάλου ποσοστού των εδαφών µε αποτέλεσµα την µικρή παραγωγή φυτικής ύλης και την γρήγορη ανοργανοποίηση των φυτικών υπολειµµάτων), δ) η κατεργασία και διαχείριση του εδάφους (η επί αιώνες εντατική κατεργασία του εδάφους που συνοδεύεται από άρδευση, στράγγιση, ζιζανιοκτονία, βελτίωση εδαφών κλπ οδήγησε σε σηµαντική αποµείωση της οργανικής ύλης) και ε) η διαχείριση των φυτικών υπολειµµάτων (η µη ορθολογική διαχείριση των φυτικών υπολειµµάτων και κυρίως της καλαµιάς των σιτηρών οδήγησε στην καθοδική πορεία της περιεκτικότητας των εδαφών σε οργανικά υλικά). Η συντήρηση αύξηση της οργανικής ουσίας των εδαφών της λεκάνης του Ανθεµούντα αποτελεί ζωτική ανάγκη για την αειφόρο βιωσιµότητα παραγωγικότητα τους µε την εφαρµογή ορθών πρακτικών διαχείρισης έτσι ώστε να επιτευχθεί θετικό ισοζύγιο της οργανικής ουσίας. 1

11 2. ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΟΥ ΕΠΙ ΡΟΥΝ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΟΥ Ε ΑΦΟΥΣ ΣΕ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΟΥΣΙΑ Η περιεκτικότητα του εδάφους σε οργανική ουσία εξαρτάται από το ισοζύγιο προσθήκης φυτικών και ζωικών υπολειµµάτων και απώλειας αυτών µε την αποσύνθεσή τους. Το ισοζύγιο κερδών και απωλειών της οργανικής ουσίας επηρεάζεται από πλήθος πρακτικών διαχείρισης των γεωργικών εδαφών. Οι πρακτικές διαχείρισης που µειώνουν την οργανική ουσία του εδάφους είναι οι εξής: α) Μείωση της παραγωγής φυτικής ύλης µε αντικατάσταση της πολυετούς βλάστησης µε µονοετή βλάστηση αντικατάσταση της αµειψισποράς µε µονοκαλλιέργεια εισαγωγή καλλιεργειών πιο δραστήριων αλλά λιγότερο παραγωγικών χρήση ποικιλιών µε µεγαλύτερους δείκτες συγκοµιδής (δείκτης συγκοµιδής = απόδοση σε καρπό / (απόδοση σε καρπό + απόδοση σε ξηρά ουσία) εισαγωγή αγρανάπαυσης β) Μείωση της εισροής οργανικών υλικών µε καύση δάσους, βοσκότοπου ή φυτικών υπολειµµάτων βόσκηση αποµάκρυνση φυτικών προϊόντων από τον αγρό γ) Αύξηση της αποσύνθεσης µε εντατική κατεργασία χαµηλό επίπεδο υγρασίας µε αποστράγγιση υπερβολική λίπανση ιδιαίτερα µε άζωτο Οι πρακτικές διαχείρισης που αυξάνουν την οργανική ουσία του εδάφους είναι οι εξής: α) Αύξηση της παραγωγής φυτικής ύλης µε άρδευση λίπανση µε κατάλληλα επίπεδα ιδιαίτερα αζώτου για τη αύξηση της βιοµάζας χρήση καλλιεργειών κάλυψης 2

12 βελτίωση φυτικής απόδοσης εισαγωγή φυτών που παράγουν αυξηµένη βιοµάζα αναδάσωση ανανέωση αποκατάσταση λειµώνων β) Αύξηση εισροής οργανικών υλικών µε προστασία από τη φωτιά ελεγχόµενη βόσκηση χορτονοµής και όχι θερισµός έλεγχος εντόµων και τρωκτικών εφαρµογή ζωικής κοπριάς εφαρµογή φυτικών υλικών µε µεταφορά από άλλες περιοχές γ) Μείωση της αποσύνθεσης µε µείωση ή αποφυγή της κατεργασίας του εδάφους διατήρηση του εδάφους στον κορεσµό (αυτό µπορεί να προκαλέσει προβλήµατα) διατήρηση χαµηλής θερµοκρασίας του εδάφους µε φυτική κάλυψη 3. ΠΡΑΚΤΙΚΕΣ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΓΙΑ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ - ΑΥΞΗΣΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΤΟΥ Ε ΑΦΟΥΣ Οι πρακτικές που συστήνονται για την λεκάνη του Ανθεµούντα για συντήρηση αύξηση της οργανικής ουσίας των εδαφών είναι η ορθολογική διαχείριση των φυτικών υπολειµµάτων, η χλωρή λίπανση, η εφαρµογή συστηµάτων αµειψισποράς ψυχανθών αγρωστωδών, η ορθολογική διαχείριση καλαµιάς σιτηρών, η προσθήκη ζωικής κοπριάς και η χρήση άλλων φυσικών υλικών. Οι πρακτικές αυτές περιγράφονται αναλυτικά παρακάτω ιαχείριση φυτικών υπολειµµάτων Τα φυτικά υπολείµµατα και η ορθολογική τους χρήση παίζουν τον σηµαντικότερο ρόλο στη διαχείριση του εδάφους για την συντήρηση της παραγωγικότητάς του. Αυτό συµβαίνει διότι η οργανική ουσία συγκρατεί τα ανόργανα θρεπτικά συστατικά και βοηθά στην διατήρηση των καλών φυσικών ιδιοτήτων του εδάφους (συσσωµάτωση, αερισµός, υδατοϊκανότητα). 3

13 Οι διάφορες καλλιέργειες αφήνουν διαφορετικές ποσότητες φυτικών υπολειµµάτων. Τις µεγαλύτερες ποσότητες αφήνουν οι χορτοδοτικές καλλιέργειες (µηδική, αγρωστώδη) ενώ τις µικρότερες αφήνουν οι σκαλιστικές καλλιέργειες (πατάτα, τεύτλα) (Πίνακας 1) (Κουκουλάκης κ.α., 2000) Πίνακας 1. Ξηρά υπολείµµατα ριζών και καλαµιών διαφόρων φυτικών ειδών φυτικό είδος ξηρή ουσία (Kg/στρέµµα) µηδική + γρασίδι καλαµπόκι ψυχανθή σιτηρά χειµερινές καλλιέργειες (σίκαλη, κράµβη) επίσπορες καλλιέργειες και συγκαλλιέργειες σκαλιστικές καλλιέργειες (πατάτα, τεύτλα) Οι πρακτικές ορθολογικής διαχείρισης των φυτικών υπολειµµάτων που βοηθούν στην διατήρηση ή και αύξηση της οργανικής ουσίας του εδάφους είναι οι εξής: χρήση συστηµάτων καλλιέργειας που παρέχουν συνεχή φυτική κάλυψη του εδάφους που εκτός της συνεχούς προσθήκης σε αυτό φυτικών υπολειµµάτων το προστατεύουν και από τη διάβρωση. χρήση συστηµάτων αµειψισποράς που περιλαµβάνουν αγρωστώδη-ψυχανθή και παράγουν µεγάλες ποσότητες φυτικών υπολειµµάτων. εφαρµογή πρακτικών για την παραγωγή υψηλών αποδόσεων των καλλιεργειών µε αποτέλεσµα την παραγωγή µεγάλων ποσοτήτων φυτικών υπολειµµάτων. επιστροφή όλων των φυτικών υπολειµµάτων στο έδαφος και αποφυγή καψίµατος της καλαµιάς. περιορισµός των απαιτήσεων κατεργασίας του εδάφους στους απολύτως απαραίτητους για την µικρότερη απώλεια υπολειµµάτων. 4

14 3.2. Χλωρή λίπανση Η χλωρή λίπανση πρέπει να γίνεται µε φυτά που ενσωµατώνονται στο έδαφος όταν είναι ακόµα χλωρά. Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτών των φυτών είναι η γρήγορη ανάπτυξή τους, το πλούσιο ριζικό τους σύστηµα και η άφθονη υπέργεια βλάστησή τους. Για χλωρή λίπανση να χρησιµοποιούνται κυρίως τα ψυχανθή που έχουν την ικανότητα να εµπλουτίζουν το έδαφος µε άζωτό το οποίο δεσµεύουν από την ατµόσφαιρα. Όταν όµως είναι δυνατή η προσθήκη στο έδαφος ανόργανου αζώτου προτιµώνται άλλα φυτά που παρουσιάζουν µεγαλύτερο όγκο φυτικής βλάστησης. Η ποσότητα της οργανικής ουσίας που µπορεί να προκύψει από τη χλωρή λίπανση ποικίλλει και εξαρτάται από το είδος του φυτού, την ποσότητα της χλωρής ύλης που ενσωµατώνεται στο έδαφος, τις φυσικές ιδιότητες του εδάφους και τις κλιµατολογικές συνθήκες. Σηµειώνεται ότι ένα µέρος της χλωρής ύλης αποσυντίθεται και µετατρέπεται σε CO 2 και νερό. Εάν οι εδαφικές και οι κλιµατολογικές συνθήκες είναι ευνοϊκές, η µετατροπή αυτή είναι τόσο µεγάλη, ώστε τελικά να γίνεται πολύ µικρή προσθήκη οργανικής ύλης στο έδαφος Εφαρµογή συστηµάτων αµειψισποράς η συγκαλλιέργειας ψυχανθών αγρωστωδών Όταν ένας αγρός καλλιεργείται συνέχεια µε την ίδια καλλιέργεια συνήθως µειώνεται η περιεκτικότητά του σε οργανική ουσία. Γι αυτό πρέπει να γίνεται εναλλαγή καλλιεργειών µε κατάλληλους συνδυασµούς ψυχανθών και αγρωστωδών. Με την εναλλαγή βαθύριζων και επιπολαιόριζων καλλιεργειών, γίνεται εκµετάλλευση των θρεπτικών στοιχείων από µεγαλύτερο βάθος εδάφους. Οι παράγοντες που λαµβάνονται υπόψη κατά την επιλογή του κατάλληλου συστήµατος αµειψισποράς είναι: η γονιµότητα του εδάφους, οι φυσικές ιδιότητες, η κλίση και η δυνατότητα για άρδευση και αποστράγγιση του εδάφους, οι βροχοπτώσεις και η θερµοκρασία στην περιοχή, και οι εντοµολογικές και µυκητολογικές ασθένειες που επικρατούν. Επίσης για την διαδοχή µιας καλλιέργειας από µια άλλη πρέπει να λαµβάνονται υπόψη οι απαιτήσεις των καλλιεργειών σε θρεπτικά στοιχεία, η µορφή των ριζών (πασσαλώδεις ή θυσανώδεις), ο τρόπος καλλιέργειας και ανάπτυξης των καλλιεργειών, η εποχή σποράς και η εποχή συγκοµιδής. Επίσης πρέπει να ληφθούν υπόψη τα συµπεράσµατα που έχουν προκύψει από τους Πίνακες 2 και 3 και αφορούν τα ποσοστά της κάθε καλλιέργειας που εµφανίζουν χαµηλή, µέση και υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία. Από τους Πίνακες αυτούς παρατηρήθηκε ότι στο 5

15 πρώτο και δεύτερο βάθος δειγµατοληψίας τα µεγαλύτερα ποσοστά µε χαµηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία παρουσιάζουν οι καλλιέργειες του βαµβακιού, των κηπευτικών και της ελιάς. Στις δύο πρώτες καλλιέργειες πρέπει να εφαρµοστούν τακτικές αµειψισπορές και συγκαλλιέργεια µε την ελιά ψυχανθών αγρωστωδών. Τα εξαντληµένα από οργανική ουσία εδάφη µπορούν να βελτιωθούν όταν καλλιεργηθούν συστηµατικά µε ψυχανθή ή αγρωστώδη. Με τα ψυχανθή το κέρδος σε οργανική ουσία είναι µεγαλύτερο από τα αγρωστώδη. 6

16 Πίνακας 2. Στατιστική ανάλυση αποτελεσµάτων της περιεκτικότητας των εδαφών σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας 0-30 cm) καλλιέργεια συνολικός αριθµός δειγµάτων περιεκτικότητα σε οργανική ουσία των δειγµάτων από το βάθος 0-30 cm % <1 % (χαµηλή περιεκτικότητα) αριθµός δειγµάτων ποσοστό δειγµάτων % 1-2 % (µέση περιεκτικότητα) αριθµός δειγµάτων ποσοστό δειγµάτων % >2 % (υψηλή περιεκτικότητα) αριθµός δειγµάτων ποσοστό δειγµάτων % βαµβάκι βίκος δέντρα διάφορα ελιές καλαµπόκι κηπευτικά µηδική σιτηρά οργωµένο χέρσο διάφορα (ακακίες, πεύκα, ρέµατα, κλπ) σύνολο

17 Πίνακας 3. Στατιστική ανάλυση αποτελεσµάτων της περιεκτικότητας των εδαφών σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας cm) καλλιέργεια συνολικός αριθµός δειγµάτων περιεκτικότητα σε οργανική ουσία των δειγµάτων από το βάθος cm % <1 % (χαµηλή περιεκτικότητα) αριθµός δειγµάτων ποσοστό δειγµάτων % 1-2 % (µέση περιεκτικότητα) αριθµός δειγµάτων ποσοστό δειγµάτων % >2 % (υψηλή περιεκτικότητα) αριθµός δειγµάτων ποσοστό δειγµάτων % βαµβάκι βίκος δέντρα διάφορα ελιές καλαµπόκι κηπευτικά µηδική σιτηρά οργωµένο χέρσο διάφορα (ακακίες, πεύκα, ρέµατα, κλπ) σύνολο

18 3.4. ιαχείριση καλαµιάς σιτηρών Η καλαµιά των σιτηρών πρέπει να ενσωµατώνεται στο έδαφος και όχι να καίγεται. Αυτή αποσυντίθεται αρκετά αργά, αλλά µπορεί να συνεισφέρει σηµαντικά στην οργανική ουσία του εδάφους. Κατά τη διαχείριση της καλαµιάς πρέπει να ακολουθούνται οι εξής πρακτικές (Κουκουλάκης κ.α., 2000): πρέπει να τεµαχίζεται η καλαµιά σε τεµαχίδια 4-5 cm πριν την ενσωµάτωση έτσι ώστε να διευκολύνεται η ενσωµάτωσή της στο έδαφος και να αυξάνεται η ταχύτητα αποσύνθεσής της. κατά την ενσωµάτωση της καλαµιάς χρειάζεται η προσθήκη 1 Kg Ν για κάθε Kg ξηρής ουσίας καλαµιάς για να τραφούν οι µικροοργανισµοί. η ενσωµάτωση της καλαµιάς πρέπει να γίνεται οµοιόµορφα σε όλη την επιφάνεια του αγρού για να διευκολύνεται η αποσύνθεσή της Προσθήκη ζωικής κοπριάς Η ζωική κοπριά χρησιµοποιείται σαν πηγή θρεπτικών στοιχείων των καλλιεργειών και σαν µέσο εφοδιασµού των εδαφών µε οργανική ουσία. Η κοπριά αποτελείται από τα στερεά και υγρά απεκκρίµατα των αγροτικών ζώων και από το υλικό µε το οποίο επιστρώνεται ο στάβλος (πχ άχυρο). Η σύσταση της κοπριάς εξαρτάται από το είδος του ζώου και την ηλικία του, από το είδος και την ποσότητα της τροφής του ζώου, από το υλικό επίστρωσης του στάβλου και από τον τρόπο συλλογής, διατήρησης και χρήσης της κοπριάς. Οι κοπριές των διαφόρων ζώων (χοίροι, βοοειδή, πρόβατα, κότες κλπ) παρουσιάζουν σηµαντικές διαφορές στην περιεκτικότητά τους σε άζωτο. Επίσης η περιεκτικότητα της νωπής κοπριάς σε υγρασία κυµαίνεται από 60 έως 80 %. Κατά τη ζύµωση της φρέσκιας κοπριάς πρέπει να υπάρχει αρκετό άζωτο στο έδαφος µε το οποίο θα τραφούν οι µικροοργανισµοί, διαφορετικά χάνεται µεγάλη ποσότητα υδατανθράκων µε µορφή CO 2 και Ο 2. Το ουρικό οξύ της φρέσκιας κοπριάς είναι διαλυτό και κατά τη διάρκεια της αποσύνθεσης οι µικροοργανισµοί χρησιµοποιούν µια ποσότητα και το µετατρέπουν σε αδιάλυτο. Η διεργασία της χώνεψης θεωρείται ότι έχει τελειώσει όταν η αναλογία άνθρακα και αζώτου φθάσει στο 15:1 (στη φρέσκια κοπριά είναι πολύ µεγαλύτερη η αναλογία αυτή). Το βάρος της φρέσκιας κοπριάς µειώνεται κατά 1/3-1/2 όταν επιδεχθεί ζύµωση και µετατραπεί σε χωνεµένη κοπριά. Η χωνεµένη κοπριά είναι πλουσιότερη σε θρεπτικά στοιχεία και η 9

19 διαλυτότητα του φωσφόρου και του καλίου στη χωνεµένη κοπριά είναι µεγαλύτερη από αυτή στη φρέσκια κοπριά (Κουκουλάκης κ.α., 2000). Η πρακτική αυτή είναι εφικτή για κάποιες εκτάσεις της περιοχής αφού υπάρχουν αρκετοί στάβλοι µε βοοειδή και πτηνοτροφία µε κότες στην ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης από όπου µπορούν οι παραγωγοί να προµηθευθούν κοπριά Χρήση άλλων οργανικών υλικών Η έλλειψη αρκετής ποσότητας κοπριάς που προκύπτει από την εντατικοποίηση της γεωργίας οδηγεί στην παραγωγή τεχνητής κοπριάς µε την κοµποστοποίηση των φυτικών και των ζωικών υπολειµµάτων των σκουπιδιών. Χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή η χρήση αυτών των κοµποστών γιατί συχνά περιέχουν ποσότητες βαρέων µετάλλων όπως το κάδµιο, ο χαλκός, ο µόλυβδος, ο ψευδάργυρος, το χρώµιο, το νικέλιο και ο υδράργυρος. Επίσης µπορούν να χρησιµοποιηθούν τα εξής οργανικά υλικά αντί της κοπριάς (Κουκουλάκης κ.α., 2000): α) το πριονίδι το οποίο απαιτεί 11 Kg αζώτου ανά τόνο λόγω της φτωχής περιεκτικότητας του σε θρεπτικά στοιχεία και επηρεάζει ευνοϊκά τις φυσικές ιδιότητες του εδάφους, β) η ακατέργαστη τύρφη η οποία έχει πολύ όξινη αντίδραση (ph 3 περίπου) γι αυτό απαιτείται προσθήκη ασβεστόλιθου. Η τύρφη είναι πολύ φτωχή σε θρεπτικά στοιχεία αλλά βελτιώνει τις φυσικές ιδιότητες ιδιαίτερα των βαριών εδαφών, γ) η ιλύς των βιολογικών καθαρισµών των αστικών λυµάτων. Η περιεκτικότητα της λάσπης των βιολογικών σε θρεπτικά στοιχεία εξαρτάται από τη σύνθεση των λυµάτων και από την κατεργασία που υποβάλλονται και δ) τα βιοµηχανικά τυποποιηµένα οργανικά λιπάσµατα που προέρχονται από την επεξεργασία διάφορων οργανικών υλικών και από τον εµπλουτισµό τους µε θρεπτικά στοιχεία και ωφέλιµους µικροοργανισµούς. Τέτοια υλικά είναι ο µερικά οξειδωµένος και επεξεργασµένος µε υγρή αµµωνία και υπερφοσφωρικό οξύ γαιάνθρακας, ο λιγνίτης και ο ξυλίτης, το εµπλουτισµένο µε ανόργανα θρεπτικά φουλβικό και χουµικό οξύ, τα εκχυλίσµατα φυκιών κλπ. 10

20 4. ΕΡΓΑΛΕΙΟ ΛΗΨΗΣ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟ ΤΗΣ ΑΠΟΜΕΙΩΣΗΣ ΤΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΟΥΣΙΑΣ Οι θεµατικοί χάρτες (Χάρτης 1, 2, 3 και 4) που προέκυψαν από την έκθεση αποτελεσµάτων της ενέργειας της αποµείωσης της οργανικής ουσίας (Ενέργεια 7) και ο υπολογισµός του ισοζυγίου του οργανικού άνθρακα και της νέας τιµής περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία αποτελούν το εργαλείο λήψης αποφάσεων για τον χειρισµό του προβλήµατος της αποµείωσης της οργανικής ουσίας των εδαφών της λεκάνης του Ανθεµούντα. Οι χάρτες αυτοί δίνουν την υφιστάµενη κατάσταση των εδαφών από πλευράς περιεκτικότητάς τους σε οργανικό άνθρακα και οργανική ουσία, οπότε εντοπίζονται α) τα εδάφη µε περιεκτικότητα σε οργανική ουσία µικρότερη από 1% (στα βάθη δειγµατοληψίας 0-30 και cm) για την άµεση εφαρµογή και µε αυστηρούς ελέγχους (από τις αρµόδιες αρχές) αγρονοµικών πρακτικών (περιλαµβάνουν αµειψισπορές ειδικά στους αγρούς που καλλιεργούνται µε βαµβάκι και κηπευτικά) αύξησης της οργανικής ύλης. (δυσµενέστερη η κατάσταση όταν η περιεκτικότητα σε οργανική ουσία είναι µικρότερη από 1% και στα δύο βάθη δειγµατοληψίας), β) τα εδάφη µε περιεκτικότητα σε οργανική ουσία µεγαλύτερη από 2% στο βάθος 0-30 cm για εφαρµογή αγρονοµικών πρακτικών συντήρησης της οργανικής ύλης µε ευθύνη µόνο των γεωργών και κατόπιν σχετικών εκπαιδεύσεων ενηµερώσεων (από τις αρµόδιες αρχές) και γ) τα εδάφη µε περιεκτικότητα σε οργανική ουσία από 1-2 % στο βάθος 0-30 cm και cm για εφαρµογή αγρονοµικών πρακτικών συντήρησης αύξησης της οργανικής ύλης µε διενέργεια δειγµατοληπτικών ελέγχων (από τις αρµόδιες αρχές). Τα εδάφη µε περιεκτικότητα σε οργανική ουσία 1-2 % στο βάθος 0-30 cm και µικρότερη από 1% στο βάθος cm µπορούν να ενταχθούν στην κατηγορία α εφόσον η περιεκτικότητα είναι µικρότερη από 1.5 % και στην κατηγορία γ εφόσον η περιεκτικότητα είναι µεγαλύτερη από 1.5 % στο βάθος 0-30 cm και µικρότερη από 1% στο βάθος cm. Σηµειώνεται ότι αντί να γίνεται υπολογισµός του ισοζυγίου του οργανικού άνθρακα και της τιµής νέας περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία µπορεί να χρησιµοποιηθεί κάποιο εµπορικό µοντέλο προσοµοίωσης της περιεκτικότητας των εδαφών σε οργανική ουσία το οποίο αυτοµατοποιηµένα θα προβλέπει την περιεκτικότητα σε βάθος χρόνου µε βάση την υφιστάµενη κατάσταση και τα σενάρια των αγρονοµικών πρακτικών. 11

21 4.1. Υπολογισµός ισοζυγίου οργανικού άνθρακα του εδάφους και νέας τιµής περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία Στο σηµείο αυτό δίνεται ο τρόπος υπολογισµού του ισοζυγίου του οργανικού άνθρακα στο έδαφος και µάλιστα δίνεται ένα παράδειγµα µε καλλιέργεια καλαµποκιού και ένα µε καλλιέργεια µε καλλιέργεια σιταριού (Κουκουλάκης κ.α., 2000). Το ισοζύγιο αυτό γίνεται µε υπολογισµό των εισροών και απωλειών σε οργανικό άνθρακα. Η γνώση του ετήσιου ισοζυγίου του οργανικού άνθρακα µπορεί να οδηγήσει στον υπολογισµό της περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία για τα επόµενα έτη κάνοντας σενάρια αµειψισπορών και άλλων αγρονοµικών µέτρων αφού είναι γνωστή η υφιστάµενη περιεκτικότητα των εδαφών από τους θεµατικούς χάρτες 1 και 2. Τα απαραίτητα δεδοµένα για τον υπολογισµό του ισοζυγίου είναι τα εξής: α) το βάθος του εδάφους (m) για το οποίο εξετάζεται η µεταβολή της οργανικής ουσίας, β) η ετήσια παραγωγή της καλλιέργειας σε Kg καρπού/στρέµµα, γ) η ετήσια παραγωγή ξηρής υπέργειας φυτοµάζας σε Kg/στρέµµα (λαµβάνεται από τον Πίνακα 1 ή υπολογίζεται από τη σχέση άχυρου/καρπό που για το καλαµπόκι, βαµβάκι και αγρωστώδη θεωρείται ότι είναι 1 και για άλλες καλλιέργειες όπως η βρώµη θεωρείται ότι είναι 2), δ) η ετήσια παραγωγή ξηρής υπόγειας φυτοµάζας σε Kg/στρέµµα (λαµβάνεται από τον Πίνακα 1 σαν σύνολο µε την υπέργεια φυτοµάζα ή υπολογίζεται ως το 20 της παραγόµενης υπέργειας φυτοµάζας), ε) η περιεκτικότητα του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία %, στ) το φαινόµενο ειδικό βάρος σε tn/m 3 ή gr/cm 3. Επίσης γίνονται οι εξής παραδοχές: α) η χουµοποίηση του οργανικού άνθρακα στο ξηροθερµικό κλίµα θεωρείται ότι είναι 20% ετησίως, β) η περιεκτικότητα της οργανικής ουσίας σε άνθρακα θεωρείται ότι είναι 50%, γ) η περιεκτικότητα των ξηρών φυτικών υπολειµµάτων σε οργανικό άνθρακα θεωρείται 45% και δ) η ποσότητα της οργανικής ουσίας που ανοργανοποιείται (χάνεται ως CO 2 ) ετησίως στο ξηροθερµικό κλίµα θεωρείται ότι είναι 2.5%. Τα βήµατα για τον υπολογισµό του ετήσιου ισοζυγίου του οργανικού άνθρακα είναι τα εξής: α) υπολογισµός ετήσιων εισροών οργανικού άνθρακα εισροή από την παραγόµενη υπέργεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα) = =βάρος παραγόµενης υπέργειας ξηρής φυτοµάζας (Kg/στρέµµα) * *περιεκτικότητα της ξηρής φυτοµάζας σε οργανικό άνθρακα (45 %) εισροή από την παραγόµενη υπόγεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα) = 12

22 =βάρος παραγόµενης υπόγειας ξηρής φυτοµάζας (Kg/στρέµµα) * *περιεκτικότητα της ξηρής φυτοµάζας σε οργανικό άνθρακα (45 %) ΣΥΝΟΛΙΚΗ ετήσια εισροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα) = ={εισροή από την παραγόµενη υπέργεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα)+ + εισροή από την παραγόµενη υπόγεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα)} * * χουµοποίηση του οργανικού άνθρακα στο ξηροθερµικό κλίµα (20%) β) υπολογισµός ετήσιων εκροών οργανικού άνθρακα βάρος εδάφους (Kg/στρέµµα) = = Φαινόµενο Ειδικό Βάρος (tn/m 3 ) * βάθος εδάφους (m) * * 1000 m 2 (1 στρέµµα) * 1000 Kg/tn ποσότητα οργανικής ουσίας εδάφους (Kg/στρέµµα) = = βάρος εδάφους (Kg/στρέµµα) * * περιεκτικότητα εδάφους σε οργανική ουσία (%) ποσότητα οργανικής ουσίας που ετησίως θα ανοργανοποιηθεί (χαθεί) (Kg/στρέµµα) = = ποσότητα οργανικής ουσίας εδάφους (Kg/στρέµµα) * * ποσότητα της οργανικής ουσίας που ανοργανοποιείται (χάνεται σαν CO 2 ) ετησίως στο ξηροθερµικό κλίµα (2.5%) ΣΥΝΟΛΙΚΗ εκροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα) = = ποσότητα οργανικής ουσίας που θα ανοργανοποιηθεί (χαθεί) (Kg/στρέµµα) * * περιεκτικότητα της οργανικής ουσίας σε άνθρακα (50%) Εάν η συνολική εισροή είναι µεγαλύτερη από την συνολική εκροή οργανικού άνθρακα το ισοζύγιο είναι θετικό, δηλαδή η καλλιέργεια προσθέτει ποσότητα οργανικού άνθρακα στο έδαφος µέσω των υπολειµµάτων της. Αντίθετα, εάν η συνολική εκροή είναι µεγαλύτερη από τη συνολική εισροή το ισοζύγιο είναι αρνητικό, δηλαδή µειώνεται η ποσότητα του οργανικού άνθρακα στο έδαφος. Εποµένως υπάρχει µεταβολή στην περιεκτικότητα του εδάφους σε οργανική ουσία και η νέα τιµή περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία υπολογίζεται από τη σχέση: 13

23 νέα τιµή περιεκτικότητας του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία % = = περιεκτικότητα του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία % + + {[ΣΥΝΟΛΙΚΗ εισροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα) ΣΥΝΟΛΙΚΗ εκροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα)] / / περιεκτικότητα της οργανικής ουσίας σε άνθρακα (50%) / / βάρος εδάφους (Kg/στρέµµα)*100} Υπολογισµός ετήσιου ισοζυγίου οργανικού άνθρακα σε καλλιέργεια καλαµποκιού και νέας τιµής περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία δεδοµένα: το βάθος του εδάφους (m) για το οποίο εξετάζεται η µεταβολή της οργανικής ουσίας 30 cm ετήσια παραγωγή καρπού 1200 Kg/στρέµµα ετήσια παραγωγή ξηρής υπέργειας φυτοµάζας 1200 Kg/στρέµµα (λόγος άχυρο/καρπό 1) ετήσια παραγωγή ξηρής υπόγειας φυτοµάζας 240 Kg/στρέµµα (20 % της υπέργειας φυτοµάζας) περιεκτικότητα του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία 1.3 % φαινόµενο ειδικό βάρος tn/m 3 ενσωµάτωση όλων των στελεχών στο έδαφος οι ετήσιες εισροές του οργανικού άνθρακα είναι οι εξής: εισροή από την παραγόµενη υπέργεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα) = = 1200*45/100=540 Kg/στρέµµα εισροή από την παραγόµενη υπόγεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα) = = 240*45/100=108 Kg/στρέµµα ΣΥΝΟΛΙΚΗ ετήσια εισροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα) = = ( ) * 0.2 = Kg/στρέµµα οι ετήσιες απώλειες του οργανικού άνθρακα είναι οι εξής: βάρος εδάφους (Kg/στρέµµα) = * 0.3 * 1000 *1000 = = Kg/στρέµµα 14

24 ποσότητα οργανικής ουσίας του εδάφους είναι *1,3/100 = = 5200 Kg/στρέµµα. ποσότητα οργανικής ουσίας που ετησίως θα ανοργανοποιηθεί (χαθεί) (Kg/στρέµµα) = 5200*2.5/100=130 Kg/στρέµµα. ΣΥΝΟΛΙΚΗ εκροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα) = = 130 * 50/100 = 65 Kg/στρέµµα. νέα τιµή περιεκτικότητας του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία % = = [( ) / 0.5] / *100 = % Υπολογισµός ετήσιου ισοζυγίου οργανικού άνθρακα σε καλλιέργεια σιταριού και νέας τιµής περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία δεδοµένα: το βάθος του εδάφους για το οποίο εξετάζεται η µεταβολή της οργανικής ουσίας 30 cm ετήσια παραγωγή καρπού 350 Kg/στρέµµα ετήσια παραγωγή ξηρής υπέργειας φυτοµάζας 350 Kg/στρέµµα (λόγος άχυρο/καρπό 1) ετήσια παραγωγή ξηρής υπόγειας φυτοµάζας 70 Kg/στρέµµα (20% της υπέργειας φυτοµάζας) περιεκτικότητα του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία 1.0 % φαινόµενο ειδικό βάρος tn/m 3 ενσωµάτωση όλης της καλαµιάς στο έδαφος οι ετήσιες εισροές του οργανικού άνθρακα είναι οι εξής: εισροή από την παραγόµενη υπέργεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα) = = 350*45/100=157.5 Kg/στρέµµα εισροή από την παραγόµενη υπόγεια ξηρή φυτοµάζα (Kg/στρέµµα) = = 70*45/100=31.5 Kg/στρέµµα ΣΥΝΟΛΙΚΗ ετήσια εισροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα)= = ( ) * 0.2 = 37.8 Kg/στρέµµα 15

25 οι απώλειες του οργανικού άνθρακα είναι οι εξής: βάρος εδάφους (Kg/στρέµµα) = * 0.3 * 1000 *1000 = = Kg/στρέµµα ποσότητα οργανικής ουσίας του εδάφους είναι *1,0/100= = 4000 Kg/στρέµµα. ποσότητα οργανικής ουσίας που ετησίως θα ανοργανοποιηθεί (χαθεί) (Kg/στρέµµα) = 4000*2.5/100=100 Kg/στρέµµα. ΣΥΝΟΛΙΚΗ εκροή οργανικού άνθρακα (Kg/στρέµµα) = = 100 * 50/100 = 50 Kg/στρέµµα. νέα τιµή περιεκτικότητας του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία % = = [( ) / 0.5] / *100 = % Στην περίπτωση κατά την οποία η καλαµιά καίγεται η συνολική εισροή οργανικού άνθρακα είναι 6.3 Kg/στρέµµα και η νέα τιµή περιεκτικότητας του ξηρού εδάφους σε οργανική ουσία % είναι: [(6.3 50) / 0.5] / *100 = % 16

26 Χάρτης 1. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανικό άνθρακα (βάθος δειγµατοληψίας 0-30 cm) 17

27 Χάρτης 2. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανικό άνθρακα (βάθος δειγµατοληψίας cm) 18

28 Χάρτης 3. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας 0-30 cm) 19

29 Χάρτης 4. Θεµατικός χάρτης περιεκτικότητας του εδάφους σε οργανική ουσία (βάθος δειγµατοληψίας cm) 20

30 4.2. Μοντέλο προσοµοίωσης της οργανικής ουσίας του εδάφους Από το 1980 έχουν δηµιουργηθεί αρκετά εµπορικά µοντέλα για την προσοµοίωση της περιεκτικότητας των εδαφών σε οργανική ουσία, τα οποία είναι είτε αυτόνοµα είτε τµήµατα µεγάλων µοντέλων προσοµοίωσης (όπως του κύκλου του αζώτου και του άνθρακα, της ανάπτυξης των φυτών, της µεταβολής των οικοσυστηµάτων κλπ). Μελετήθηκαν κάποια από τα µοντέλα αυτά [CENTURY (Parton, et al., 1987, 1994, a, b), ECOSYS (Grant, 1993, 1997), HASSINK and WHITEMORE (Hassink and Whitemore, 1997), κ.α.] και θεωρήθηκε ότι το µοντέλο SCM -Soil Carbon Manager [αναπτύχθηκε από τον J. Bourne και το αυστραλιανό Ινστιτούτο CRC - Cooperative Research Center for Soil and Land Management το 1998 ως εξέλιξη του µοντέλου SOCRATES Soil Organic Carbon Reserves And Transformations in agro EcoSystems το οποίο αναπτύχθηκε από τους Grace και Ladd το 1996 (Grace and Ladd, 1996, Oades, 1995)] µπορεί να αντικαταστήσει το υπολογιστικό εργαλείο για πρόβλεψη της µεταβολής του οργανικού άνθρακα του εδάφους στη λεκάνη του Ανθεµούντα, αφού σχεδιάστηκε για χρήση σε περιοχή της Αυστραλίας µε παρόµοιες κλιµατικές συνθήκες έτσι ώστε να µην υπολογίζεται κάθε φορά το ισοζύγιο των οργανικών υλικών του εδάφους. Το µοντέλο Soil Carbon Manager θεωρείται κατάλληλο για την χρήση του στις περιοχές µε εύκρατο µεσογειακό κλίµα αφού έχει σχεδιαστεί για την περιοχή της Νότιας Αυστραλίας που το κλίµα της είναι παρόµοιο. Επίσης οι µορφές του εδαφικού οργανικού άνθρακα που θεωρεί το µοντέλο και οι απαιτούµενες παράµετροι (εδαφικές και κλιµατικές) για να τρέξει είναι εύκολα µετρήσιµες. Αυτά εξασφαλίζουν ότι τα αποτελέσµατα αυτού του εµπορικού µοντέλου είναι περισσότερο ακριβή από τα άλλα αντίστοιχα µοντέλα που µελετήθηκαν αφού εκτός των απλών δεδοµένων που απαιτεί αποκλείεται και η εσφαλµένη χρήση του λόγω του ο κώδικας του είναι απλός και εύκολα κατανοητός. H επικύρωση (validation) του µοντέλου είναι µια διαδικασία που απαιτεί υψηλό κόστος και πολύ χρόνο, αλλά υπάρχουν και σηµαντικές διαφοροποιήσεις για το ζήτηµα αυτό στην επιστηµονική κοινότητα. Στο 6 ο διεθνές συνέδριο της ESSC (European Society of Soil Conservation) παρουσιάστηκε εργασία µε τίτλο Using SOIL CARBON MANAGER- a soil organic carbon simulation model-to evaluate various soil-crop-climate scenarios for the longterm change of organic carbon in the Anthemounta basin of Greece (Gertsis, Hatzigiannakis, et al, 2011). Ο στόχος αυτής της εργασίας ήταν να αξιολογηθεί η µακροπρόθεσµη (πάνω από 20 έτη) αλλαγή της εδαφικής οργανικής ουσίας στην 21

31 περιοχή της λεκάνης του Ανθεµούντα που επηρεάζεται από τις παραγωγικές δραστηριότητες και τα διάφορα καιρικά (βροχοπτώσεις) σενάρια µε τη χρήση του µοντέλου προσοµοίωσης Soil Carbon Manager. Οι προσοµοιώσεις έδειξαν σηµαντικές αλλαγές από τις ποικίλες πρακτικές παραγωγής, διαχείρισης και καλλιέργειας που χρησιµοποιούνται στην περιοχή αυτή. Συνιστάται οι αγρότες σε αυτήν την περιοχή να είναι ενηµερωµένοι και εκπαιδευµένοι κατάλληλα, προκειµένου να ελαχιστοποιηθούν τα δυσµενή αποτελέσµατα από τις πρακτικές κακοδιαχείρισης στις εδαφικές ιδιότητες. Προτείνονται για την περιοχή πρακτικές που περιλαµβάνουν αµειψισπορές και διαχείριση της καλαµιάς για να διατηρηθούν τα επίπεδα της οργανικής ουσία στα βέλτιστα επίπεδα. Το µοντέλο Soil Carbon Manager (SCM) είναι ένα χρήσιµο εργαλείο για να αξιολογήσει τις τάσεις και τις αλληλεπιδράσεις και για να παρέχει περισσότερες λύσεις-επιλογές. Συγκεκριµένα το µοντέλο SCM προσοµοιώνει τις µεταβολές του οργανικού άνθρακα στο έδαφος για διάφορα φυτά και συστήµατα αµειψισποράς (λειµώνες / βοσκότοποι) και για διάφορα συστήµατα διαχείρισης φυτικών υπολειµµάτων. Απαιτεί µικρό αριθµό εδαφικών, κλιµατικών (βροχή και θερµοκρασία) και φυτικών δεδοµένων για να εκτελεστεί η προσοµοίωση για ένα έτος ή σειρά ετών για τα οποία υπάρχουν µετεωρολογικά δεδοµένα. Το µοντέλο SCM θεωρεί ότι ο οργανικός άνθρακας βρίσκεται στο έδαφος µε τις εξής εύκολα µετρήσιµες µορφές: α) φυτικά υλικά που µπορούν να αποσυντεθούν, β) φυτικά υλικά ανθεκτικά στην αποσύνθεση, γ) εδαφικοί µικροοργανισµοί που προστατεύονται από το έδαφος, δ) εδαφικοί µικροοργανισµοί που βρίσκονται στην επιφάνεια και δεν προστατεύονται, ε) σταθερή µορφή οργανικού άνθρακα (χούµος) και στ) αδρανή µορφή άνθρακα. Το µοντέλο υπολογίζει τη µεταβολή της καθεµιάς από τις παραπάνω µορφές οργανικού άνθρακα καθώς και την συνολική ποσότητα του οργανικού άνθρακα. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να µεταβάλλει ορισµένα φυτικά και εδαφικά χαρακτηριστικά και να εκτελέσει το µοντέλο για διάφορα συστήµατα αµειψισποράς και διαχείρισης και για επιλεγµένο αριθµό ετών. Οι βασικοί επιµέρους υπολογισµοί που γίνονται από το µοντέλο είναι οι εξής: α) υπολογισµός της ποσότητας του άνθρακα που παραµένει στο έδαφος ως οργανική ουσία σε συνάρτηση της ικανότητας ανταλλαγής κατιόντων (CEC). Οι εµπειρικές εξισώσεις που υπολογίζουν το ποσοστό του άνθρακα (pcorg) που παραµένει στο έδαφος είναι οι εξής: 22

32 pcorg=(0.04*cec-34.4)/100 όταν η CEC>100 και pcorg=(0.14*cec+15.0)/100 όταν η CEC<100 Το ποσοστό του άνθρακα που χάνεται από το έδαφος ως CO 2 είναι 1-pcorg. Το µοντέλο δέχεται την µετρηµένη τιµή της CEC ή την υπολογίζει από την εξίσωση: CEC=11.46*περιεκτικότητα του εδάφους σε άργιλο (%)-51.3 β) υπολογισµός της παραγωγής άνθρακα από την κάθε καλλιέργεια (σιτηρά, ψυχανθή, λειµώνες) σαν συνάρτηση της απόδοσης της καλλιέργειας. Η εκτίµηση της απόδοσης της καλλιέργειας γίνεται µε την εξής εξίσωση: απόδοση καλλιέργειας = = (συνολικά διαθέσιµο νερό κατά την διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου (βροχή + άρδευση) * * δείκτης αποδοτικότητας χρήσης νερού - - η τιµή του αθροίσµατος του νερού άρδευσης και βροχόπτωσης που αντιστοιχεί σε µηδενική απόδοση και προκύπτει από τη γραµµική σχέση απόδοσης της καλλιέργειας σε συνάρτηση µε το άθροισµα της άρδευσης και της βροχόπτωσης της καλλιεργητικής περιόδου) * * η κλίση της ευθείας που προσοµοιάζει τη γραµµική σχέση απόδοσης της καλλιέργειας σε συνάρτηση µε το άθροισµα της άρδευσης και της βροχόπτωσης της καλλιεργητικής περιόδου Ο υπολογισµός της παραγωγής άνθρακα εκτιµάται από την υπολογισµένη απόδοση της κάθε καλλιέργειας µε τους εξής δύο τύπους: απόδοση σε άνθρακα της καλλιέργειας = απόδοση καλλιέργειας *

33 ο σταθερός συντελεστής 0.4 έχει προκύψει από τη µέση συγκέντρωση 40 % της φυτικής ύλης σε άνθρακα παραγωγή άνθρακα από την καλλιέργεια = = απόδοση σε άνθρακα της καλλιέργειας / δείκτη συγκοµιδής Η τιµή του δείκτη συγκοµιδής για τα σιτηρά είναι 0.42, για τα ψυχανθή (για παραγωγή σπόρου) είναι 0.35, για τις βοσκές ψυχανθών και αγρωστωδών είναι 1.0. γ) υπολογισµός επιπρόσθετης εισροής άνθρακα από την καλλιέργεια που οφείλεται στην εισροή ολικού αζώτου από τα λιπάσµατα και τα ψυχανθή. Ο υπολογισµός εισροής συνολικού αζώτου γίνεται µε τη εξής εξίσωση: εισροή συνολικού αζώτου = = άζωτο από λιπάσµατα + άζωτο από ψυχανθή ή καλλιέργειες για βόσκηση Το άζωτο που παράγεται από τις καλλιέργειες υπολογίζεται από τους εξής εµπειρικούς τύπους: εισροή αζώτου από ψυχανθή για παραγωγή σπόρου = = 0.01 * απόδοση σε Kg/εκτάριο της προηγούµενης καλλιέργειας +10 εισροή αζώτου από ψυχανθή για βόσκηση = = * απόδοση σε Kg/εκτάριο της προηγούµενης καλλιέργειας +2.5 εισροή αζώτου από αγρωστώδη για βόσκηση = = * απόδοση σε Kg/εκτάριο της προηγούµενης καλλιέργειας / Η εισροή του συνολικού αζώτου µετατρέπεται σε διαθέσιµο άζωτο στις καλλιέργειες µε την βοήθεια του δείκτη αποδοτικότητας αζώτου που δίνεται από γράφηµα. Ο δείκτης αποδοτικότητας περιλαµβάνει τις απώλειες αζώτου από έκπλυση και από απονιτροποίηση. Ο υπολογισµός της επιπρόσθετης απόδοσης σε άνθρακα της καλλιέργειας που οφείλεται στην εισροή ολικού αζώτου στο έδαφος υπολογίζεται από τον τύπο: 24

34 επιπρόσθετη απόδοση της καλλιέργειας = = εισροή συνολικού αζώτου * δείκτη αποδοτικότητας αζώτου * αναλογία C/N Σηµειώνεται ότι η επιπρόσθετη απόδοση της καλλιέργειας προστίθεται στην απόδοση αυτής και προκύπτει µια συνολική απόδοση που πολλαπλασιάζεται µε τον σταθερό συντελεστή 0.4 και διαιρείται µε τον συντελεστή συγκοµιδής για να προκύψει η συνολική παραγωγή άνθρακα από τις καλλιέργειες. δ) υπολογισµός ολικής παραγωγής άνθρακα από τα αποσυνθέσιµα φυτικά υλικά. Κατά την αµειψισπορά, για κάθε καλλιέργεια γίνονται επιλογές διαχείρισης των φυτικών υπολειµµάτων, οι οποίες είναι εισερχόµενα δεδοµένα στο µοντέλο. ηλαδή, τα φυτικά υπολείµµατα είτε παραµένουν στο εδαφικό σύστηµα είτε καίγονται. Στην περίπτωση που παραµείνουν στο έδαφος τότε χρησιµοποιούνται για βοσκή ζώων εντατικά ή ελαφρά ή καθόλου. Για κάθε επίπεδο βόσκησης το µοντέλο θεωρεί το ποσοστό συγκράτησης φυτικών υπολειµµάτων 40, 70 και 88 % αντίστοιχα. Ακόµα, η παραγωγή άνθρακα από το υπέργειο τµήµα του φυτού τροποποιείται από το µοντέλο για να περιληφθεί και η παραγωγή άνθρακα από τα φυτικά υπολείµµατα που παραµένουν στο έδαφος και από το υπόγειο τµήµα του φυτού (ρίζες). Η ολική παραγωγή άνθρακα υπολογίζεται από τον εξής τύπο: ολική παραγωγή άνθρακα = = [συνολική παραγωγή άνθρακα από την καλλιέργεια * * (βάρος ρίζας / βάρος υπέργειου φυτικού µέρος)] + + [(συνολική παραγωγή άνθρακα καλλιέργειας - - συνολική απόδοση της καλλιέργειας) * * ποσοστό φυτικών υπολειµµάτων που παρέµειναν στο έδαφος / 100] Στην εξίσωση αυτή ο δεύτερος παράγοντας είναι µηδέν όταν τα φυτικά υπολείµµατα καίγονται ή αφαιρούνται ολικά. Το πηλίκο του βάρους της µάζας των ριζών και του βάρους της µάζας του υπέργειου τµήµατος του φυτού θεωρείται από το µοντέλο 0.4 για τα σιτηρά και τα ψυχανθή. Τα αποσυνθέσιµα φυτικά υλικά υπολογίζονται από το µοντέλο ως σταθερό ποσοστό της συνολικής παραγωγής άνθρακα από την καλλιέργεια. Το ποσοστό αυτό για τα σιτηρά είναι 59 %, για τα ψυχανθή που καλλιεργούνται για σπόρο είναι 66.7 %, και για αγρανάπαυση 0 %. 25

35 και ε) η συνολική µάζα του οργανικού άνθρακα του εδάφους σε Κg/ha υπολογίζεται από τη σχέση: συνολική µάζα οργανικού άνθρακα εδάφους σε kg/ha = = * % οργανικός άνθρακας εδάφους * φαινόµενο ειδικό βάρος * * βάθος εδαφικής στρώσης 26

36 Σχήµα 1. Αρχική σελίδα του µοντέλου Soil Carbon Manager 95 (SCM) 27

37 Σχήµα 2. Σελίδα επιλογής εισαγωγής δεδοµένων του µοντέλου SCM 28

38 Σχήµα 3. Σελίδα εισαγωγής δεδοµένων του µοντέλου SCM που αφορούν το έδαφος, την καλλιέργεια και το κλίµα 29

39 Σχήµα 4. Σελίδα εισαγωγής δεδοµένων του µοντέλου SCM που αφορούν το σύστηµα αµειψισποράς 30

40 Σχήµα 5. Σελίδα εξαγωγής υπολογισµών του µοντέλου SCM που αφορούν τη διακύµανση των φυτικών υπολειµµάτων 31

41 Σχήµα 6. Σελίδα εξαγωγής υπολογισµών του µοντέλου SCM που αφορούν τη διακύµανση του άνθρακα στις διάφορες µορφές του 32

42 Σχήµα 7. Σελίδα εξαγωγής πίνακα δεδοµένων του µοντέλου SCM 33

43 Σχήµα 8. Σελίδα εξαγωγής γραφηµάτων διαφόρων σεναρίων από το µοντέλου 34