Newsletter ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ CONDENSE: ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙΝΟΤΟΜΩΝ ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΟΠΡΙΑ ΚΑΙ ΚΑΤΣΙΓΑΡΟ ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΘΕΣΗ ΤΗΣ

Transcript

1 Newsletter 12 η Έκδοση ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ CONDENSE: ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙΝΟΤΟΜΩΝ ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΟΠΡΙΑ ΚΑΙ ΚΑΤΣΙΓΑΡΟ ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΗ ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ Ο οργανισμός ανάπτυξης Δυτικής Ελλάδας σε συνεργασία με το Πολυτεχνείο Κρήτης, το Πανεπιστήμιο του Leeds, το Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα (ΤΕΙ) Κρήτης και την Περιφέρεια Δυτικής υλοποίησαν το πρόγραμμα Life+ Condense. Σκοπός του προγράμματος είναι η επίδειξη ενός συστήματος διαχείρισης κοπριάς και κατσίγαρου το οποίο θα μετατρέπει αυτά τα απόβλητα σε ένα πλούσιο σε θρεπτικά τελικό προϊόν (υψηλές συγκεντρώσεις αζώτου, φωσφόρου και καλίου) το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια στη γεωργία και την κηπουρική, ελαχιστοποιώντας τις απαιτήσεις χημικών λιπασμάτων. ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΠΕΡΙΦΕΡΕΙΑΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ ΗΛΕΙΑΣ

2 Βελτίωση της Ανάλυσης Κόστους Ζωής με τη χρήση του μοντέλου 1D-ICZ Ένα από τα κυριότερα προβλήματα της διεξαγωγής Ανάλυσης Κύκλου Ζωής σε προϊόντα κομποστοποίησης και της συνακόλουθης ερμηνείας των αποτελεσμάτων, είναι το γεγονός πως η ΑΚΖ δεν ενσωματώνει τις επιπτώσεις των οργανικών εδαφοβελτιωτικών στις λειτουργίες και υπηρεσίες του εδάφους. Το έδαφος διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της ανθρώπινης ζωής στον πλανήτη με την παροχή υπηρεσιών οικοσυστήματος. Βασικές λειτουργίες οικοσυστημάτων που παρέχονται από τα εδάφη σύμφωνα με τη θεματική στρατηγική της ΕΕ είναι: Παραγωγή τροφής και ινών, Φιλτράρισμα, ρύθμιση και μεταφορά νερού, θρεπτικών και προσμίξεων, Αποθήκευση άνθρακα και θρεπτικών, και Βιολογικό ενδιαίτημα και γονιδιακή δεξαμενή. Η προσθήκη άνθρακα στο έδαφος αποτελεί μια ουσιαστική οικολογική πρακτική για την ενίσχυση των υπηρεσιών του εδάφους όπως η παροχή πόρων, η εξασθένηση πλημμυρών, η αποθήκευση άνθρακα και θρεπτικών καθώς και η υπεδάφια βιοποικιλότητα. Παρόλο που οι θετικές επιδράσεις της προσθήκης άνθρακα έχουν αναγνωριστεί σε μεγάλο βαθμό από την επιστημονική κοινότητα, οι τρέχουσες μεθοδολογίες ΑΚΖ δεν έχουν ενσωματώσει αυτές τις επιδράσεις και ως εκ τούτου τα αποτελέσματα μιας ΑΚΖ ανάλυσης κομπόστ έναντι ανόργανης λίπανσης εμφανίζεται να είναι αντίθετη με την πραγματικότητα (με την έννοια ότι τα λιπάσματα έχουν ίσο ή μικρότερο αντίκτυπο από το κομπόστ). Μέρος του προβλήματος στην επίλυση αυτού του επιστημονικού κενού οφείλεται στο γεγονός ότι οι ερευνητές δεν κατάφεραν να ποσοτικοποιήσουν αξιόπιστα τις εδαφικές λειτουργίες και συνεπακόλουθα τις εδαφικές υπηρεσίες. Στη μελέτη αυτή, χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο 1D-ICZ για τη διεξαγωγή προσομοίωσης προκειμένου να μελετηθούν οι επιπτώσεις στο εδάφους από τη χρήση ανόργανων λιπασμάτων σε σύγκριση με τη χρήση του κομπόστ που δημιουργήθηκε με το πρόγραμμα CONDENSE. Το μοντέλο 1D- Integrated Critical Zone (1D-ICZ) (Nikolaidis et al., 2014) είναι ένα μονοδιάστατο μοντέλο που συνδέει το σχηματισμό και τις απώλειες της δομής του εδάφους με τις δυναμικές των θρεπτικών και τη βιοποικιλότητα. Το μοντέλο 1D-ICZ προσομοιώνει όλες τις σημαντικές λειτουργίες του εδάφους συμπεριλαμβανομένων της παραγωγής βιομάζας, της

3 δέσμευσης άνθρακα και θρεπτικών, τη διατήρηση της εδαφικής βιοποικιλότητας και το φιλτράρισμα και μεταφορά του νερού, και επομένως είναι ικανό να ποσοτικοποιήσει τις υπηρεσίες οικοσυστήματος του εδάφους. Το μοντέλο ποσοτικοποιεί τις δυναμικές δέσμευσης των C, N and P στα εδάφη σε σχέση με την εδαφική δομή και προστασία της οργανικής ύλης, τα υπέργεια και υπόγεια αποθέματα άνθρακα συμπεριλαμβανομένων των μικροοργανισμών, μυκήτων και καταναλωτών, καθώς και το φιλτράρισμα και μεταφορά νερού στο έδαφος. Το μοντέλο 1D-ICZ χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση των ροών του άνθρακα (Υπέργεια Καθαρή Πρωτογενής Παραγωγή, Παγίδευση Οργανικού Άνθρακα στο Έδαφος, Αύξηση Άνθρακα από Βιομάζα και Πανίδα, Παραγωγή CO2), τους δείκτες της δομής του εδάφους (% Αύξηση Υδατοσταθερών Μακρο-συσσωματωμάτων,% Μείωση Φαινόμενης Πυκνότητας) και τον άνθρακα και θρεπτικά συστατικά (ΝΟ3, ΡΟ4, Κ) που εκπλύονται στα υπόγεια ύδατα Πειραματικός Σχεδιασμός Δυο πειραματικές διατάξεις (Καλοκαίρι 2015, Άνοιξη 2016) χρησιμοποιήθηκαν για να αξιολογήσουν τον αντίκτυπο του υλικού Condense στην ανάπτυξη της ντομάτας και στις ιδιότητες και λειτουργίες του εδάφους. Ο πειραματικός σχεδιασμός βασίστηκε στην εκτίμηση της ικανότητας του υλικού Condense να εξυπηρετεί ως λίπασμα υποστηρίζοντας τη φυτική ανάπτυξη με την παροχή των απαραίτητων θρεπτικών, όπως άζωτο (Ν), φώσφορο (Ρ) και κάλιο (Κ). Ο πειραματικός σχεδιασμός και για τις δυο διατάξεις περιλάμβανε 4 διαχειρίσεις: Η πρώτη (IF) με φυτά που προσλάμβαναν συμβατική ανόργανη λίπανση, η δεύτερη (Control) με φυτά που δε λάμβαναν λίπανση και δύο επιπλέον διαχειρίσεις (CONDENSE-K, CONDENSE-N) όπου η λίπανση λάμβανε χώρα στην αρχή του πειράματος, με την ενσωμάτωση του υλικού Condense στο έδαφος σε διαφορετικές δόσεις. Οι διαφορετικές δόσεις του υλικού Condense που εφαρμόστηκαν, ήταν προκαθορισμένες δόσεις σε ισοδύναμα Ν και Κ με αυτά που εφαρμόστηκαν με την ανόργανη λίπανση στη διαχείριση IF. Πιο συγκεκριμένα στη διαχείριση CONDENSE-N, η δόση του υλικού Condense που προστέθηκε στο έδαφος στην αρχή του πειράματος, υπολογίστηκε ώστε να συμβαδίζει με την τιμή της εισροής Ν μέσω της ανόργανης λίπανσης στη διαχείριση IF. Αντίστοιχα στη διαχείριση CONDENSE-K η ποσότητα που προστέθηκε στο έδαφος πριν τη φύτευση, υπολογίστηκε ώστε να συμβαδίζει με την τιμή

4 της εισροής Κ μέσω της ανόργανης λίπανσης στη διαχείριση IF. Επιπλέον ανόργανη λίπανση χρησιμοποιήθηκε για να συμπληρώσει το υπόλοιπο των απαραίτητων θρεπτικών συστατικών για κάθε μια από τις δυο αυτές διαχειρίσεις. Ο ρυθμός ανόργανης λίπανσης χρησιμοποιήθηκε, στον οποίο οι διαχειρίσεις CONDENSE-N και CONDENSE-Κ βασίστηκαν σε αγρονομικούς ρυθμούς και προηγούμενα πειράματα Πειραματικός Σχεδιασμός Total plot area Πειραματικός Σχεδιασμός τα τέσσερα αγροτεμάχια (a) και το αγροτεμάχιο CONDENSE N (b) Σχεδιασμός και Ανάλυση αγροτεμάχιων

5 Ανάπτυξη φυτών 40 (a) και 70 (b) ημέρες μετά τη φύτευση Σχεδιασμός και Ανάλυση αγροτεμάχιων Διεξήχθησαν εδαφικές αναλύσεις στην αρχή και στο τέλος του πειράματος και περιλάμβαναν ανάλυση της κατανομής των υδατοσταθερών συσσωματωμάτων (WSA), προσδιορισμό της περιεκτικότητας του εδαφικού οργανικού άνθρακα (SOC), εδαφικό άζωτο, φώσφορο, βασικά κατιόντα και ιχνοστοιχεία, καθώς επίσης και ph και ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC). Στο τέλος του πειράματος τα φυτά αποτέλεσαν δείγματα με την καταστροφή τους. Κάθε φυτό από κάθε διαχείριση κόπηκε και το στέλεχος διαχωρίστηκε από τα φύλλα και τη ρίζα. Κάθε φυτικό μέρος (ρίζα, στέλεχος, φύλλα, καρποί) ζυγίστηκαν για νωπή βιομάζα και πάρθηκαν δείγματα για τον προσδιορισμό ξηρής βιομάζας. Οι καρποί της ντομάτας συλλέγονταν και ζυγίζονταν συχνά κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου ενώ τα δείγματα ξηραίνονταν για τον προσδιορισμό της ξηρής βιομάζας. Τα ξηρά δείγματα φυτικών ιστών αναλύθηκαν περαιτέρω για TOC, TN, και βασικά κατιόντα και ιχνοστοιχεία.

6 Βαθμονόμηση μοντέλου 1D-ICZ Το μοντέλο 1D-ICZ χρησιμοποιήθηκε για να προσομοιώσει τους δυο κύκλους φυτικής ανάπτυξης της ντομάτας (Καλοκαίρι 2015 και Άνοιξη 2016) και να αξιολογήσει τον αντίκτυπο του υλικού Condense όταν χρησιμοποιείται ως λίπασμα, στην έκπλυση των θρεπτικών και τις εκπομπές CO2. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το πειραματικό αγρό ντομάτας (Άνοιξη 2016) χρησιμοποιήθηκαν για το στήσιμο και τη βαθμονόμηση του μοντέλου 1D-ICZ. Τα δεδομένα χαρακτηρισμού του εδάφους χρησιμοποιήθηκαν για την αρχικοποίηση του μοντέλου ενώ τα δεδομένα που συλλέχθηκαν στο τέλος του πειράματος, καθώς και τα δεδομένα φυτικής βιομάζας χρησιμοποιήθηκαν για τη βαθμονόμηση του μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα η βαθμονόμηση με δεδομένα μετρήσεων πραγματοποιήθηκε για SOC, κατανομή WSA και περιεκτικότητα άνθρακα σε κάθε κλάσμα συσσωματωμάτων, καθώς επίσης και για τη φυτική ανάπτυξη και περιεκτικότητα Ν στους φυτικούς ιστούς. Στα ακόλουθα Σχήματα (17-19) παρουσιάζονται τα γραφήματα βαθμονόμησης για την κατανομή WSA, τον SOC και την κατανομή άνθρακα στα κλάσματα των WSA καθώς επίσης και την παραγωγή Βιομάζας για τη διαχείριση CONDENSE-N Βαθμονόμηση μοντέλου για τη δομή του εδάφους, τη δέσμευση του άνθρακα και την παραγωγή φυτικής βιομάζας

7 Δείκτες Βιωσιμότητας του Εδάφους Οι ρυθμοί έκπλυσης στα υπόγεια ύδατα επηρεάστηκαν από τις διαχειρίσεις. Το υλικό Condense αύξησε το ρυθμό έκπλυσης του DOC ενώ ο υψηλός ρυθμός εφαρμογής (CONDENSE-N) αύξησε την έκπλυση του Κ ως αποτέλεσμα της υψηλής περιεκτικότητας Κ στο υλικό Condense. Από την άλλη πλευρά, η ανόργανη λίπανση παρουσίαζε υψηλότερους ρυθμούς έκπλυσης νιτρικών και φωσφορικών συγκριτικά με το υλικό Condense. Σε γενικές γραμμές το κομπόστ Condense είχε χαμηλότερη έκπλυση Ν και Ρ, παρόμοια με την έκπλυση Κ, όταν εφαρμόζεται σε αγρονομικούς ρυθμούς και ελαφρώς υψηλότερη έκπλυση DOC στα υπόγεια ύδατα συγκριτικά με την ανόργανη λίπανση. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι το κομπόστ Condense απελευθερώνει θρεπτικά στο περιβάλλον σε χαμηλότερο ρυθμό συγκριτικά με τα ανόργανα λιπάσματα και μειώνει με αυτό τον τρόπο τον αντίκτυπο στα υπόγεια ύδατα. Το μοντέλο ICZ μπορεί επίσης να ποσοτικοποιήσει τις βασικές λειτουργίες του εδάφους, όπως τη δέσμευση θρεπτικών συστατικών, την παραγωγή βιομάζας και ένα πληρεξούσιο για τη βιοποικιλότητα, την αναλογία ΒΙΟ προς την πανίδα. Οι δείκτες δίνουν την ευκαιρία να εξαχθούν ορισμένα συμπεράσματα σχετικά με την «περιβαλλοντική επίπτωση» της εφαρμογής του υλικού Condense ως οργανικό λίπασμα και επίσης να βοηθήσει στο άνοιγμα της συζήτησης για τους "συμβιβασμούς" των διαφορετικών πρακτικών λίπανσης. Το υλικό ενίσχυσε τη δέσμευση SOC και τη βιοποικιλότητα, και η παραγωγή βιομάζας ήταν συγκρίσιμη (15% λιγότερο) με τη διαχείριση ανόργανης λίπανσης. Παράλληλα, η ροή του CO2 στην ατμόσφαιρα ήταν μικρότερη από τη διαχείριση IF και το Control.

8 Αποτελέσματα μοντέλου 1D-ICZ ρυθμοί έκπλυσης των θρεπτικών Δείκτες Βιωσιμότητας του Εδάφους 1D-ICZ model results - soil sustainability indices