Πολυτεχνείο Κρήτης Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος. Εδαφών Η ποιότητα του εδάφους και οι κύκλοι των θρεπτικών στο σύστηµα εδάφους/νερού/φυτού

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Πολυτεχνείο Κρήτης Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος. Εδαφών Η ποιότητα του εδάφους και οι κύκλοι των θρεπτικών στο σύστηµα εδάφους/νερού/φυτού"

Λαμία Αγγελίδης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Πολυτεχνείο Κρήτης Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος Εργαστήριο Υδρογεωχηµικής Μηχανικής και Αποκατάστασης Εδαφών Η ποιότητα του εδάφους και οι κύκλοι των θρεπτικών στο σύστηµα εδάφους/νερού/φυτού Φωτεινή Σταµάτη Μηχανικός Περιβάλλοντος, MsC Νικόλαος Νικολαΐδης (επιβλέπων) Νικόλαος Καλογεράκης Ελευθερία Ψυλλάκη 2 η Συνάντηση υδρομε ΩΝ 11&12 Ιουλίου 2008, Βόλος Έδαφος: ορίζεται ως το επιφανειακό στρώµα του φλοιού της γης, µεταξύ του υποστρώµατος και της επιφάνειας, εκτός από το υπόγειο νερό.

Νικόλαος Νικολαΐδης (επιβλέπων) Νικόλαος Καλογεράκης Ελευθερία Ψυλλάκη 2 η Συνάντηση υδρομε ΩΝ 11&12 Ιουλίου 2008, Βόλος

2 Προϊόντα και υπηρεσίες που παρέχει το έδαφος Αέρας ηµόσια υγεία Παραγωγή Βιοµάζας (π.χ. τροφική αλυσίδα Επιφανειακά νερά Κουλτούρα/Πολιτισµός Έδαφος Βιοποικιλότητα Υπόγειο νερό W.E.H. Blum, 2004

3 Χάνουµε τοέδαφος~100 φορές πιο γρήγορα από ότι η φύση το παράγει Αυτό είναι µη βιώσιµο! Συµπίεση N και P λιπάσµατα Άρδευση Σκοπός: Μεγιστοποίηση της παραγωγής = αντιµετώπιση της πείνας (µεταπολεµικό κατάλοιπο φάε το φαί σου, οι άνθρωποι στην πεινάνε κι εσύ ) Ζιζανιοκτόνα ιάβρωση Καύση

Συµπίεση N και P λιπάσµατα Άρδευση Σκοπός: Μεγιστοποίηση της παραγωγής

4 EU-SOIL COMMUNICATION 2002 (COM(2002)179) Προς µία θεµατική Στρατηγική για τη προστασία του εδάφους Οι 8 απειλές στο έδαφος Μείωση της οργανικής ύλης ιάβρωση Συµπίεση Μείωση της βιοποικιλότητς Πληµµύρες& κατολισθήσεις Ρύπανση (τοπική & διάχυτη) Σφράγιση Αλάτωση Παγκόσµιες επιπτώσεις της απώλειας της εδαφικής οργανικής ύλης ιεθνής σύµβαση για την βιοποικιλότητα ιεθνής σύµβαση για την ερηµοποίηση ιεθνής σύµβαση για τις κλιµατικές αλλαγές και Πρωτόκολλο του Κιότο

(τοπική & διάχυτη) Σφράγιση Αλάτωση Παγκόσµιες επιπτώσεις της απώλειας της εδαφικής οργανικής ύλης ιεθνής σύµβαση

5 είκτης Υποβάθµισης του εδάφους Αριθµητικός µέσος των: ιάβρωση (Pan-European Soil Erosion Risk Assessment PESERA) Περιεχόµενοσεοργανικόάνθρακα(%) στον επιφανειακό ορίζοντα των εδαφών στην Ευρώπη Πυκνότητα πληθυσµού (Population density disaggregated with Corine land cover 2000 (vers4)) Organic carbon content (%) PESERA (tn/ha/yr) Population density (pr 1 km 2 grid cell) 1 > >20 >2000

(Population density disaggregated with Corine land cover 2000 (vers4)) Organic carbon content (%) PESERA

6 Υπάρχει ανάγκη για αναθεώρηση των πρακτικών διαχείρισης των εδαφών, ολιστική προσέγγιση της ποιότητας/υγείας του εδάφους, καθιέρωση δεικτών για την αξιολόγηση της τρέχουσας ποιότητας του εδάφους. ΕΙΚΤΕΣ = ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Για την κατανόηση και διαχείριση πολύπλοκων συστηµάτων. Καταγεγραµµένες 488 εργασίες, σχετικές µε την καθιέρωση δεικτών για την ποιότητα του εδάφους Connie Hall, M.L.S. (2003). Προβληµατισµοί: πολυπλοκότητα, συµβατότητα, επαναληψιµότητα. Προοπτική: δείκτες οικονοµικοί στην εφαρµογή, ακριβής και ευαίσθητοι σε τέτοιο βαθµό, ώστε να καταδεικνύουν τις αλλαγές στην ποιότητα του εδάφους και να είναι ικανοί να ποσοτικοποιούν τις επιπτώσεις των πιο σηµαντικών απειλών του εδάφους σε αυτό. Ανάγκη για N-δείκτες Το Ν είναι το µόνο θρεπτικό που δεν απελευθερώνεται από τη διάβρωση των πετρωµάτων.

Προβληµατισµοί: πολυπλοκότητα, συµβατότητα, επαναληψιµότητα.

7 Μερικές πρόσφατες ανακαλύψεις για το DON στο περιβάλλον Το DON µπορεί να εκχυλιστεί από τα εδάφη και να ενσωµατωθεί στους µικροοργανισµούς και τα φυτά (Neff et al, 2003). Ο λόγος DON /TDN στη βροχόπτωση είναι περίπου 1/3 (median 30%, std: 16 %) (Neff et al, 2002). Ο λόγος DON /TDN κυµαίνεται από 50% (Wondzell & Swanson 1996) έως 95% (Hedin et al. 1995) σε λεκάνες, αλλά µόνο 10 20% σε λεκάνες µε υψηλή φόρτιση σε ανόργανο Ν (Perakis and Hedin 2002; Van Breeman 2002; Cambell et al., 2000). Το DON και το DOC δεν συσχετίζονται θετικά στις περισσότερες λεκάνες (Clark et al., 2004) Πρόσφατες έρευνες σχετικά µε την ικανότητα ανοργανοποίησης των εδαφών προτείνουν ότι το DON δεν µπορεί να εξαιρεθεί από την ταξινόµηση γονιµότητας των εδαφών (Murphy et al., 2000). Τα εδάφη βοσκότοπων περιέχουν τα µεγαλύτερα ποσά DON & DOC σε σχέση µε άλλες χρήσεις γης (Ghani et al., 2007) και φυσικά εδάφη (Murphy et al., 2000), διαφορετικής συµπεριφοράς µεταξύ τους.

1995) σε λεκάνες, αλλά µόνο 10 20% σε λεκάνες µε υψηλή φόρτιση σε ανόργανο Ν (Perakis and Hedin 2002; Van Breeman 2002; Cambell et al., 2000).

8 DIN, mg/l Γιατί τόσο πολύ DON στη Μεσόγειο 7 Mulargia 6 Med-Grecce Anapodaris Aks ios North Europe 2 America Pardiela Acheloos Evrotas 1 Krathis 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 DON/TDN Αξιός, km 2 Το DON στο ποτάµι συσχετίζεται µε τα φορτία που προέρχονται από την κτηνοτροφία Load (tn/y) y = 4785x - 191,32 R 2 = 0,9996 Ευρώτας, 2400 km 2 Κράθις, 149 km 2 Αχελώος, 6000 km 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 DON EXPORT LOAD Linear (DON EXPORT LOAD) Normalized Input DON Load from Pasture (tn/km 2 )

φορτία που προέρχονται από την κτηνοτροφία Load (tn/y) 2500 2000 1500 1000 500 0 y = 4785x - 191,32 R 2 = 0,9996 Ευρώτας, 2400 km 2

9 Προσέγγιση Η ποιότητα του εδάφους αποτελεί µια αντανάκλαση των εγγενών χαρακτηριστικών τους εδάφους και των πρακτικών που εφαρµόζονται σε αυτό. Μπορεί να θεωρηθεί ότι η ΕΟΥ αποτελεί ένα από τα πιο σηµαντικά της ποιότητας του εδάφους. Η παρούσα διατριβή στοχεύει στην ανάπτυξη ενός απλού δείκτη της ποιότητας της ΕΟΥ. Ο δείκτης αυτός θα είναι σε θέση να διαχωρίζει τις διαφορετικές πηγές προέλευσης (π.χ. ζωική και φυτική) της ΟΥ και µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να υποδείξει τη βιωσιµότητα της γονιµότητας του εδάφους και τις επιπτώσεις της υπερβόσκησης στην ΕΟΥ. Οπροτεινόµενος δείκτης βασίζεται στην αρωµατικότητα της ΕΟΥ η οποία εκτιµάται µε UV ανάλυση εκχυλίσµατος του εδάφους. Η µεθοδολογία εφαρµόστηκε σε δείγµατα εδάφους που πάρθηκαν από τη νήσο Κρήτη, και αντιστοιχούν σε διαφορετικές γεωργικές χρήσεις γης και πρακτικές διαχείρισης.

Ο δείκτης αυτός θα είναι σε θέση να διαχω

10 Περιοχές ειγµατοληψίας Νοµός Χανίων, νήσος Κρήτη, Ελλάδα

11 Μεθοδολογία Βασικά φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά του εδάφους και της ΕΟΥ πορώδες, ξηρή πυκνότητα, ph, αγωγιµότητα, ολικός οργανικός άνθρακας (Walkley-Black method), και ολικό kjeldahl N του εδάφους Γονιµότητα του εδάφους σε Ν Περιεχόµενο σε ανόργανο N υνητικά ανοργανοποιήσιµο Ν(βραχυπρόθεσµα) Εκχύλιση µε 2MKClσε µια αναλογία στερεού/υγρού 1:5, ανακίνηση στις 200 rpm, για 1h στους 20 o C, και για 1 εβδοµάδα στους 40 o C, αντίστοιχα. Τα εκχυλίσµατα φιλτράρονται (0.45 µm Nylon filter) και αναλύονται φασµατοσκοπικά για NO3-N, NH4-N, ΤΚΝ, και για DOC µε χρήση αυτόµατου αναλυτή TOC. UV ανάλυση των εκχυλισµάτων προσδιορισµός του φάσµατος απορρόφησης των δειγµάτων στο εύρος nm, µε χρήση κυψελίδας χαλαζία Αρωµατικότητα: ειδική απορρόφηση UV (SUVA, Specific UV Absorbance) (L/mg m), δηλαδή ο λόγος της απορρόφησης προς τη συγκέντρωση σε DOC (mg/l) του εκχυλίσµατος στα 280 nm (SUVA280), καθώς εκεί θεωρείται ότι δεν απορροφούν τα νιτρικά. Εξέταση του δείκτη που οµοιάζει µε την SUVA και προκύπτει από το λόγο της απορρόφησης προς τη συγκέντρωση σε DON (mg/l) του εκχυλίσµατος στα 280 nm.

για 1 εβδοµάδα στους 40 o C, αντίστοιχα. Τα εκχυλίσµατα φιλτράρονται (0.45 µm Nylon filter) και αναλύονται φασµατοσκοπικά για NO3-N, NH4-N, ΤΚΝ, και για DOC µε χρήση αυτόµατου αναλυτή TOC.

12 Βασικά φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά του εδάφους και της ΕΟΥ

13 Αποτελέσµατα των τεστ γονιµότητας Το ανόργανο N (mineral N), το δυνητικά ανοργανοποιήσιµο Ν(PMN) και το δυνητικά ολικό διαλυτό Ν (PTSN) δίνουν 3 διαφορετικές ταξινοµήσεις όσο αφορά στην γονιµότητα και δεν συσχετίζονται σηµαντικά µεταξύ τους. 100% 80% 60% 40% 20% 0% PL1 Nitrogen partioning in the leachate of Mineral N test PL3 PL5 Nitrogen, mg/kg PL PL9 CF5 PL3 CF1 CF3 Sample code PL5 PL1 CF5 SE1 PL9 PL4 CF4 PL2 PL6 SE3 CM2 Sample code 100% 80% 60% 40% 20% 0% PL1 Nitrogen partioning in the leachate of PMN N test PL3 SE1 PL8 SE3 PL7 PL10 CF2 CF1 CF3 Mineral N PMN PTSN PL5 PL7 PL9 CF1 CF6 SE2 CF3 Sample code CF5 SE1 SE3 CM2 NO3-N NH3-N (PMN) DON (PMN) NO3-N NH3-N (PMN) DON (PMN)

100% 80% 60% 40% 20% 0% PL1 Nitrogen partioning in the leachate of Mineral N test PL3 PL5 Nitrogen, mg/kg PL7 400 300 200 100 0 PL9 CF5 PL3 CF1 CF3 Sample code PL5 PL1 CF5 SE1

14 PL2 PL1 PL1 PL2 PL4 CF5 SE3 CF6 SE1 CF2 CF4 CF είκτες αρωµατικότητας SOC Aromaticity Index CF5 PL5 PL7 PL9 PL8 PL3 PL6 PL10 SE2 SE1 SE3 CF1 CF3 Soil ID SON Aromaticity Index PL4 PL5 PL6 PL7 PL8 PL9 PL10 CF1 CF2 CF3 SE2 CF4 PL3 A(280)/DOC, (m mg) Soil ID A(280)/DOC, (m mg) -1

SE1 SE3 CF1 CF3 Soil ID SON Aromaticity Index PL4 PL5 PL6 PL7 PL8 PL9 PL10

15 Συντελεστές κατανοµής 1200 Kd, ml/g (STKN/PMN) SON-ArI Εδάφη µε µικρή ικανότητα ανοργανοποίησης Ν και εµπλουτισµένα σε DON, το οποίο εκχυλίζεται εύκολα Kd, ml/g (STKN/DON of the Mineral test) SON-ArI

εµπλουτισµένα σε DON, το οποίο εκχυλίζεται εύκολα Kd, ml/g (STKN/DON of

16 Κατανοµή του DON σε αρωµατικό και µη αρωµατικό DOC = DOCar + DOCnon ar DON = DONar + DONnon ar DOCar = mar A(280) 1 DONar = DOCar = rar mar A(280) rar DOCnon ar = DOC DOCar DONnon ar = DON DONar DOCar CF 6 rar = = 2.00 DONar 1 DOC mar = = = SUVA(280) A(280) CF DON non aromatic 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% y = 0,0298x R 2 = 1 y = -0,0298x + 1,0001 R 2 = SON ArI DON non aromatic DON aromatic Li (DON ti ) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% DON aromatic

00 DONar 1 DOC mar = = = SUVA(280) A(280) CF 6 20.

17 Μέχρι τώρα: Οπροτεινόµενος δείκτης φαίνεται να είναι σε θέση να µας δώσεις αξιόπιστες ενδείξεις για την επίδραση της διαχείρισης στην ποιότητα της οργανικής ύλης των αγροτικών εδαφών. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί ως δείκτης για την γονιµότητα των εδαφών σε σχέση µε το Ν και ως διαχειριστικό εργαλείο για την λίπανση, και ως δείκτης των επιπτώσεων της υπερβόσκησης στα εδάφη. Τρέχουσες εργασίες: Συσχέτιση του δείκτη µε την«βιοποικιλότητα» ή καλύτερα αφθονία των ειδών (βακτήρια και µύκητες). Ταυτοποίηση των ειδών των βακτηρίων. Μελλοντικές εργασίες: Επαλήθευση της µεθοδολογίας και του δείκτη σε µελέτη στην IOWA, USA, σε τέσσερις διαφορετικούς τύπους εδαφών. Μελέτη της σύνδεσης της ποιότητας των εδαφών µε την ποιότητα στο ποτάµι και τη διάβρωση (µελέτες ιζηµάτων). Θα πραγµατοποιηθεί στη λεκάνη απορροής του ποταµού Creek στην IOWA. Μελέτη του κύκλου ζωής των φραγµιτών και του µηχανισµού αναδιανοµής του φωσφόρου σε αυτούς, υπό ελεγχόµενες συνθήκες. (διαφορετικές λιπάνσεις και εδάφη διαφορετικής ποιότητας) Θα πραγµατοποιηθούν στο πανεπιστήµιο της IOWA στις ΗΠΑ, υπό την συνεπίβλεψη του καθηγητή Jerald L. Schnoor.

Τρέχουσες εργασίες: Συσχέτιση του δείκτη µε την«βιοποικιλότητα» ή καλύτερα αφθονία των ειδών (βακτήρια και µύκητες). Ταυτοποίηση των ειδών των βακτηρίων.

18 Ο ξεχασµένος µηχανισµός N & P περιεχόµενο - Phragmites australis April June August September December NO3-N Total-P Concentration in the Reeds, mg/kg dw Συγκέντρωση PO4-P (g/kg) Μέσος όρος Θ1-Θ3, Αποστραγγιστικό κανάλι στη Σκάλα, Ν. Λακωνίας /2/ /3/ /5/2008 1/7/2008 Ηµεροµηνία Άνω Μέση Κάτω Ρίζες Ο P επιστρέφει στις ρίζες µηχανισµός αυτολίπανσης Έχουν ξεχάσει τα φυτά τον µηχανισµό Τι θα συµβεί µετά το 2025 χωρίς P?

(g/kg) Μέσος όρος Θ1-Θ3, Αποστραγγιστικό κανάλι στη Σκάλα, Ν.

19 Ευχαριστούµε γιατηνυποστήριξηταευρωπαϊκάπρογράµµατα SoilCritZone και LIFE05-EnviFriendly ( και την υποστήριξη από το ίδρυµα Μποδοσάκη για διδακτορικές σπουδές. Η βιωσιµότητα των εδαφών στην Ευρώπη όπως προκύπτει από την έρευνα της κρίσιµης ζώνης Soil Sustainability In Europe As Deduced From Investigation Of The Critical Zone

Η βιωσιµότητα των εδαφών στην Ευρώπη όπως προκύπτει από την έρευνα της κρίσιµης ζώνης Soil

20 Ευχαριστώ

Σχετικά έγγραφα

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

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