ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ- ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΟΙΚΟΛΟΓΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ- ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΓΛΥΚΟΥ ΣΟΡΓΟΥ [Sorghum bicolor (L.) Moench] ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΛΛΕΙΨΗΣ ΝΕΡΟΥ ΣΤΗΝ ΕΔΑΦΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ ΣΕ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ ΚΑΙ ΣΤΙΣ ΑΠΟΔΟΣΕΙΣ ΤΗΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ (ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ) ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΚΑΜΠΡΑΝΗΣ ΠΤΥΧΙΟΥΧΟΣ ΑΤΕΙ-ΓΕΜΑ ΠΑΤΡΑ 2007

2 Η παρούσα διδακτορική διατριβή χρηματοδοτήθηκε από τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (Γ.Γ.Ε.Τ.) και την Ευρωπαϊκή Ένωση μέσω του προγράμματος «ΠΕΝΕΔ 2001»

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Τα πειράματα πεδίου πραγματοποιήθηκαν σε αγρόκτημα στο χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών, και οι χημικές αναλύσεις στο Εργαστήριο Φυσιολογίας Φυτών του Τμήματος Βιολογίας. Η παρούσα μελέτη ως διδακτορική διατριβή γίνεται στα πλαίσια ερευνητικού έργου με τίτλο «ΒΙΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ» που χρηματοδοτήθηκε στα πλαίσια του ΠΕΝΕΔ 2001 και είναι το ένα από τα τρία διδακτορικά που τελικά έχουν χρηματοδοτηθεί και αφορούν την πρώτη φάση του έργου με αντικείμενο τη διερεύνηση θεμάτων βιολογικής καλλιέργειας του γλυκού σόργου και την επίδραση που έχει η έλλειψη νερού σε φυσιολογικές παραμέτρους της καλλιέργειας και στις αποδόσεις σε βιομάζα και ζάχαρα της καλλιέργειας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον εισηγητή κ. Κων/νο Αγγελόπουλο, Επίκουρο Καθηγητή Τμήματος Βιολογίας Πανεπιστημίου Πατρών, για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε και την τιμή που μου έκανε να μου αναθέσει τη συγκεκριμένη μελέτη, καθώς και για τη βοήθειά του σε όλα τα στάδια διεκπεραίωσης αυτής. Επίσης, τα μέλη της Τριμελούς Επιτροπής παρακολούθησης της πορείας του διδακτορικού, κ. Θεόδωρο Γεωργιάδη καθηγητή Οικολογίας του Τμήματος Βιολογίας και τον κ. Γεράσιμο Λυμπεράτο, Καθηγητή Τμήματος Χημικών Μηχανικών ως επίσης κατά λοιπά μέλη της εξεταστικής επιτροπής κ. Δημήτριο Τζανουδάκη Καθηγητή Τμήματος Βιολογίας τον κ. Γεώργιο Αγγελή Αναπληρωτή καθηγητή Τμήματος Βιολογίας, τον κ. Νικόλαο Λαμπράκη Καθηγητή Τμήματος Γεωλογίας και τον κ. Νικόλαο Δέρκα Επίκουρο Καθηγητή Τμήματος Φυσικών πόρων και γεωργικής μηχανολογίας του Γεωπονικού Πανεπιστημίου Αθηνών. Ευχαριστώ επίσης όλους τους μεταπτυχιακούς Κούβελα Αντώνιο, Γεωργιλά Βασιλική, Θεωδοράκη Δώρα και Θεωδορακοπούλου Αθηνά. Επίσης τους προπτυχιακούς φοιτητές του εργαστηρίου φυσιολογίας φυτικών καλλιεργειών Αικατερίνη Πιστίκη που συνεργαστήκαμε κατά το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και την Μακρή Άννα. Όλοι τους συνέβαλλαν στο να εγκατασταθεί η καλλιέργεια στον αγρό. Επίσης βοήθησαν στο να πραγματοποιηθούν και να ολοκληρωθούν όλες οι μετρήσεις και οι δειγματοληψίες στον αγρό καθώς και για την βοήθεια στην φροντίδα της καλλιέργειας. Ευχαριστώ τους γονείς μου Γρηγόριο και Ευδοξία για την αμέριστη ηθική συμπαράσταση καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου. Είναι ανάγκη να ευχαριστήσω θερμά την γυναίκα μου Αγγελική και τα παιδιά μου Γρηγόριο και Μαρία για την ηθική συμπαράσταση αλλά και την υπομονή που έδειξαν έως ότου ολοκληρώσω τις σπουδές

4 μου. Επίσης ευχαριστώ τον παιδικό μου φίλο Παναγιώτη Νάνο για την βοήθεια και την συμπαράσταση.

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ

6 Α. ΕΙΣΑΓΩΓΗ. 1. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΑΠΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ. Η στροφή προς τις εναλλακτικές πηγές ενέργειας φαίνεται να είναι σήμερα επιτακτική ανάγκη. Τα κοιτάσματα ορυκτών καυσίμων (στερεών, υγρών και αέριων) εξορύσσονται και καταναλώνονται με ταχύτατους ρυθμούς, με αποτέλεσμα να εξαντληθούν στο άμεσο μέλλον, ενώ παράλληλα επιβαρύνουν σοβαρά το περιβάλλον. Σύμφωνα με τα διάφορα σενάρια, στο ενδιάμεσο διάστημα, μέχρι δηλαδή να εξαντληθούν τα γνωστά αποθέματα καύσιμων υλών, προβλέπεται ο διπλασιασμός των κατοίκων του πλανήτη και ο πολλαπλασιασμός των ενεργειακών τους αναγκών (Biomass guide, ΚΑΠΕ, 2005). Δεν είναι τυχαία η ανησυχία των ειδικών επιστημόνων ότι αν συνεχιστεί αυτός ο ρυθμός κατανάλωσης ορυκτών καυσίμων στα επόμενα χρόνια οι συνέπειες στα οικοσυστήματα θα είναι τόσο σοβαρές που θα έχουν άμεσες επιπτώσεις στις ανθρώπινες κοινωνίες με τη δημιουργία χιλιάδων «οικολογικών» μεταναστών όπως ονομάστηκαν οι άνθρωποι που θα αναγκαστούν να μετακινηθούν λόγω των συνεπειών του φαινομένου του θερμοκηπίου. Η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας έχει αυξηθεί κατά 17 φορές τον 20 ο αιώνα, ενώ οι εκπομπές CO 2, SO 2, και NO x από την καύση ορυκτών καυσίμων είναι τα πρωταρχικά αίτια της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και του φαινομένου του θερμοκηπίου εικόνα (1 & 2). Μέχρι σήμερα, περισσότερο από το 85 % των ενεργειακών απαιτήσεων παγκοσμίως ικανοποιείται από τα ορυκτά καύσιμα, ενώ παράλληλα οι εκπομπές CO 2 από τις πηγές αυτές έχουν αυξηθεί στο 4πλάσιο τα τελευταία 40 χρόνια (Türe et al., 1997). Παράλληλα εντείνονται οι ανησυχίες για τα αποθέματα των ορυκτών καυσίμων εφόσον αυτά λόγο της συνεχείς και αυξανόμενης εξόρυξης κάποια στιγμή θα τελειώσουν. Στην εικόνα (3) σύμφωνα με ένα σενάριο του 2004 που αναλύει την εξόρυξη των ορυκτών καυσίμων από το 1889 έως το 2050 φαίνεται ότι το 2050 θα υπάρξει πρόβλημα έλλειψης των ορυκτών καυσίμων. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, η περιεκτικότητα σε CO 2 της ατμόσφαιρας έχει αυξηθεί κατά 27 %. Κάτω από την απειλή της παγκόσμιας αλλαγής του κλίματος, οι βιομηχανικές χώρες δεσμεύτηκαν μέσω της Συμφωνίας στο Κυότο (Δεκέμβριος 1997) να περιορίσουν τις εκπομπές CO 2 και άλλων θερμοκηπιακών αερίων κάτω από τα επίπεδα

7 του 1990 πριν το 2012 (Hall et al., 1998, Woods J., Hall D.O. 1994, Kazuhisa Miyamoto 1997). Ως απόρροια των προαναφερόμενων προβληματισμών, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ηλιακή, αιολική, γεωθερμική, υδατική, βιομάζα), οι οποίες δεν εμφανίζουν τον κίνδυνο εξάντλησης και είναι φιλικές προς το περιβάλλον, προβάλλουν σήμερα ως η κύρια λύση στην κάλυψη των ενεργειακών αναγκών. Η παραγωγή ενέργειας από βιομάζα, η οποία ήταν η πρωταρχική μορφή ενέργειας για εκατομμύρια χρόνια, βρέθηκε σήμερα να ξανακερδίζει τη σπουδαιότητά της. Η βιομάζα είναι διαθέσιμη σχεδόν παντού, και πέρα της σημαντικής συμβολής της στον ενεργειακό τομέα, μπορεί να αυξήσει τα οφέλη για την κοινωνικό-οικονομική ανάπτυξη, ειδικά στις γεωργικές περιοχές (Roman et al., 1998), αλλά και για το περιβάλλον, συμβάλλοντας σε μεγάλο βαθμό στην επίτευξη των στόχων του Πρωτοκόλλου του Κυότο. Εικόνα 1. Μορφές ρύπανσης από τα ορυκτά καύσιμα. Με τον όρο «βιομάζα» εννοούμε όλες οι μορφές οργανικής ουσίας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή ενέργειας (Biomass guide, ΚΑΠΕ, 2005). Οι ενεργειακές καλλιέργειες, συγκεκριμένα, στις οποίες περιλαμβάνονται τόσο ορισμένα ήδη 2

8 καλλιεργούμενα είδη όσο και μια σειρά αυτοφυή, έχουν ως σκοπό την παραγωγή βιομάζας, η οποία μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για διάφορους ενεργειακούς σκοπούς, όπως την παραγωγή σπορέλαιων για την παραγωγή «βιολογικού» πετρελαίου (biodiesel), ζυμώσιμα σάκχαρα υδατάνθρακες για την παραγωγή βιοαιθανόλης, ή ξηρά ουσία για καύση, πυρόλυση, αεριοποίηση κ.τ.λ. (Monti et al. 2003). Οι ενεργειακές καλλιέργειες αποκτούν τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερη σημασία για τις ανεπτυγμένες χώρες, που προσπαθούν, μέσω των καλλιεργειών αυτών, να περιορίσουν, πέραν των περιβαλλοντικών και ενεργειακών τους προβλημάτων, και το πρόβλημα των γεωργικών πλεονασμάτων. Η νέα Κοινή Αγροτική Πολιτική (Κ.Α.Π.) της Ε.Ε. θα δημιουργήσει σοβαρότατα προβλήματα διάθεσης των αγροτικών προϊόντων που προορίζονται για διατροφή και παραγωγή βιομηχανικών πρώτων υλών. Σύμφωνα με τις προβλέψεις, εκατομμύρια στρέμματα γόνιμων και περιθωριακών εκτάσεων είναι πιθανό να περιέλθουν σε αγρανάπαυση, εκτός εάν οι εκτάσεις αυτές χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενέργειας (Biomass guide, ΚΑΠΕ, 2005). Για το λόγω αυτό, η Ε.Ε. δαπανά μεγάλα ποσά στην έρευνα για την αξιοποίηση της βιομάζας και την ανάπτυξη των βιοκαυσίμων στις περιθωριοποιούμενες εκτάσεις. Εικόνα 2. Επιπτώσεις της ρύπανσης του περιβάλλοντος Στόχος της Ε.Ε., όπως υπογραμμίζεται στη Λευκή Βίβλο για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, (COM (97) 599), είναι να γίνουν εκείνα τα βήματα που θα επιτρέψουν να καλυφθούν από ανανεώσιμες πηγές το 12 % των ετήσιων ενεργειακών αναγκών των 3

9 χωρών-μελών της μέχρι το Το 1995 η βιομάζα κάλυπτε περίπου το 3 % (44,8 ΜΤΙΠ 1 ) των ετήσιων αναγκών της κοινότητας σε ενέργεια. Οι προτάσεις της Λευκής Βίβλου προβλέπουν σημαντική αύξηση της συμμετοχής της βιομάζας στο ενεργειακό ισοζύγιο της Ε.Ε, καθώς το 2010 αναμένεται να καλύπτει περίπου το τριπλάσιο του επιπέδου του 1995 στις ετήσιες ενεργειακές ανάγκες των χωρών-μελών της. Σε αυτό το επιπρόσθετο ποσό των 90 ΜΤΙΠ, οι ενεργειακές καλλιέργειες αναμένεται να συμβάλλουν με 45 ΜΤΙΠ, έναντι των 35 ΜΤΙΠ από τα γεωργικά και δασικά υπολείμματα και των υπόλοιπων 15 ΜΤΙΠ από την εκμετάλλευση βιοαερίου. ΥΓΡΑ ΚΑΙ ΑΕΡΙΑ ΚΑΥΣΙΜΑ ΣΕΝΑΡΙΟ 2004 Εικόνα 3. Η ζήτηση και τα αποθέματα των ορυκτών καυσίμων για διάφορες χώρες σύμφωνα με το σενάριο του Ειδικότερα στην Ελλάδα, εξαιτίας των ευνοϊκών κλιματικών συνθηκών, πολλές καλλιέργειες προσφέρονται για ενεργειακή αξιοποίηση και δίνουν υψηλές στρεμματικές αποδόσεις. Μερικές από αυτές είναι του καλαμιού, της αγριαγκινάρας (Atundo donax L.), του γλυκού σόργου, του μίσχανθου, του ευκαλύπτου και της ψευδοακακίας, για τις οποίες, τα τελευταία χρόνια, γίνεται εντατική μελέτη εφαρμογής τους στις ελληνικές 1 ΤΙΠ = Τόνοι Ισοδύναμου Πετρελαίου (αντίστοιχη μονάδα στα αγγλικά: toe = tons of oil equivalent). 4

10 συνθήκες (Biomass guide, ΚΑΠΕ, 2005) εικόνα (3 & 4), Πανεπιστήμιο Πατρών, Γεωπονικό Πανεπιστήμιο. Εικόνα 4. Ενεργειακές καλλιέργειες Εικόνα 5. Ενεργειακές δασικές καλλιέργειες. 5

11 Μεταξύ των ενεργειακών καλλιεργειών σημαντική θέση κατέχουν ποικιλίες του σόργου {Sorghum bicolor (L.) Moench.) για παραγωγή ενεργειακής βιομάζας λόγω του υψηλού ποσοστού ζυμώσιμων σακχάρων και των καύσιμων οργανικών ουσιών, την ανοχή στην έλλειψη νερού και τις χαμηλές απαιτήσεις σε θρεπτικά στοιχεία (Soontornchainaksaeng et al., 1996, Dercas et al., 1995 ). Για την παραγωγή βιομάζας και βιοκαυσίμων, το γλυκό σόργο (Sorghum bicolor (L.) Moench). Kατέχει μία εξέχουσα θέση λόγω της υψηλής φωτοσυνθετικής του ικανότητας ως φυτό με C 4 φωτοσυνθετικό μεταβολισμό. Η Ε.Ε. έχει χρηματοδοτήσει τα τελευταία χρόνια αρκετές ερευνητικές μελέτες με αντικείμενο το γλυκό σόργο (προγράμματα όπως AIR, FAIR, κ.ά.), προκειμένου να μπορέσει να αποτελέσει μία εναλλακτική και οικονομικά βιώσιμη λύση παραγωγής ενέργειας. Το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας σε συνεργασία με το Γεωπονικό Πανεπιστήμιο και το Πανεπιστήμιο Πατρών στα πλαίσια συμμετοχής του σε εθνικά και ευρωπαϊκά ερευνητικά έργα, έχει εγκαταστήσει πειραματικούς αγρούς σε πολλές περιοχές της Ελλάδας (Καβαδάκης κ.ά., 2000, Αγγελόπουλος κ. ά., 2005, Καμπράνης κ.ά.,2005, 2006, 2007, Πιστίκη 2007). Σε πειράματα που διεξαχθήκαν στην Ισπανία το 1991 και το 1994 από τους (Curt et al. 1998) η ποικιλία Keller απέδωσε g ξηράς βιομάζας m -2 και g ξηρής βιομάζας m -2 αντιστοίχως. Τα πειράματα διεξαχθήκαν υπό συνθήκες λίπανσης (19.5 g N m -1 το 1991 και 6 g N m -1 το 1994), άρδευσης (817 mm το 1991 και 644 mm το 1994), και με πυκνότητα 14,8 φυτά m -2. Κατά μέσο όρο στα δυο έτη συγκομίστηκαν g ξηρής βιομάζας m -2 αποδόσεις πού αντιστοιχούν σε 26,7 t ha -1. Επίσης η μέση απόδοση σακχάρων από τις δυο χρονιές ήταν 835 g σακχάρων m -2 που αντιστοιχούν σε 8,3 t ha -1 Τα αποτελέσματα αυτά συμφωνούν με τη μέση απόδοση σακχάρων στην Ευρώπη η οποία κυμαίνεται μεταξύ 8 10 t ha -1. Οι Mastrorilli et al.,(1999) σε πειράματα που πραγματοποίησαν στη νότια Ιταλία με καλλιέργεια γλυκού σόργου πήραν αποδόσεις g ξηρής βιομάζας m -1 κατά μέσο όρο τριών καλλιεργητικών περιόδων διάρκειας 111 ημερών και με πυκνότητα φύτευσης 11,5 φυτά m -2. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών ταυτίζονται με τις μέσες τιμές των αποδόσεων σε συνθήκες πλήρους άρδευσης και λίπανσης σε μεσογειακά περιβάλλοντα. 6

12 Οι Dalianis et al (1996) έχουν μελετήσει την επίδραση της πυκνότητας των φυτών σε καλλιέργεια, στα αγρονομικά χαρακτηριστικά και τις αποδόσεις γλυκού σόργου ποικιλίας Keller. Τα φυτά σπάρθηκαν σε γραμμές η απόσταση των οποίων ήταν 0,70m ενώ οι αποστάσεις των φυτών επί της γραμμής ήταν 5, 10, 15 και 20 εκατοστά (με αριθμό φυτών κατά στρέμμα , , 9.300, αντιστοίχως. Διαπίστωσαν ότι η πυκνότητα φυτών 7.100/στρέμμα έδωσε τις καλύτερες αποδόσεις σε νωπή και ξηρά βιομάζα (περίπου 11,3 τονους/στρέμμα νωπής βιομάζας). Επίσης εμφάνισαν το μεγαλύτερο αριθμό φύλλων και το μεγαλύτερο ύψος φυτών. Επίσης οι Dalianis et al (1995) ως ερευνητική ομάδα του ΚΑΠΕ, μελέτησαν στις αρχές της δεκαετίας του 90 την προσαρμοστικότητα ποικιλιών του γλυκού σόργου σε διάφορες περιοχές της χώρας και την επίδραση διαφορετικών επιπέδων άρδευσης και αζωτούχου λίπανσης στις αποδόσεις σε νωπή βιομάζα και σάκχαρα στα στελέχη ως και στα αγρονομικά χαρακτηριστικά διαφόρων ποικιλιών γλυκού σόργου. Διαπιστώθηκε ότι η ποικιλία Keller ήταν η πλέον αποδοτική σε νωπή βιομάζα. Οι αποδόσεις κυμάνθηκαν από 8,7-14,4 τόνους νωπής βιομάζας/στρέμμα και 0,9-1,2 τονους σάκχαρα /στρέμμα. H άρδευση φαίνεται να επηρεάζει τις αποδόσεις και τα αγρονομικά χαρακτηριστικά της καλλιέργειας καθώς και τις αποδόσεις σε βιομάζα και σάκχαρα. Αντιθέτως η αζωτούχος λίπανση δεν δείχνει να επιδρά στις αποδόσεις σε νωπή βιομάζα και περιεκτικότητα σε σάκχαρα. Παράλληλα μελέτησαν τις επιδράσεις αβιοτικών παραγόντων σε φυσιολογικές παραμέτρους της καλλιέργειας όπως η εξατμισοδιαπνοή και οι συντελεστές αξιοποίησης του νερού και της ηλιακής ακτινοβολίας. Οι αποδόσεις κυμάνθηκαν από τόνους νωπής βιομάζας /στρέμμα. Υπολογίστηκε ο συντελεστής αξιοποίησης της ηλιακής ακτινοβολίας (radiation use efficiency, RUE) 3,5 gr dm/mj PAR και ο συντελεστής αξιοποίησης του νερού (water use efficiency, WUE) 5,5 Kgr/στρέμμα/mm νερού. Σε νεότερα πειράματα προς το τέλος της δεκαετίας του 90 οι αντίστοιχες ερευνητικές ομάδες του ΚΑΠΕ μελέτησαν τα αγρονομικά χαρακτηριστικά και τις αποδόσεις ως και την επίδραση διαφόρων επιπέδων άρδευσης και αζωτούχου λίπανσης σε μια σειρά ποικιλίες (Sofra, Korral, Colley, Keller, Mn 1500) και υβρίδια γλυκού σόργου. Επιβεβαιώθηκε ότι οι πιο αποδοτικές ποικιλίες ήταν η Keller και MN Οι αποδόσεις των ποικιλιών αυτών κυμάνθηκαν από 10,5-11,5 τόνους/στρέμμα για μια πυκνότητα φυτών/στρέμμα. Στα πειράματα αυτά 7

13 διαπιστώθηκε επίδραση της λίπανσης σε αγρονομικά χαρακτηριστικά των φυτών όπως το ύψος και ο πράσινος δείκτης φυλλικής επιφάνειας. (6.2 στη λίπανση έναντι 4,4 του μάρτυρα). Οι Dercas et al. (1996) σε πειραματικούς αγρούς της Βάγιας Βοιωτίας το 1993 και στη Κωπαίδας το 1994 στην κεντρική Ελλάδα εκτέλεσαν πειράματα, στα πλαίσια του ευρωπαϊκού προγράμματος AIR, με τέσσερα επίπεδα άρδευσης (I H,I M =1/2 I H,I L =1/4 I H και Ι ΗΑ = I H μέχρι την άνθηση) και δύο επίπεδα αζωτούχο λίπανσης (Ν L = 40 kg N ha -1 και N H =120 kg N ha -1 ). Στους πειραματικούς αγρούς της Βάγιας το 1993 συγκομίστηκαν g m -2 χωρίς διαφορές στις αποδόσεων ανάμεσα στα επίπεδα άρδευσης. Το 1994 οι αποδόσεις διαφοροποιήθηκαν με g m -2 στο υψηλό επίπεδο άρδευσης (I H ) και g m -2 στο χαμηλό επίπεδο άρδευσης (I L ). Η διαφορά αυτή αποδόθηκε από τους ερευνητές στο γεγονός ότι δεν υπήρχε υπόγειο νερό στον πειραματικό αγρό της Κωπαίδας. Η ξηρή βιομάζα που υπολογίστηκε ήταν g m -2 για το υψηλό επίπεδο άρδευσης και για τα δυο έτη των πειραμάτων. Τα επίπεδα λίπανσης δεν είχαν καμία επίδραση στις αποδόσεις ούτε της νωπής ούτε της ξηρής βιομάζας και στα δύο έτη. Αυτό αποδόθηκε στην υψηλή λίπανση του αγρού που είχε προηγηθεί τα προηγούμενα έτη και στις χαμηλές απαιτήσεις της καλλιέργειας σε θρεπτικά συστατικά. 8

14 2. Η ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΓΛΥΚΟΥ ΣΟΡΓΟΥ. 2.1 Βοτανική ταξινόμηση και προέλευση. Το όνομα γλυκό ή σακχαρούχο σόργο (sweet sorghum) χρησιμοποιείται για την ταυτοποίηση γλυκών και χυμωδών ποικιλιών σόργου, που ανήκουν στα φυτά του είδους Sorghum bicolor (L.) Moench, Andropogon sorghum (L.) Brot.) (FAO), της οικογένειας των Αγρωστωδών (Graminae). Κατά τον De Wet (1970) το γένος υποδιαιρείται σε τρία διαφορετικά είδη: S.bicolor,S,halepencse and S. Propinquum (Καραμάνος, 1999). Είναι ετήσια φυτά με C 4 φωτοσυνθετικό μεταβολισμό, η δε καταγωγή τους εντοπίζεται στην Αφρική (Αιθιοπία), από όπου προέρχονται και πολλές από τις σημερινές καλλιεργούμενες ποικιλίες. Καλλιέργεια του σόργου αναφέρεται επίσης και στην Ινδία, την Ασσυρία (700 π.χ.), ενώ η καλλιέργεια έφτασε στην Κίνα το 13 ο αι. και πολύ αργότερα στις Η.Π.Α. (αρχές 17 ου αιώνα) (Undersander et al., 1988, 1990). Από τότε, το σόργο έχει εξαπλωθεί σε πολλές τροπικές, υποτροπικές και θερμές εύκρατες περιοχές του κόσμου. Το γλυκό σόργο θεωρείται η πιο υποσχόμενη <<νέα ύλη>> για την ενέργεια και τη βιομηχανία (Billa et al., 1997). Λόγω της ανθεκτικότητας στην ξηρασία και των υψηλών αποδόσεων σε βιομάζα, αποτελεί ένα πολύ σημαντικό είδος διατροφής σε πολλές περιοχές της Αφρικής και της Ασίας, για πολλές μάλιστα αγροτικές οικογένειες είναι ένα είδος πρώτης ανάγκης στην καθημερινή τους δίαιτα. Φαίνεται λοιπόν ότι το σόργο ως καλλιέργεια έχει έναν πάρα πολύ μεγάλο ρόλο στην παγκόσμια διατροφική οικονομία, όντας σήμερα το 5 ο σημαντικότερο δημητριακό στον κόσμο (μετά το σιτάρι, το ρύζι, το καλαμπόκι και το κριθάρι), με περισσότερο από 35 % να παράγεται για άμεση κατανάλωση από τον άνθρωπο (Kangama et al., 2005). 9

15 Εικόνα 6. Καλλιέργεια του γλυκού σόργου στο Πανεπιστήμιο Πατρών. 2.2 Είδη και χρήσεις σόργου. Όλα τα καλλιεργούμενα φυτά σόργου ανήκουν στο υποείδος Sorghum bicolor (L.) Moench subsp. bicolor (Dahlberg 1995), και μπορούν να ταξινομηθούν με βάση τη χρήση τους σε τέσσερις μεγάλες ομάδες (Νικολάου κ.ά., 2000): 1. Το σποροπαραγωγικό ή καρποδοτικό σόργο (grain sorghum), το οποίο καλλιεργείται για παραγωγή σπόρου, και είναι ένα εντατικά καλλιεργούμενο είδος σε πολλές χώρες της Αφρικής, ορισμένες περιοχές της Ινδίας και στις Η.Π.Α. 2. Το σόργο σαρωθροποιΐας (broomcorn), το οποίο χρησιμοποιείται για την κατασκευή σκούπας από τις μακριές διακλαδώσεις της ταξιανθίας του. 3. Το ινώδες σόργο (fibre sorghum) είναι υβρίδιο μεταξύ του σποροπαραγωγικού και του σόργου σαροθρωποιΐας, με υψηλό ποσοστό κυτταρίνης και χαμηλή περιεκτικότητα σε διαλυτά σάκχαρα (Gosse, 1996). 10

16 4. Το σόργο του Σουδάν (Sudangrass), το οποίο καλλιεργείται για ζωοτροφή. Έχει πλούσια φυτική μάζα, ταχεία ανάπτυξη και ευχέρεια στην αναβλάστησης μετά την κοπή. Το γλυκό σόργο του Σουδάν (sweet Sudangrass) που προέρχεται από τη διασταύρωση του σόργου του Σουδάν με το σακχαρούχο σόργο έχει γλυκύτερα και παχύτερα στελέχη με λιγότερο πρωσικό οξύ. 5. Το γλυκό ή σακχαρούχο σόργο (sweet sorghum), το οποίο καλλιεργείται για τα γλυκά στελέχη του, κυρίως για την παραγωγή σιροπιού, αλλά και για ζωοτροφή. Είναι προφανές ότι το σόργο είναι μία πολύ - λειτουργική καλλιέργεια. Ιστορικά, η κύρια χρήση του γλυκού σόργου σε ορισμένες τροπικές και υποτροπικές περιοχές ήταν η παραγωγή σιροπιού. Οι προσπάθειες ανάπτυξης μίας βιομηχανίας ζάχαρης από το γλυκό σόργο δεν έχουν βρει εύφορο έδαφος, καθώς οι διάφορες δυσκολίες και περιορισμοί καθιστούν την παραγόμενη ζάχαρη πιο ακριβή από αυτή που λαμβάνεται από το ζαχαροκάλαμο και τα σακχαρότευτλα (Dalianis, et al., 1996, και Dalianis, et al., 1996b ). Ως ενεργειακή καλλιέργεια, μπορεί να έχει δύο προορισμούς (Gosse, 1996): την παραγωγή βιοαιθανόλης από τους ζυμώσιμους υδατάνθρακες (η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο κίνησης με πρόσμιξη με βενζίνη), και την παραγωγή ηλεκτρισμού ή θερμότητας από τα υπολείμματα εκχύλισης των σακχάρων (bagasse). Η παραγωγή αιθανόλης από το γλυκό σόργο υπερτερεί ποσοτικά σε σύγκριση με την παραγωγή της από καλλιέργειες άλλων σιτηρών (Wiedenfeld, 1984).Τα υπολείμματα εκχύλισης μπορούν επιπλέον να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή πολτού για χαρτί, νοβοπάν, βιοαερίου, κομπόστας (βελτιωτικό εδάφους) Προσαρμοστικότητα και παραγωγικότητα. Το γλυκό σόργο προσαρμόζεται σε ένα μεγάλο εύρος περιβαλλοντικών συνθηκών. Λόγω της καταγωγής του από τροπικές περιοχές είναι ανεκτικό στην έλλειψη νερού, ενώ παράλληλα απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες, 9-10 ο C για βλάστηση των σπερμάτων (Cosentino, et al., 1996) και ο C για αύξηση (Dalianis, et al., 1996), με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται με ιδιαίτερη επιτυχία σε περιοχές με ήπιο κλίμα, όπως χώρες της Ν. Ευρώπης, συμπεριλαμβανομένης της Ελλάδας. 11

17 Η ευρεία προσαρμοστικότητα του γλυκού σόργου μπορεί να αποδοθεί σε έναν αριθμό μορφολογικών και φυσιολογικών χαρακτηριστικών του φυτού. Έτσι, έχει την ικανότητα να παραμένει σε λήθαργο σε περιόδους ξηρασίας και να ανακτά την αύξηση όταν οι συνθήκες γίνουν πάλι ευνοϊκές (Dalianis, et al., 1996). Τα φύλλα και ο βλαστός έχουν μια σχετικά μη διαπερατή επιδερμίδα που επιβραδύνει τις απώλειες νερού (Bassam, 1998). Σύμφωνα με τον Jordan τα φύλλα, όπως και ο βλαστός, καλύπτονται επίσης από ένα κηρώδες στρώμα το οποίο περιορίζει την εξάτμιση, ενώ σε συνθήκες ξηρασίας τα φύλλα τυλίγονται χαρακτηριστικά, μειώνοντας έτσι την εκτιθέμενη επιφάνεια για περεταίρω μείωση των απωλειών της υγρασίας λόγω διαπνοής (Undersander, et al., 1992, Jordan et al., 1982). Τα φυτά του γλυκού σόργου τα χαρακτηρίζει η ανεκτικότητα στην έλλειψη νερού και μπορούν να αναπτύξουν ριζικό σύστημα σε βάθος 1m έως 1,5m ώστε να εκμεταλλευτούν την επάρκεια της εδαφικής υγρασίας σε αυτά τα βάθη και να δώσει υψηλές αποδόσεις σε βιομάζα ( Arnon, 1972). Με τα παραπάνω συμφωνεί και ο Blum ο οποίος ασχολήθηκε με την φυσιολογική ανάπτυξη του σόργου και την επίδραση του νερού σε φυσιολογικές παραμέτρους του σόργου. Επιπλέον, το γλυκό σόργο έχει ένα είναι ιδιαίτερα πλούσιο ριζικό σύστημα (μπορεί να φθάσει σε βάθος 1,5 m), ενώ είναι δυνατόν να αναπτυχθεί σε μεγάλο εύρος εδαφών, όπως αργιλώδη, πηλώδη, ασβεστολιθικά, εδάφη πλούσια σε οργανική ουσία (Dalianis, et al. 1996, Martin 1941). Προσαρμόζεται σε μεγάλο σχετικά εύρος ph από 5,5 έως 8,5, όπως και έως ένα βαθμό σε υψηλή αλατότητα, αλκαλικότητα και περιορισμένη αποστράγγιση (Kangama et al., 2005, Hayward & Bernstein, 1958). Η ανθεκτικότητα του φυτού στην αλκαλικότητα οφείλεται στις ταννίνες που περιέχονται στους σπόρους, οι οποίες μπορούν να μειώσουν τοπικά την αρνητική επίδραση της αλκαλικότητας στη βλάστησή τους (Guiying et al., 2003). Το οσμωτικό δυναμικό του κυτταρικού χυμού μπορεί να πάρει πολύ μικρές τιμές που επιτρέπει την απορρόφηση του νερού ακόμα και σε περιόδους χαμηλής εδαφικής υγρασίας. Έχει διασπιστωθεί ότι το γλυκό σόργο διαθέτει μηχανισμούς μείωσης του 12

18 οσμωτικού δυναμικού σε περιόδους που το νερό είναι περιορισμένο δηλαδή έχει την ικανότητα να κάνει ωσμωρύθμιση (Ackerson & Krieg 1977, Jones & Turner 1980, Lublow et al.,1990, Καραμάνος, 1999, Girma et al., 1992, Premachandra et al., 1995, Premachandra et al., 1994, Hsiao, 1976, Turner et al., 1978 ). Σύμφωνα με τον Turner τα στόματα κλείνουν όταν οι τιμές του υδατικού δυναμικού των φύλλων είναι μικρότερες από άλλα φυτά. Αυτό επιτρέπει στα φυτά να φωτοσυνθέτουν και στις περιπτώσεις που η εδαφική υγρασία είναι περιορισμένη (Fereres, et al., 1978, Hsiao, 1973). Η προσαρμοστικότητα και παραγωγικότητα των διαφόρων ποικιλιών του γλυκού σόργου έχει υπάρξει τα τελευταία χρόνια αντικείμενο μελέτης πολλών χωρών της Ε.Ε. Οι αποδόσεις σε ξηρά ουσία ανάλογα με την περιοχή, την ποικιλία και τις καλλιεργητικές πρακτικές κυμαίνονται από 12 t/ha στο Βέλγιο, 35 t/ha στη Ν. Ισπανία, έως και 45 t/ha στη Ν. Ελλάδα και Ν. Ιταλία (Dalianis, 1996). Ανάμεσα στις υπό μελέτη ποικιλίες, η Keller έχει αποδειχτεί ως η πιο παραγωγική, συνδυάζοντας ευρεία προσαρμοστικότητα, σταθερότητα (από θέση σε θέση και από έτος σε έτος) και υψηλές αποδόσεις σε βιομάζα και σάκχαρα (Alexopoulou et al. 2000, Νικολάου κ.ά. 2000, Dalianis et al. 1995). 13

19 3. ΠΕΡΙ ΤΟΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΤΡΟΠΟΥ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ Ιστορικό και ορολογία Οι ανεπτυγμένες χώρες ιδιαίτερα μετά το Β Παγκόσμιο πόλεμο, με το επιχείρημα ότι ο πληθυσμός της γης θα αυξάνεται με γοργούς ρυθμούς, προώθησαν ένα μοντέλο ανάπτυξης για τον αγροτικό τομέα εμπνευστής του οποίου ήταν ο Ν. Borlaug ( Nobel, 1970). Αυτό το μοντέλο θεωρήθηκε αναγκαίο προκειμένου οι ρυθμοί παραγωγής αγροτικών προϊόντων να καλύψουν τις ανάγκες του ανθρώπου για διατροφή. Το μοντέλο αυτό ονομάστηκε «Πράσινη Επανάσταση», εφαρμόζεται δε με διάφορες βελτιώσεις ως σήμερα με κύριο χαρακτηριστικό την εντατική καλλιέργεια της γης, ως και τη χρήση αγροχημικών για την διατήρηση της γονιμότητας του εδάφους και την αντιμετώπιση των εχθρών και των ασθενειών των καλλιεργειών. Αυτό ο τρόπος καλλιέργειας ονομάστηκε συμβατικός τρόπος καλλιέργειας. Η χρήση όλων αυτών αγροχημικών (φυτοφαρμάκων και ανόργανων λιπασμάτων) είχε ως αποτέλεσμα να αυξηθούν οι αποδόσεις των καλλιεργούμενων φυτών παράλληλα όμως εμφανίστηκαν προβλήματα δυσδιλειτουργείας στις αγορές αγροτικών προϊόντων, ρύπανση στο περιβάλλον και ασθένειες στον άνθρωπο. Τα γνωστά προβλήματα ρύπανσης των υπόγειων νερών, των λιμνών και των θαλασσών, προβλήματα ασθενειών στους ανθρώπους και τα ζώα ιδιαίτερα είναι συνέπεια της κατανάλωσης των υπολειμμάτων διαφόρων αγροχημικών. Γενικότερα άρχισε να διακρίνεται η μεγάλη επίδραση όλων αυτών των χημικών ουσιών στη βίο-ποικιλότητα και τις ισορροπίες στα οικοσυστήματα. Εδώ και είκοσι περίπου χρόνια σε όλο τον κόσμο πολλοί ήταν αυτοί που έβλεπαν ότι αυτός ο τρόπος παραγωγής θα είχε αρνητικές συνέπειες στους ανθρώπους και γενικά τη ζωή στο πλανήτη μας και έτσι άρχισαν να σκέπτονται εφαρμογή εναλλακτικών τρόπων καλλιέργειας χρησιμοποιώντας διάφορους όρους για το προτεινόμενο σύστημα καλλιέργειας. Μεταξύ αυτών είναι οι πιο σημαντικοί είναι ο οργανικός (organic farming) (Kopke,1999) ο βιολογικός (biological farming) ή ο οικολογικός τρόπος καλλιέργειας (ecological farming). 14

20 Έχουν προταθεί διάφορα πρότυπα καλλιέργειας μεταξύ αυτών το πρότυπο της βιοδυναμικής Γεωργίας (biodynamic agriculture) (Steiner, 1925), το πρότυπο της Φυσικής καλλιέργειας (Natural farming) (Fukuoka,1978), το πρότυπο Permaculture (Mollison), και το πρότυπο βιώσιμης Γεωργίας (Sustainable agriculture)(edwards et al., 1990), το σύστημα ολιστικής διαχείρισης των πόρων (ΗRΜ) (Savory, 1988). Σε πολλές χώρες δημιουργήθηκαν κινήσεις με στόχο την προώθηση ανάλογων εναλλακτικών τρόπων καλλιέργειας. Όλες αυτές οι κινήσεις συσπειρώθηκαν σε μια παγκόσμια ομοσπονδία των IFOAM (Ιnternational Federation of Organic Agriculture Movenents) Στις αρχές της δεκαετίας του 90 η Ευρωπαϊκή Ένωση αναγνώρισε την ανάγκη για την έκδοση ενός κανονισμού που θα επισημοποιούσε αυτούς τους τρόπους καλλιέργειας. Εξέδωσε το γνωστό κανονισμό 2092/91 βάσει του οποίου οι ανωτέρω όροι είναι ισότιμοι και κάθε χώρα μέλος θα επέλεγε ένα από τους τρεις για τη δική της περίπτωση. Η Ελλάδα επέλεξε να χρησιμοποιήσει τον όρο βιολογικός τρόπος καλλιέργειας (biological farming) και κατά επέκταση η γεωργία που αξιοποιεί αυτά τα συστήματα καλλιέργειας χαρακτηρίστηκε ως Βιολογική Γεωργία. Μέχρι σήμερα αυτός ο κανονισμός έχει τροποποιηθεί ή συμπληρωθεί με πολλούς νεότερους κανονισμούς έτσι ώστε να συμπεριλάβει τόσο τη φυτική παραγωγή (207/93, 345/97 κ.α. ) όσο και στην εκτροφή ζώων (κανονισμός 1804/99). Δεν υπάρχει ένας σαφής ορισμός για το Βιολογικό τρόπο καλλιέργειας. Ο κανονισμός 2092/91 στο εισαγωγικό του κείμενο αφήνει να εννοηθεί ότι είναι μια ιδιαίτερη μέθοδος παραγωγής σε επίπεδο γεωργικής εκμετάλλευσης χωρίς την χρήση των αγροχημικών η οποία μπορεί συμβάλλει στην προστασία του περιβάλλοντος και την ανάπτυξη της υπαίθρου. Η ερευνητική ομάδα για το βιολογικό τρόπο παραγωγής στο Πανεπιστήμιο Πατρών έχουν επεξεργαστεί και πρότειναν (Αγγελόπουλος, 2003) ένα πρότυπο τρόπου παραγωγής αγροτικών προιόντων με την επωνημία Αγροβιοδυναμικός τρόπος καλλιέργειας. 15

21 3.2. Το πρότυπο του αγρό-βιοδυναμικού τρόπου παραγωγής αγροτικών προϊόντων. Ορίζουμε ως βιολογικό ή Αγροβιοδυναμικό τρόπο παραγωγής το σύνολο των καλλιεργητικών παρεμβάσεων σε ένα αγροτικό οικοσύστημα κύριο χαρακτηριστικό των οποίων είναι η ενεργοποίηση όλων των απαραίτητων βιολογικών διεργασιών στο σύστημα έδαφος-καλλιέργεια-μικροπεριβάλλον προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες του ως παραγωγικού συστήματος σε ενέργεια και ύλη από ανανεώσιμες πηγές και πόρους. Στρατηγικός στόχος όλων των παρεμβάσεων επιδιώκεται να είναι: Η προστασία και η διατήρηση του αγροτοπίου και γενικά του περιβάλλοντος. Παραγωγή προϊόντων άριστης ποιότητας και υψηλής διατροφικής αξίας Η βιωσιμότητα του αγροτικού οικοσυστήματος Αναφέρουμε μια σειρά χαρακτηριστικών που έχουν δοθεί για το βιολογικό τρόπο παραγωγής και που περιλαμβάνονται στον ορισμό 1. Το πιο πάνω πρότυπο εφαρμόζεται στο επίπεδο του αγροτικού οικοσυστήματος ως τεχνητού οικοσυστήματος ή του αγροτοπίου. Τότε μόνο έχουν νόημα οι έννοιες της ανάπτυξης και διατήρησης της βιοποικιλότητας ως σταθεροποιητικού παράγοντα του συστήματος. Εδώ θα πρέπει να αναφέρουμε ότι στην ενίσχυση της βιοποικιλότητας βοηθά η ανάπτυξη τροφικών αλυσίδων φυτικής και ζωικής παραγωγής μέσα στο αγρό-οικοσύστημα. Μέσα στο αγροτικό οικοσύστημα θα πρέπει να συνυπάρχουν τόσο η φυτική παραγωγή όσο και η ζωική παραγωγή αλληλένδετες. Επιπλέον το αγροτικό οικοσύστημα συμπεριφέρεται ως ανοιχτό θερμοδυναμικό σύστημα και βρίσκεται σε συνεχή αλληλεπίδραση με το περιβάλλον του. Η ολοκληρωμένη θεώρηση του προτεινόμενου συστήματος (όχι ολιστική) απαιτεί το σύστημα να εξετάζεται ως σύνολο. Το έδαφος, η καλλιέργεια, και το μικρό - περιβάλλον της καλλιέργειας εξετάζονται ισότιμα και λαμβάνονται υπ όψην οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Ο εντοπισμός από ορισμένους συγγραφείς του κύριου 16

22 προβλήματος της βιολογικής καλλιέργειας στο έδαφος είναι κατά την άποψη μας περιοριστικός. Με βάση τον ανωτέρω ορισμό προτείνονται οι πιο κάτω 6 αρχές που πρέπει να διέπουν τη διαχείριση στα πλαίσια του προτεινόμενου συστήματος. Η διαχείριση περιλαμβάνει λήψη αποφάσεων και ενέργειες που αφορά τις εισροές, τις εκροές στο υποσύστημα του εδάφους και τα βιολογικά αποθέματα του αγροτικού οικοσυστήματος. Οι αρχές αυτές είναι: 1. Πλήρη αντικατάσταση των εισροών που αξιοποιούνται στο σύστημα και οι οποίες προέρχονται από μη ανανεώσιμους πόρους με αντίστοιχες που προέρχονται από ανανεώσιμους. Το παραγωγικό σύστημα για να είναι αποδοτικό χρειάζεται προσθήκη εισροών. Οι πηγές που θα αντλούνται θα πρέπει να προέρχονται από ανανεώσιμες πηγές και πόρους. Σ αυτά τα πλαίσια επιδιώκεται: Βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας Βέλτιστη αξιοποίηση του αζώτου και του διοξειδίου του άνθρακος της ατμόσφαιρας Παραγωγή και αξιοποίηση βιοκαυσίμων. Η καλλιέργεια του γλυκού σόργου που αποθηκεύει ζυμώσιμα σάκχαρα στο στέλεχος του όπως το ζαχαροκάλαμο και μπορεί να καλλιεργηθεί στα Μεσογειακά οικοσυστήματα αποτελεί μια ελπιδοφόρα προοπτική για να χρησιμοποιήσουν βίο-καύσιμα στα αγροτικά μηχανήματα αντί της βενζίνης και του πετραιλαίου. 2. Ενίσχυση των εισροών που αυξάνουν το περιεχόμενο της πληροφορίας του συστήματος. Οι καλλιεργητικές παρεμβάσεις θα πρέπει να έχουν ως στόχο την ενεργοποίηση βιολογικών διεργασιών και την ανάπτυξη του βιολογικού ελέγχου μέσα στο σύστημα όπως π.χ. η περίπτωση αντιμετώπισης του πληθυσμού ενός ανταγωνιστικού ζωικού είδους που μειώνει τις αποδόσεις με ένα ωφέλιμο είδος. 17

23 3. Ελαχιστοποίηση των εισροών έστω και αν αυτές προέρχονται από ανανεώσιμες πηγές. Η φιλοσοφία του μοντέλου της «πράσινης επανάστασης» προβλέπει ότι ο παραγωγός με δεδομένο το κεφάλαιο που διαθέτει για να προμηθευτεί τις αναγκαίες εισροές, εφαρμόζει όλες τις τεχνολογίες που έχει στη διάθεση του προκειμένου να μεγιστοποιήσει τις αποδόσεις και το κέρδος του. Η εφαρμογή αυτού του μοντέλου στην εφαρμοζόμενη σήμερα βιολογική καλλιέργεια έχει οδηγήσει σε όλα τα γνωστά αδιέξοδα που έχουν διαπιστωθεί (π.χ. αύξηση του κόστους λόγω χρήσης μεγάλων ποσοτήτων οργανικών λιπασμάτων που αγοράζονται από το εμπόριο) και τελικά στην απογοήτευση των παραγωγών και βέβαια στο φαινόμενο να πωλούνται τα προϊόντα του βιολογικού τρόπου παραγωγής ακριβότερα στην αγορά και επομένως διαθέσιμα μόνο από καταναλωτές με υψηλά εισοδήματα. Το ζήτημα της αριστοποίησης των αποδόσεων στη βιολογική καλλιέργεια πρέπει να εκφράζεται σε διαφορετική βάση. Η πρόταση που μελετάμε και προτείνουμε είναι η εξής: Ορίζεται η ποσότητα των προϊόντων που θα παραχθούν μέσα στο αγροτικό οικοσύστημα σύμφωνα με τις εδαφοκλιματικές συνθήκες και τις κοινωνικές ανάγκες και ο/οι παραγωγός/οι εφαρμόζει/ουν όλες τις απαραίτητες τεχνικές που θα του/ς επιτρέψουν να παράγει/ουν τις ανωτέρω ποσότητες προϊόντων ως (εκροών) με τη χρησιμοποίηση της μικρότερης δυνατής ποσότητας εισροών. 4. Εξασφάλιση πολύπλοκων και μακροσκελών τροφικών αλυσίδων μέσα στο αγροτικό οικοσύστημα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με το συνδυασμό φυτικής και ζωικής παραγωγής μέσα στο αγροτικό οικοσύστημα. 5. Ενίσχυση των ανατροφοδοτικών μηχανισμών και της ανακύκλωσης των υλικών μέσα στο σύστημα. Πλήρη αξιοποίηση της βιομάζας που παράγεται στο σύστημα με ανακύκλωση και δεν χρησιμοποιείται για άλλους σκοπούς. 6. Ελαχιστοποίηση των απωλειών των υλικών προς το περιβάλλον του συστήματος. 18

24 Εφαρμογή μέτρων για τον περιορισμό των απωλειών θρεπτικών στοιχείων και νερού από το σύστημα. Εκτιμούμε ότι η εφαρμογή αυτών των αρχών στη διαχείριση του αγροτικού οικοσυστήματος ικανοποιούν τα κριτήρια που χαρακτηρίζουν μια βιώσιμη ανάπτυξη στον αγροτικό τομέα. Παράλληλα όμως θα πρέπει να τονίσουμε ότι χρειάζεται να εφαρμοστούν πολιτικές που να ευνοούν την ανάπτυξη του βιολογικού τρόπου παραγωγής. 19

25 4. Ο ΔΕΙΚΤΗΣ ΦΥΛΛΙΚΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΚΑΙ Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ. Η περιγραφή της δομής της φυτικής κόμης είναι απαραίτητη ώστε να κατανοήσουμε την πορεία ανάπτυξης των φυτών, αφού επιδρά σε βάθος στη δομή δημιουργώντας μια σχέση αλληλεπίδρασης μεταξύ φυτού και περιβάλλοντος. Η αρχιτεκτονική του υπέργειου τμήματος των φυτών μιας καλλιέργειας δεν επηρεάζει μόνο τις ροές ενέργειας και μάζας μεταξύ του φυτού και του περιβάλλοντος του, αλλά μπορεί επίσης να αποκαλύψει μια στρατηγική του φυτού που έχει να κάνει με της μεγάλης διάρκειας διαδικασίες, όπως η προσαρμογή σε φυσικούς, χημικούς ή βιοτικούς παράγοντες που αντανακλούν την ζωτική δραστηριότητα των οργανισμών ή τις ιδιορρυθμίες της ανάπτυξης. Ως φυτική κόμη (plant canopy), ορίζουμε το σύνολο των υπέργειων οργάνων μιας φυτοκοινωνίας ενώ το μέγεθος, τη διάταξη και οργάνωσή τους στο χώρο ως δομή της φυτικής κόμης (plant canopy structure). Ένας πιο λεπτομερής ορισμός της δομής, θα προσέθετε ότι η διάταξη και οργάνωση στο χώρο αναφέρεται σε παραμέτρους όπως το σχήμα, το μέγεθος, τον προσανατολισμό και τη χωρική κατανομή των διάφορων φυτικών οργάνων ή στοιχείων, όπως είναι τα φύλλα, οι βλαστοί, οι βραχίονες, τα άνθη και οι καρποί. Ωστόσο, στη δομή της φυτικής κόμης, βαρύνουσα σημασία έχουν τα φύλλα, καθώς είναι αυτά που κυρίως διαμορφώνουν τον τύπο της δομής ή διαφορετικά την αρχιτεκτονική της. Η αρχιτεκτονική της φυτικής κόμης διαδραματίζει πολύ σημαντικό ρόλο σε μια φυτοκοινωνία, καθώς καθορίζει τις ροές ενέργειας και μάζας ανάμεσα στα φυτά και στο περιβάλλον τους, ενώ ρυθμίζει και μια σειρά από φυσιολογικές λειτουργίες. Πιο συγκεκριμένα, ο τύπος της δομής, καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο διαδίδεται η ηλιακή ακτινοβολία μέσα στη φυτική κόμη, διαμορφώνοντας αυτό που ονομάζουμε ως «το μικροκλίμα της ακτινοβολίας». Ακόμα, η παρουσία και η δομή της φυτικής κόμης ασκεί μεγάλη επίδραση στην κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας και της υγρασίας. Επιπλέον, επιδρά στην πρόσληψη και μεταφορά των ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων, στη ροή του ανέμου, στη διαμόρφωση της εδαφικής θερμοκρασίας και υγρασίας αλλά και της ροής της θερμότητας στο έδαφος. Έτσι η φυτική κόμη μπορεί να είναι σημαντική στον καθορισμό του φυσικού περιβάλλοντος άλλων οργανισμών μέσα στη φυτοκοινωνία και στην επιτυχή ή όχι εγκατάσταση και ανάπτυξή τους. 20

26 Η δομή της φυτικής κόμης είναι δυνατόν να επηρεάσει με έμμεσο τρόπο: 1. φυσιολογικές διαδικασίες, όπως αυτές της φωτοσύνθεσης, της αναπνοής, της κυτταρικής αύξησης και της φωτομορφογένεσης. 2. την μόλυνση και μετάδοση των παθογόνων. 3. την αύξηση και τον πολλαπλασιασμό των εντόμων. 4. τον ανταγωνισμό μεταξύ των ειδών μιας φυτοκοινωνίας. Έχει έμμεση επίδραση στην υγρασία και την θερμοκρασία του εδάφους και μπορεί επίσης να επηρεάσει την ανάπτυξη του ριζικού συστήματος καθώς και τις απώλειες νερού λόγω εξάτμισης. Επιρεάζει τις διαδικασίες αποικοδόμησης των φυτικών υπολειμμάτων και την ανάπτυξη μικροβιακών πληθυσμών στο έδαφος (Campbell & Norman, 1988, Nobel, Forseth & Long, 1993). Σε μια καλλιέργεια που αναπτύσσεται στον αγρό ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας (LAI) είναι καθοριστικός για την εκτίμηση του ποσού της φωτοσυνθετικά ενεργού ακτινοβολίας που δεσμεύεται από την καλλιέργεια. Σε μια καλλιέργεια το ποσοστό συσσώρευσης βιομάζας καθορίζεται σύμφωνα με το πρότυπο του Monteith από τη συναφή φωτοσυνθετικά ενεργό ακτινοβολία και από το δείκτη φυλλικής επιφάνειας. O δείκτης φυλλικής επιφάνειας (leaf area index LAI) αντανακλά σε μεγάλο βαθμό την πραγματική παραγωγική ικανότητα, δηλαδή την απόδοση μιας καλλιέργειας. Η γνώση των μεταβολών του δείκτη, καθ' όλη την διάρκεια της καλλιέργειας, αποτελεί ένα μέτρο της παραγωγικότητάς της, καθώς και ένα τρόπο για την κατανόηση και παρακολούθηση οντογενετικών αλλαγών και χαρακτηριστικών ανάπτυξης (Watson, 1958). Ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας, εκφράζει το συνολικό άθροισμα της επιφάνειας της μιας πλευράς των φύλλων της φυτικής κόμης ανά μονάδα επιφάνειας εδάφους (m 2 φυλλικής επιφάνειας / m 2 επιφάνειας εδάφους) (Κνet and Marshall,1971, Ross, 1981, Daughtry,1990) Οι Campbell & Norman (1998), εντοπίζουν μια πολύ σημαντική διαφορά ως προς τον ορισμό του LAI. Θεωρούν ότι αυτό που οι περισσότεροι ορίζουν ως δείκτη φυλλικής επιφάνειας αντιστοιχεί στον αθροιστικό δείκτη της φυλλικής ημι-επιφάνειας (HSAI - 21

27 cumulative hemi-surface area index). Στην περίπτωση μιας φυτικής κόμης με λεπτά και επίπεδα φύλλα, ο HSAI ταυτίζεται με τον δείκτη φυλλικής επιφάνειας (LAI), που όμως αντιστοιχεί στην επιφάνεια που δημιουργεί η προβολή στο οριζόντιο επίπεδο των στοιχείων της φυτικής κόμης ανά μονάδα επιφανείας εδάφους (m 2 του προβαλλόμενου, στο οριζόντιο επίπεδο, τμήματος της φυλλικής επιφάνειας / m 2 επιφάνειας εδάφους). Το LAI, η διάταξη των φύλλων και η δομή της φυτικής κόμης γενικότερα, καθώς και το ύψος των βλαστών σε κάθε χρονική περίοδο της καλλιέργειας, αποτελούν τους σημαντικότερους παράγοντες για τον ανταγωνισμό των φυτών αυτής σε ότι αφορά την ηλιακή ακτινοβολία και την επάρκεια του φωτός. Οι διαφορές στην παραγωγικότητα τόσο σε φυτοκοινωνίες όσο και σε καλλιεργούμενες ποικιλίες εξαρτώνται από τον βαθμό αξιοποίησης της ηλιακής ακτινοβολίας από τη φυτική κόμη των φυτικών ειδών κάτι που αντανακλάται από τις υψηλές τιμές του δείκτη φυλλικής επιφάνειας. Οι τιμές του LAl κυμαίνονται από 3 έως 6 για τις περισσότερες των καλλιεργειών σε εύκρατες περιοχές. Οι τιμές αυτές είναι μεγαλύτερες σε μεσογειακά και τροπικά κλίματα και κυμαίνονται από 6 έως 11 (Kvet et. al., 1971). Στις ετήσιες καλλιέργειες, ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας αυξάνεται εκθετικά κατά την περίοδο της έντονης ανάπτυξης των φυτών, αποκτά μια μέγιστη τιμή κατά την περίοδο της άνθησης (αναπαραγωγική περίοδος) και ακολούθως υφίσταται μείωση στο διάστημα πριν από το τέλος της καλλιέργειας, που οφείλεται στη γήρανση και στη σταδιακή πτώση των μεγαλύτερων σε ηλικία φύλλων των φυτών της καλλιέργειας (Watson, 1958). Η μέγιστη τιμή του LAI καθορίζεται από την πυκνότητα της καλλιέργειας, που ρυθμίζεται από την πυκνότητα της φύτευσης, από την λίπανση και τους καλλιεργητικούς χειρισμούς. Σε φυσικά οικοσυστήματα και φυτοκοινωνίες, ο LAΙ αυξάνει κατά τρόπο που εξαρτάται από το ισοζύγιο του νερού, την επάρκεια σε θρεπτικά στοιχεία, την κατανομή του φωτός μέσα στη φυτική κόμη και μια σειρά από άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες (π.χ θερμοκρασία 22

28 Η συσσώρευση του LAI μπορεί να υπολογιστεί μέσω μιας απλής μεθόδου που αφορά τα θερμικά ποσά μονάδων LAI ή μέσω της προσομοίωσης της εμφάνισης των φύλλων, της επέκτασης των φύλλων, και της σχετικών ανάπτυξης των φύλλων καθώς και του αριθμού των φυτών που υπάρχουν ανά τετραγωνικό μέτρο. Ένας από τους όρους που έχει χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει το ποσοστό εμφάνισης φύλλων είναι το χρονικό διάστημα μεταξύ της εμφάνισης δύο διαδοχικών φύλλων και είναι το αντίστροφο του ποσοστού εμφάνισης φύλλων Το χρονικό διάστημα είναι συνήθως εκφρασμένο σε ώρες ή ημέρες. Υπάρχει και ο θερμικός χρόνος αυξανόμενες βαθμοημέρες [GDD], ή λαμβάνοντας υπόψη τη συνδυασμένη δράση της περιόδου φωτός και της θερμοκρασίας στο χρόνο Στα δημητριακά το ποσοστό εμφάνισης φύλλων συσχετίζεται έντονα με τη θερμοκρασία του αέρα Για το σόργο ειδικότερα η περιοχή των φύλλων αφορά το θερμικό χρόνο. Με το σόργο έχουν ασχοληθεί και άλλοι ερευνητές Έχει βρεθεί επιπλέον έναν υψηλό ποσοστό συσχετισμού μεταξύ του ποσοστού εμφάνισης των φύλλων του χειμερινού σίτου και του μήκους της ημέρας στην εμφάνιση των φυτών. Εντούτοις έχει παρουσιαστεί ότι το ποσοστό εμφάνισης φύλλων για το σίτο ποικίλλει ανάλογα με την ημερομηνία σποράς και επίσης έχει αναφέρει ότι το ποσοστό εμφάνισης των φύλλων εξαρτάται και από τις συνολικές θερμικές και φωτοθερμικές μονάδες ( Mantineo et al., 1996). 23

29 5. Η ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΚΑΙ ΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΤΗΝ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ. Από πειράματα που έχουν γίνει σε πολλές ετήσιες καλλιέργειες έχει διαπιστωθεί ότι η παραγόμενη βιομάζα εξαρτάται από την αθροιζόμενη σε ημερήσια βάση προσπίπτουσα ακτινοβολία κατά τη διάρκεια που αναπτύσσεται η καλλιέργεια. Προσπίπτουσα ακτινοβολία είναι η εισερχόμενη ακτινοβολία στη φυτική κόμη μείων εκείνη που την διαπερνά με οποιοδήποτε τρόπο και φθάνει μέχρι το έδαφος (Monteith, 1977). Αν ορίσουμε με W(α) την παραγόμενη βιομάζα ως ξηρά ουσία σε γραμμάρια (g) ή χιλιόγραμμα μετά από α ημέρες καλλιέργειας, R(t) την ένταση της ηλιακής ενέργειας (σε μονάδες MJ) που φθάνει ημερησίως στο ανώτερο επίπεδο της φυτικής κόμης μιας φυτοκοινωνίας, I(t) το κλάσμα αυτής της ενέργειας που προσπίπτει στην φυλλική επιφάνεια αυτής της φυτοκοινωνίας που καλύπτει μια έκταση 1 m 2 ( Fitter & Hay, 1987). e(t) ο συντελεστή μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε βιομάζα (radiation use efficiency, g/mj) τότε ισχύει η σχέση μεταξύ της παραγόμενης βιομάζας μετά από (α) ημέρες και της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας που διατύπωσε πρώτος ο Monteith (1962, 1977). t a W(α) = = = t 1 R(t). I(t). e(t) (1) Η R(t) είναι μια μετεωρολογική παράμετρος και διαφέρει από περιοχή σε περιοχή όσο και κάθε εποχή. Για μια περίοδο (α) ημερών όσος δηλαδή είναι περίπου ο χρόνος μιας ετήσιας καλλιέργειας, θα μπορούσαμε να τη θεωρήσουμε ότι έχει μια σταθερή μέση τιμή (R m ) για ένα τόπο και για ορισμένη εποχή. Επίσης υπάρχει η εκτίμηση ότι με δεδομένες τις καλλιεργητικές παρεμβάσεις και υπό προϋποθέσεις θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε και την e(t) ότι έχει μια σταθερά μέση τιμή e m που μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση: 24

30 t a e m = W(α) / = = t 1 I(t) (2) Η e m ορίζεται ως συντελεστής αξιοποίησης της ηλιακής ακτινοβολίας (radiation use efficiency, RUE) παίρνει τιμές μεταξύ g(dw)/mj με τα C 3 είδη να έχουν τιμές στη χαμηλότερη περιοχή ενώ τα C 4 είδη στο άλλο άκρο. Οι τιμές που παίρνει η σταθερά e m σε ένα χώρο και για ένα είδος είναι αντικείμενο έρευνας ιδιαίτερα για τα είδη που χρησιμοποιούνται για παραγωγή βιομάζας. Χρησιμοποιούνται δε για την κατά προσέγγιση εκτίμηση την παραγόμενης βιομάζας. Η προσπίπτουσα ακτινοβολία εξαρτάται από το δείκτη φυλλικής επιφάνειας (leaf area index, L) και ένα το συντελεστή απόσβεσης Κ (extinction coefficient) που έχει σχέση με τη δομή της φυτικής κόμης της καλλιέργειας στο χώρο ( Brown & Blaser, 1968, Trenbath & Angus, 1975, Monteith, 1977, Ripley & Redman,1976). Ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας είναι το άθροισμα της φυλλικής επιφάνειας μιας φυτικής κόμης ανά μονάδα επιφάνειας εδάφους (Anderson, 1966a, Hay & Walker, 1989, Anderson, 1971). I(t) = 1-exp(-K. L) (3) Ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας είναι καθοριστικός για το ποσοστό της αξιοποιούμενης ηλιακής ενέργειας που προσπίπτει στο φύλλωμα της φυτοκοινωνίας. Αυξάνει εκθετικά με το χρόνο κατά την διάρκεια ανάπτυξης της καλλιέργειας μέχρι ενός μέγιστου που χαρακτηρίζεται ως η άριστη τιμή του δείκτη φυλλικής επιφάνειας L opt. Εν συνεχεία μειώνεται. Μπορούμε να μελετήσουμε τις μεταβολές του δείκτη φυλλικής επιφάνειας κατά την διάρκεια ανάπτυξης της καλλιέργειας αν υποθέσουμε ότι υπάρχει γραμμική σχέση (γραμμικό μοντέλο) μεταξύ του αθροιζόμενου θερμικού χρόνου Θ-Θο (όπου Θ η μέση ημερήσια θερμοκρασία και Θο μια ελάχιστη θερμοκρασία κάτω από την οποία σταματάει το φαινόμενο της ανάπτυξης της φυτικής κόμης) και του δείκτη φυλλικής επιφάνειας.: 25

31 t a L=b. = = t 1 (Θ-Θο) (4) Από τις σχέσεις (1) και (3) μπορούμε να υπολογίζουμε κατ εκτίμηση τη βιομάζα που θα παραχθεί σε μια περιοχή με βάση το μοντέλο Monteith όταν πιθανολογούνται οι μετεωρολογικές μεταβλητές, μέση ένταση ηλιακής ακτινοβολία R(m), η θερμοκρασία Θ πάνω από το όριο Θο σε μια περιοχή και όταν είναι γνωστοί οι παράμετροι a, K, e(m). t a W(α) = R(m). e(m). = = t 1 a. [ 1-exp(-K. L) ] (5) Οι παράμετροι R(m), I(t), e(m), K, L μπορούν να μετρηθούν στην καλλιέργεια του γλυκού σόργου για την συγκεκριμένη καλλιεργητική περίοδο ενώ η τιμή του a είναι 0,98 (Gosse 1996 ) Από τα ανωτέρω συνάγεται ότι η βέλτιστη παραγωγή βιομάζας εξαρτάται από τη βέλτιστη αξιοποίηση της εισερχόμενης ακτινοβολίας με δεδομένες τις καλλιεργητικές παρεμβάσεις που στη συγκεκριμένη περίπτωση θα είναι παρεμβάσεις στα πλαίσια της βιολογικής καλλιέργειας. 26

32 6. ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΝΕΡΟΥ ΑΠΟ ΤΙΣ ΓΕΩΡΓΙΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ Το νερό. Σύμφωνα με τους Rana & Katerji (2000) η λεκάνη της Mεσογείου χαρακτηρίζεται από το Mεσογειακό κλίμα. Τα χαρακτηριστικά του είναι θερμό και ξηρό καλοκαίρι και ένα ήπιο χειμώνα που συνδέεται με τις βροχοπτώσεις το χειμώνα. Παρά την προφανή ομοιομορφία του μεσογειακού κλίματος με μια πιο λεπτομερής ανάλυση παρατηρούμε μεγάλες διαφορές. Ο Nότος χαρακτηρίζεται από μια μακριά ξηρή περίοδος κατά μέσο όρο πάνω από επτά (7) μήνες χωρίς οποιαδήποτε βροχόπτωση ενώ στα βόρεια η περίοδος ξηρασίας είναι σχετικά περιορισμένη και δεν υπερβαίνει 2-3 μήνες. Οι βροχοπτώσεις και οι θερμοκρασίες παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές μεταξύ του Βορρά που έχουμε βροχοπτώσεις το φθινόπωρο και του Nότου με χειμερινές βροχοπτώσεις. Κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού παρατηρούνται υψηλές θερμοκρασίες και μηδενική ή μικρή βροχόπτωση με αποτέλεσμα την έντονη εξατμισοδιαπνοή από τα φυτά (Hamdy και Lacirignola, 1999). Για αυτό και απαιτούνται μεγάλες ποσότητες νερού για άρδευση ειδικά για τα καλλιεργούμενα είδη στην γεωργία που συνδέεται άμεσα με την αύξηση της καλλιεργούμενης γης και του πληθυσμού. Οι μεγάλες απαιτήσεις σε νερό έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση τον υδροφόρων οριζόντων και την εμφάνιση του μαινόμενου της ερημοποίησης Αυτό απαιτεί σωστή διαχείριση του νερού. Για να γίνει αυτό χρειάζεται ο ακριβής προσδιορισμός του νερού στην άρδευση που είναι απαραίτητο για την βιωσιμότητα των υδροφόρων οριζόντων με σκοπό την ανάπτυξη της μεσογείου αλλά ταυτόχρονα με υγιές περιβάλλον (FAO, 1994). Το μεγαλύτερο ποσοστό νερού που χρησιμοποιείται στη γεωργία χάνεται από τις καλλιέργειες με την εξατμισοδιαπνοή (ET) Το νερό που χάνεται εξαρτάται από την ποσότητα του νερού στο έδαφος και από τα ίδια τα φυτά (Perrier, 1984, Lhomme, 1997). Τα ημιάγονα συνήθως ξηρά κλίματα ασκούν μεγάλη επίδραση στην αύξηση των καλλιεργειών και της παραγωγής καθώς στην ποιότητα των προϊόντων. Υπό αυτές 27

33 συνθήκες οι αρδευόμενες καλλιέργειες και οι γεωργικοί τομείς με τους περιορισμένους υδάτινους πόρους είναι συχνά υπό την πίεση της έλλειψης νερού. Επομένως είναι αναγκαίο να γίνουν μελέτες για να προσδιοριστούν οι ακριβείς απώλειες νερού από την εξατμισοδιαπνοή καθώς και η θέση του νερού τόσο στο έδαφος όσο και στα ίδια τα φυτά και το πως επηρεάζει το νερό την απόδοση της καλλιέργειας τόσο σε βιομάζα όσο και σε καρπό. Με την μελέτη της ισορροπίας του εδαφικού νερού δίνονται χρήσιμες πληροφορίες για την πραγματική διαθεσιμότητα του νερού της εξατμισοδιαπνοής (ET), της αποξήρανσης του εδάφους των καλλιεργειών (Andersson, 1989, Mastrorilli et al., 1992, Lhomme και Eldin, 1985; Drissen, 1986; Monestiez και Delecolle, 1987; Campbell και Diaz, 1988; Andersson, 1989; Brisson et al ; Mastrorilli et al ) και την καλή διαχείριση του νερού ( Jean et al., 1997) Το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής. Είναι γνωστός ο ρόλος του νερού ως φυσικού πόρου ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια που δεν βρίσκεται σε αφθονία και διαπιστώνεται ότι γίνεται κακή διαχείριση αν όχι «ληστρική» εκμετάλλευση του (Panda et al 2004). Σύμφωνα με τους Hamdy και Lacirignola (1999) το φαινόμενο αυτό παρουσιάζει έντονο ενδιαφέρον για τα Μεσογειακά αγροτικά οικοσυστήματα ιδιαίτερα για του θερινούς μήνες που έχουμε πολλές καλλιέργειες σε ξηροθερμικές συνθήκες και υπάρχει ζήτηση νερού για άρδευση του. Από αυτή την άποψη θεωρείται υψίστης σημασία η σωστή διαχείριση του στον αγροτικό τομέα αξιοποιώντας όλα τα επιστημονικά δεδομένα για τον υπολογισμό των απωλειών. Εκτιμάται ότι στο Μεσογειακό χώρο το 70% του νερού που καταναλώνεται αφορά την άρδευση των καλλιεργειών (Υπουργείο Γεωργίας πρακτικά συνεδρίου συνάντησης εργασίας 25 Φεβρουαρίου 2000, Hamdy και Lacirignola, 1999, Perrier, 1984; Lhomme, 1997). Από αυτό το χρησιμοποιούμενο νερό στον αγροτικό τομέα το 99% χάνεται από τις καλλιέργειες με το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής. Σύμφωνα με τους Rana και Katerji (2000) οι απώλειες νερού γίνονται με τη διαδικασία της εξάτμισης (evaporation) από υγρές επιφάνειες και μετακίνηση των υδρατμών (vapour removal). Η εξάτμιση του νερού λαμβάνει χώρα από το έδαφος, ιδιαίτερα όταν είναι υγρό και ακάλυπτο, από τις φυτικές επιφάνειες 28

34 και από τα φύλλα με τη λειτουργία της διαπνοής (transpiration) κατά την οποία έχουμε ελεγχόμενη απώλεια νερού κυρίως μέσω των στομάτων προς την ατμόσφαιρα. Προς τούτο μιλάμε για το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής (evapotranspiration) και το συμβολίζουμε με ΕΤ. Κατά τη διάρκεια ανάπτυξης μιας καλλιέργειας η εξάτμιση και η διαπνοή λαμβάνουν χώρα συγχρόνως και δεν είναι εύκολο να διαχωριστούν ως διαδικασίες. Όταν η καλλιέργεια είναι στα πρώτα στάδια ανάπτυξης τότε οι τιμές της εξάτμισης από το έδαφος είναι σχετικά υψηλές μειώνονται όμως σταδιακά καθώς αυξάνει η φυτική κόμη και το έδαφος όλο και περισσότερο σκιάζεται. Κινούσα δύναμη για αυτές τις διαδικασίες είναι η ηλιακή ακτινοβολία κατά κύριο λόγω και η θερμοκρασία του περιβάλλοντος χώρου. Οι ρυθμοί μετακίνησης των υδρατμών εξαρτώνται από την διαφορά συγκέντρωσης των υδρατμών στην επιφάνεια εξάτμισης και στον περιβάλλοντα χώρο. Όταν υπάρχει άνεμος και μετακίνηση ξηρών αέριων ξηρών μαζών τότε οι ρυθμοί της εξάτμισης εξαρτώνται από την ταχύτητα του ανέμου. Έτσι μπορούμε να πούμε ότι η ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία του αέρα, η υγρασία του αέρα και η ταχύτητα του ανέμου είναι οι κλιματολογικοί παράγοντες που επηρεάζουν γενικά τη διαδικασία της εξάτμισης. Όταν η επιφάνεια εξάτμισης είναι το έδαφος τότε ο βαθμός κάλυψης της εδαφικής επιφάνειας π.χ. από τη φυτική βιομάζα και η υγρασία του εδάφους ιδιαίτερα στα επιφανειακά στρώματα είναι επί πλέον παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία. Η συνήθης μονάδα μέτρησης της εξατμοσοδιαπνοής είναι σε mm στη μονάδα του χρόνου. Η μονάδα αυτή εκφράζει την ποσότητα του νερού που χάνεται από μια καλλιεργούμενη εδαφική επιφάνεια π.χ. ενός στρέμματος ή ενός εκταρίου ως ύψος στήλης νερού, ο δε χρόνος μπορεί να είναι σε ώρες, ημέρες, μήνες κτλ. Με βάση αυτούς τους ορισμούς όγκος του νερού επιφάνειας 1000 τ.μ (ένα στρέμμα) και ύψους 1mm (0,001m) θα είναι 1m 3. Αν αυτή η ποσότητα του νερού χάνεται με εξατμισοδιαπνοή από μια καλλιεργούμενη έκταση ενός στρέμματος σε μια ημέρα τότε η μονάδα της εξατμισοδιανοής 1mm/ημέρα είναι ισοδύναμη με εξατμισοδιαπνοή 1 m 3 νερού/στρέμμα/ημέρα. Επίσης η ανωτέρω μονάδα εξατμισοδιαπνοής μπορεί να εκφραστεί και σε ενεργειακές μονάδες αν θεωρήσουμε ότι η ποσότητα του νερού 29