Επίδραση της χρήσης γης στη ποιότητα του εδάφους και στη διαθεσιμότητα των θρεπτικών στοιχείων σε εδάφη μεσογειακών άγρο-οικοσυστημάτων

ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

ΤΟΜΕΑΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΑΓΡΟ - ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Διδακτορική Διατριβή Λευτέρης Ν. Ευαγγέλου

Επίδραση της Χρήσης Γης στη Ποιότητα του Εδάφους και στη Διαθεσιμότητα των Θρεπτικών Στοιχείων

σε Εδάφη Μεσογειακών Άγρο-Οικοσυστημάτων

Επιβλέπουσα Καθηγήτρια

Χριστίνα Γιούργα

Μυτιλήνη 2009

Στους γονείς μου,

για τις εμπειρίες και τις γνώσεις που αποκόμισα….

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ………...6

1.1 Αντικείμενο και σκοποί της έρευνας………. 8

1.2 Ερευνητικές υποθέσεις……… ……….. 10

2ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ………...11

2.1 Ποιότητα του εδάφους ………. 11

2.2 Δείκτες ποιότητας εδάφους ………... 13

2.2.1 Φυσικές ιδιότητες / Δείκτες ποιότητας του εδάφους……….18

2.2.1.1 Μηχανική σύσταση ………... 19

2.2.1.2 Πορώδες………. 19

2.2.1.3 Φαινόμενο ειδικό βάρος……… 20

2.2.1.4 Υδατοικανότητα ………21

2.2.2 Χημικές ιδιότητες /Δείκτες ποιότητας εδάφους………. 21

2.2.2.1 Οργανική ουσία / οργανικός άνθρακας………. 22

2.2.2.2 C/N……… .24

2.2.2.3 Άζωτο………..25

2.2.2.3.1 Οργανικό άζωτο………...... 26

2.2.2.3.2 Ανόργανο άζωτο……….. 27

2.2.2.4 Φώσφορος……….. 28

2.2.2.5 pH………... 30

2.2.2.6 Ηλεκτρική αγωγιμότητα ……… 31

2.2.3 Βιολογικές ιδιότητες /Δείκτες ποιότητας εδάφους………..33

2.2.3.1 Μικροβιακή βιομάζα του εδάφους (Cmic- Nmic)………. 33

2.2.3.2 Ποσοστό του Cmic/Corg και Nmic/Ntot……… 37

2.2.3.3 Ο λόγος Cmic/Nmic………39

2.2.3.4 Ενεργός άνθρακας του εδάφους ……… 40

2.2.4 Αξιολόγηση δεικτών ποιότητας εδάφους ……… 41

3 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ………. 43

3.1 H περιοχή έρευνας……… 43

3.1.1 Κλίμα της περιοχής έρευνας……… 47

3.2 Μεθοδολογική προσέγγιση………... 48

3.2.1 Επιλογή πειραματικών αγροτεμαχίων ……… 49

3.2.2 Βασικές διαχειριστικές πρακτικές στα εδάφη των επιλεγμένων πειραματικών αγροτεμαχίων………... 50

3.2..3 Δειγματοληψίες………52

3.3 Εργαστηριακές αναλύσεις………..… 52

3.3.1 Φυσικές ιδιότητες ……… 53

3.3.2 Χημικές ιδιότητες……… 54

3.3.3 Βιολογικές ιδιότητες ……… 55

3.4 Στατιστική επεξεργασία ……… 57

4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ……….. 60

4.1 Φυσικές ιδιότητες………. 61

4.1.1 Μηχανική σύσταση………. 61

4.1.2 Φαινόμενη πυκνότητα ……… 62

4.1.3 Πορώδες ………. 67

4.1.4 Υδατοικανότητα ……….. 74

4.1.5 Εδαφική υγρασία………. 74

4.2 Χημικές ιδιότητες ………81

4.2.1 Οργανικός άνθρακας ………82

4.2.2 Ολικό άζωτο ……… 87

4.2.3 Ο λόγος C/N……… 93

4.2.4 Νιτρικό άζωτο ………. 100

4.2.5 Αμμωνιακό άζωτο ………...108

4.2.6 Διαθέσιμο άζωτο ……… 115

4.2.7 Φώσφορος ………. 123

4.2.8 pH……… 129

4.2.9 Ηλεκτρική αγωγιμότητα ………. 134

4.3 Βιολογικές ιδιότητες………... 140

4.3.1 Άνθρακας μικροβιακής βιομάζας (Cmic)………... 140

4.3.2 Άζωτο μικροβιακής βιομάζας (Nmic)……….. 143

4.3.3 Cmic/Nmic ………... 146

4.3.4 Cmic/Corg %...149

4.3.5 Nmic/Ntot %...152

4.3.6 Ενεργός άνθρακας (Cact)……… .……155

4.3.7 Cact/Corg % ……….158

4.4 Συσχέτιση φυσικών χημικών βιολογικών δεικτών ποιότητας εδάφους………... 161

4.5 Πολυμεταβλητή ανάλυση………...165

4.5.1 Διακριτή ανάλυση ………165

4.5.1.1 Διάκριση των χρήσεων γης σε σχέση με τους φυσικούς, χημικούς και βιολογικούς δείκτες ποιότητας εδάφους……….166

4.5.2 Ανάλυση παραγόντων……….. 169

4.5.2.1 Προσδιορισμός «παραγόντων» ποιότητας εδάφους ……….. 170

4.5.2.2 Προσδιορισμός «ελαχίστου συνόλου δεικτών ποιότητας εδάφους»…………176

5 ΔΕΙΚΤΕΣ ΓΙΑ ΤΗ ΣΥΓΚΡΙΤΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΕΔΑΦΟΥΣ……… 178

5.1 Φυσικοί δείκτες ποιότητας εδάφους……… 178

5.1.1 Φαινόμενη πυκνότητα/ Πορώδες……… 178

5.1.2 Υδατοικανότητα ……….. 179

5.1.3 Εδαφική υγρασία……….. 180

5.2 Χημικοί δείκτες ποιότητας του εδάφους …………… 180

5.2.1 Οργανικός άνθρακας………... 180

5.2.2 Ολικό άζωτο ……… 182

5.2.3 Ο λόγος C/N ………...183

5.2.4 Νιτρικό άζωτο ……….. 184

5.2.5 Αμμωνιακό άζωτο………... 187

5.2.6 Φώσφορος………... 189

5.2.7 PΗ………. 190

5.2.8 Ηλεκτρική αγωγιμότητα ……….. 190

5.3 Βιολογικοί δείκτες ποιότητας εδάφους………192

5.3.1 Μικροβιακός άνθρακας - μικροβιακό άζωτο………192

5.3.2 Cmic/Corg% - Nmic/Ntot %... 194

5.3.3 Cmic/Nmic……… 196

5.3.4 Ενεργός άνθρακας του εδάφους - Cact/Corg%... 197

5.4 Προσδιορισμός Μεταβολής της Ποιότητας του Εδάφους με τη Χρήση Δεικτών……….. 200

5.4.1 Επίδραση των χρήσεων γης στο σύνολο των δεικτών ποιότητας εδάφους……. 201

5.4.2 Παράγοντες ποιότητας εδάφους………202

5.4.3 Ελάχιστος αριθμός δεικτών αξιολόγησης της μεταβολής στην ποιότητα του εδάφους……….. 203

6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ……… 205

7 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ……….. 210

7.1 Ξενόγλωσση βιβλιογραφία ……… 210

7.2 Ελληνική βιβλιογραφία………. 232

1.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Το έδαφος είναι ένας μη ανανεώσιμος φυσικός πόρος κρίσιμος για τη βιωσιμότητα κάθε χερσαίου οικοσυστήματος. Αποτελεί, ένα από τα βασικά συστατικά της βιόσφαιρας, που καθορίζει εκτός από την παραγωγή τροφής, ξυλείας και ινών, τη διατήρηση της ποιότητας του περιβάλλοντος σε τοπικό, περιφερειακό και παγκόσμιο επίπεδο (Doran and Parkin 1994; Glanz, 1995; Doran et al., 1996; Halvorson et al., 1996). Το έδαφος αναγνωρίζεται ως μια από τις πιο σημαντικές συνιστώσες για την επίτευξη της βιώσιμης ανάπτυξης (Nambiar et al., 2001; Bouma, 2002), αφού μαζί με το νερό, συνιστούν τους πιο σημαντικούς πόρους του φυσικού μας περιβάλλοντος (Arshad and Martin, 2002), ενώ συμμετέχει στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα επηρεάζοντας τη πλανητική αλλαγή (Lal, 2004; Schimel, 2006).

Η βιωσιμότητα στη χρήση των εδαφικών πόρων εξαρτάται από τρείς παράγοντες: τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε εδάφους, τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τη χρήση της γης (Tóth et al., 2007). Οι παράγοντες αυτοί αλληλεπιδρούν, καθιστώντας δυναμική διαδικασία τη βιώσιμη χρήση των εδαφικών πόρων. Ιδιαίτερα η χρήση της γης, που αποτελεί καθοριστικό ρυθμιστή των αλλαγών που πραγματοποιούνται στο εδαφικό περιβάλλον (Wang and Gong, 1998; Pouleman et al 2000), μπορεί να καθορίζει την περιβαλλοντική υποβάθμιση (Pierce and Larson, 1993; Zinck and Farshad, 1995; Hurni, 1997; Hebel, 1998) και για αυτό το λόγο ζητήματα αλλαγών στη χρήση γης τα τελευταία χρόνια αποκτούν παγκόσμια αξία (Foley et al., 2005).

Η πίεση που δέχονται οι εδαφικοί πόροι ως αποτέλεσμα της προσπάθειας αύξησης της παραγωγής αγροτικών προϊόντων (WRI, 2001), σε συνδυασμό με τη συνεχή μείωση των εκτάσεων παραγωγικών εδαφών λόγω παραγόντων όπως η αστικοποίηση, η υπερβόσκηση, η ερημοποίηση, η διάβρωση και η αλκαλίωση (Eswaran et al 2001), θέτουν σε κίνδυνο την εκπλήρωση των βασικών λειτουργιών που επιτελεί το εδαφικό σύστημα, απειλώντας τη βιωσιμότητα της ίδιας της γεωργίας (Andrews 1998). Ήδη άνω του 40% των παραγωγικών εδαφών του πλανήτη έχει υποβαθμιστεί σοβαρά (Eswaran et al., 2001), ενώ δεν υπάρχουν πλέον πολλές νέες εκτάσεις παραγωγικών εδαφών που μπορούν να αποδοθούν σε γεωργική χρήση (Doran 2002). Για να καλυφτούν οι ανάγκες των ανθρώπων σε γεωργικά προϊόντα υπό το φάσμα του σύγχρονου τρόπου κατανάλωσης και ενός συνεχώς αυξανόμενου πληθυσμού, απαιτείται σημαντική αύξηση της γεωργικής παραγωγής (Doran 2002) που με τις σύγχρονες γεωργικές πρακτικές παραγωγής στηρίζεται στις αυξημένες

εισροές στα αγροτικά συστήματα, αυξάνοντας σημαντικά την πιθανότητα για περιβαλλοντική υποβάθμιση και εξάντληση των φυσικών πόρων (National Research Council, 1993; Power, 1996). Εξάλλου, ήδη πολλές από τις σύγχρονες διαχειριστικές πρακτικές που εφαρμόζονται στα εδάφη, έχει αποδειχθεί ότι οδηγούν στη περιβαλλοντική υποβάθμιση (Karlen et al., 2003).

Η βέλτιστη χρήση του εδάφους με στόχο τη μεγιστοποίηση της απόδοσης και την ελαχιστοποίηση του κινδύνου της περιβαλλοντικής υποβάθμισης αποτελεί ένα από τα βασικά στοιχεία της βιώσιμης διαχείρισης των εδαφικών πόρων (Horn et al., 2006).Η έννοια της «ποιότητας του εδάφους» που εξετάζει την ικανότητα ενός εδάφους να επιτελεί τις βασικές λειτουργίες της παραγωγικότητας, της προστασίας του περιβάλλοντος και της συντήρησης της υγείας των φυτών, των ζώων και του ανθρώπου (Doran and Parkin, 1994; Karlen et al., 1997; Herrick, 2000), εμφανίζεται ως ένας από τους πρωταρχικούς δείκτες της βιωσιμότητας των διαχειριστικών πρακτικών που εφαρμόζονται στις γαίες (Larson and Pierce 1994; Acton and Gregorich, 1995; Doran 2002). Η ποιότητα του εδάφους αποτελεί τον συνδετικό κρίκο μεταξύ των στρατηγικών για την υιοθέτηση διαχειριστικών πρακτικών προστασίας και την εκπλήρωση των βασικών στόχων της αειφόρου γεωργίας (Acton and Gregorich, 1995; Herrick 2002) και για αυτό το λόγο η διατήρηση ή και η βελτίωση της ποιότητας του εδάφους θεωρείται ένας από τους δείκτες «κλειδιά» των βιώσιμων αγροτικών συστημάτων (Swift and Woomer, 1993; Bouma, 1994; Scholes et al., 1994).

Η ποιότητα του εδάφους εξαρτάται από το σύνολο των φυσικών χημικών και βιολογικών εδαφικών ιδιοτήτων, που αποτυπώνονται μέσω των δεικτών της (Larson and Pierce 1994; Wander and Bollero, 1999; Karlen et al., 2003). Η αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους απαιτεί την επιλογή εκείνων των δεικτών που εμφανίζονται περισσότερο ευαίσθητοι στις αλλαγές του κλίματος, των διαχειριστικών πρακτικών και της χρήσης της γης (Doran and Parkin, 1994; Yakovchenko et al., 1996).

Οι νέες θεωρήσεις για την έννοια της ποιότητας του εδάφους, οδήγησαν στον προβληματισμό για τον έλεγχο της στα οικοσυστήματα Μεσογειακού τύπου, που χαρακτηρίζονται από αλλαγές στη χρήση της γης επί χιλιετίες και περιβαλλοντικές συνθήκες που ευνοούν την υποβάθμιση των εδαφών. Η εκτίμηση των μεταβολών της ποιότητας του εδάφους από τις αλλαγές στη χρήση της γης ή τις καλλιεργητικές

πρακτικές σε αυτά τα ευαίσθητα οικοσυστήματα μπορεί να συμβάλει στον περιορισμό της υποβάθμισης των εδαφών τους.

1.1. Αντικείμενο και σκοποί της έρευνας

Ο προσδιορισμός των ιδιοτήτων σε εδάφη διαφορετικών χρήσεων γης, αποτελεί βασική πληροφορία για τη δυνατότητα πρόβλεψης των μεταβολών στην ποιότητα του εδάφους που προκαλούνται από την αλλαγή στη χρήση της γης, ενώ καθορίζει και τους περιορισμούς που προκύπτουν από την υιοθέτηση νέων χρήσεων (Turrion et al., 2007). Όμως η μεταβολή στην ποιότητα του εδάφους δεν είναι δυνατόν να αποδοθεί από μεμονωμένες εδαφικές ιδιότητες/δείκτες δεδομένου ότι μέσω της ολιστικής θεώρησης που βασίζεται στις σύγχρονες θεωρίες η εδαφική ποιότητα πρέπει να ορίζεται σε συνάρτηση με την εκπλήρωση των βασικών εδαφικών λειτουργιών (Karlen et al., 2003).

Η αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους από ένα ευρύ σύνολο φυσικών, χημικών και βιολογικών εδαφικών ιδιοτήτων αποτελεί εξειδικευμένη διαδικασία, χρονοβόρα και ακριβή, εξαιτίας του είδους και του πλήθους των εδαφολογικών αναλύσεων που πρέπει να πραγματοποιηθούν. Η αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους γίνεται πιο εύκολα και αξιόπιστα με τον προσδιορισμό περιορισμένου αριθμού δεικτών οι όποιοι αποδίδουν τη μέγιστη δυνατή πληροφορία για την εδαφική ποιότητα.

Αντικείμενο της παρούσας έρευνας είναι η μελέτη της επίδρασης της χρήσης γης στις φυσικές, χημικές και βιολογικές εδαφικές ιδιότητες που χρησιμοποιούνται ως δείκτες της ποιότητας του εδάφους όπως προτείνεται από τη διεθνή βιβλιογραφία. Η έρευνα πραγματοποιείται σε Μεσογειακού τύπου οικοσυστήματα. Στις ημίξηρες περιοχές της Μεσογείου, η αλλαγή στη χρήση της γης δύναται να επηρεάσει δραστικά την εδαφική λειτουργία και να αυξήσει την ευαισθησία του εδάφους στην υποβάθμιση (Martinez et al 1994). Η αξιολόγηση και παρακολούθηση της ποιότητας του εδάφους στα Μεσογειακά αγρο-οικοσυστήματα, που χαρακτηρίζονται από μεγάλη παραλλακτικότητα εδαφικών τύπων, μικρό κλήρο και πληθώρα διαχειριστικών πρακτικών, είναι επιβεβλημένη προκειμένου να παραχθεί πληροφορία για την κατάσταση των εδαφικών πόρων αλλά και την ανάπτυξη διαχειριστικών πρακτικών που θα συμβάλουν στη αειφορική χρήση των γαιών (Zalidis 2002). Διάφορα σύνολα εδαφικών ιδιοτήτων/δεικτών ποιότητας του εδάφους, έχουν χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους (Larson and Pierce, 1991; Arshad and Coen,

1992; Larson and Pierce, 1994; Harris and Bezdicek, 1994; Doran and Parkin, 1994;Kennedy and Papendick, 1995) ενώ αντί της χρήσης ενός προκαθορισμένου συνόλου δεικτών, έχει προταθεί η επιλογή δεικτών ποιότητας εδάφους που βασίζονται σε συγκεκριμένες αγρο-οικολογικές συνθήκες (Bredja et al., 2000). Για το λόγο αυτό η έρευνα επικεντρώνεται στη διερεύνηση των σχέσεων μεταξύ των δεικτών της ποιότητας του εδάφους, σε δυο τυπικές και κυρίαρχες χρήσεις γης του Μεσογειακού χώρου, φυσικού οικοσυστήματος και αγρο-οικοσυστημάτων.

Συγκεκριμένα, το φυσικό οικοσύστημα αποτελεί το δάσος της τραχείας πεύκης, ενώ για τα αγρο-οικοσυστήματα επιλέχθηκαν τρείς καλλιέργειες (ελαιοκαλλιέργεια, καλλιέργεια σιτηρών, ετήσια αμειψισπορά αραβόσιτου/σιτηρών) και βοσκότοπος.

Σκοπός της έρευνας είναι η διερεύνηση ορισμένων λειτουργιών του εδάφους σε ετήσια βάση, η ανάδειξη των εδαφικών χαρακτηριστικών που αποδίδουν τις επιπτώσεις από την αλλαγή στη χρήση γης ή τις γεωργικές πρακτικές στο έδαφος, και η αξιολόγηση της επίδρασης τους στη ποιότητα του εδάφους.

Απώτερος στόχος της έρευνας είναι η ανάδειξη ενός περιορισμένου αριθμού δεικτών που θα περιέχουν τη μέγιστη δυνατή πληροφορία για τις λειτουργίες του εδάφους, και θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη συγκριτική αξιολόγηση και παρακολούθηση της ποιότητας του εδάφους με την αλλαγή της χρήσης της γης ή την υιοθέτηση συγκεκριμένων διαχειριστικών πρακτικών. Έτσι θα καταστεί δυνατή η αειφορική διαχείριση των αγροοικοσυστημάτων, με τον περιορισμό των χρήσεων η/και καλλιεργητικών πρακτικών που υποβαθμίζουν την εδαφική ποιότητα.

1.2. Ερευνητικές υποθέσεις

Οι ερευνητικοί στόχοι της έρευνας οδήγησαν στη διατύπωση των εξής υποθέσεων 1. Η χρήση της γης επιδρά στις εδαφικές λειτουργίες και την ποιότητα του

εδάφους όπως αυτή καθορίζεται από τους επιλεγέντες φυσικούς, χημικούς, και βιολογικούς δείκτες.

2. Η επίδραση της χρήσης της γης στις εδαφικές λειτουργίες είναι ανάλογη της έντασης διαχείρισης του εδάφους.

3. Η χρήση της γης επιδρά στην εποχική μεταβολή των δεικτών ποιότητας του εδάφους.

4. Η ποιότητα του εδάφους και οι εδαφικές λειτουργίες είναι άμεσα εξαρτώμενες από την ποιότητα και ποσότητα της οργανικής ουσίας του εδάφους.

5. Η χρήση ενός ελάχιστου αριθμού δεικτών ποιότητας εδάφους μπορεί να εκτιμήσει συγκριτικά τις αλλαγές στην ποιότητας του εδάφους με την αλλαγή της χρήσης γης η/και με την μεταβολή των καλλιεργητικών πρακτικών στις καλλιέργειες.

2. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ

2.1 Ποιότητα του εδάφους

Η έννοια της ποιότητας του εδάφους που εμφανίσθηκε στη βιβλιογραφία τη δεκαετία του 90 (Larson and Pierce, 1991; National Research Council, 1993; Doran and Parkin 1994; Kennedy & Papendick, 1995; Doran et al., 1996; Karlen et al., 1997), ορίστηκε αρχικά ως «η ικανότητα του εδάφους να λειτουργεί μέσα στο πλαίσιο του οικοσυστήματος και των διαφορετικών χρήσεων γης, έτσι ώστε να συντηρεί τη βιολογική παραγωγικότητα του, να διατηρεί την ποιότητα των υδάτων και του αέρα και να προστατεύει την υγεία των ζώων και των φυτών» (Doran and Parkin., 1994).

Οι Larson and Pierce (1991) υποστήριξαν ότι ο συνδυασμός των φυσικών, χημικών και βιολογικών ιδιοτήτων ενός συγκεκριμένου εδάφους το καθιστούν ικανό να εκπληρώσει τρεις βασικές λειτουργίες:

1. να παρέχει το μέσο για την ανάπτυξη των φυτών,

2. να ελέγχει και να καθορίζει τη ροή του νερού στο περιβάλλον, και 3. να χρησιμεύει ως περιβαλλοντικό φίλτρο.

Υποστήριξαν, ακόμη, ότι η έννοια της ποιότητας του εδάφους περιγράφει πόσο αποτελεσματικά το έδαφος:

 δέχεται, συγκρατεί, και ελευθερώνει θρεπτικά και άλλα χημικά στοιχεία,

 δέχεται, συγκρατεί και αποδίδει νερό στα φυτά και στα επιφανειακά και υπόγεια νερά,

 προωθεί και συντηρεί τη ανάπτυξη των ριζών,

 συντηρεί κατάλληλο βιολογικό ενδιαίτημα,

 ανταποκρίνεται στη διαχείριση και αντιστέκεται στη υποβάθμιση του.

Η συνεχιζόμενη υποβάθμιση των φυσικών πόρων υποστηρίζεται ότι συνδέεται στενά με μια αντίστοιχη υποβάθμιση στην ποιότητα των εδαφών, κι αν η διαχείριση των εδαφών γίνει με τρόπο που να εξασφαλίζεται η βιώσιμη λειτουργικότητα των βιολογικών, χημικών και φυσικών ιδιοτήτων και διεργασιών τους, μέρος αυτής της υποβάθμισης μπορεί να περιοριστεί (Karlen et al., 2003).

Παρότι η ποιότητα του εδάφους φαίνεται ως απλή έννοια, ο καθορισμός της και, πολύ περισσότερο, η ποσοτικοποίηση/προσδιορισμός της, παρουσιάζουν δυσκολίες (Karlen et al., 1997). Πολλοί ερευνητές πιστεύουν, ότι η έννοια της «ποιότητας» δεν είναι εφικτό να καθοριστεί για ένα τόσο περίπλοκο, δυναμικό και ποικίλο σύστημα όπως το έδαφος. Οι όροι «ποιότητα» και «ποιότητα εδάφους», θεωρείται από πολλούς, ότι είναι όροι μη προσδιορίσιμοι (Sojka & Upchurch, 1999; Singer and Ewing, 2000; Singer and Sojka, 2001; Sojka et al., 2003). Η δυσκολία αυτή προέρχεται από το γεγονός, ότι η λειτουργική κατάσταση ενός εδάφους επηρεάζεται άμεσα από την αλληλεπίδραση «εξωτερικών παραγόντων», όπως για παράδειγμα η χρήση γης, οι αλληλεπιδράσεις οικοσυστημικών και κλιματικών συνθηκών και οι κοινωνικοοικονομικές και πολιτικές προτεραιότητες (Doran and Parkin, 1994).

Επιπλέον, οι ποικίλοι τύποι εδαφών και, γενικότερα η προς το παρόν, έλλειψη της πλήρους κατανόησης των αλληλεπιδράσεων του συνόλου των διεργασιών που πραγματοποιούνται στο έδαφος, αυξάνουν τη δυσκολία αναγνώρισης μιας απόλυτης και καθολικά αποδεκτής μεθοδολογίας εκτίμησης / προσδιορισμού της ποιότητας του εδάφους (Kennedy & Papendick, 1995).

Παρόλα αυτά, ένας συνεχώς αυξανόμενος αριθμός ερευνητών, θεωρεί την έννοια της ποιότητας του εδάφους ως κρίσιμη για τη βιωσιμότητα του ανθρώπου και του περιβάλλοντος (π.χ Wander and Bollero, 1999; Webb et al., 2000; Southorn and Cattle, 2000; Sherwood and Uphoff, 2000; Brejda et al., 2000; Doran 2002; Karlen et al., 2003; Andrews et al., 2004; Sparling et al., 2004; Schjonning et al., 2004; Van Camp et al., 2004), καθώς αποτελεί μια ολιστική προσέγγιση εξέτασης των σχέσεων και λειτουργιών μεταξύ των βιολογικών, χημικών και φυσικών ιδιοτήτων του εδάφους, που κρίνεται επιβεβλημένη στο πλαίσιο της αειφορίας των χρήσεων γης και της διαχείρισης των μη ανανεώσιμων εδαφικών πόρων (Doran and Parkin, 1994;

Karlen et al., 1997). Επιπλέον, η ενσωμάτωση της ποιότητας του εδάφους στις πολιτικές της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την προστασία των εδαφικών πόρων (EC 2006b), προσφέρει μια ολοκληρωμένη προσέγγιση, που συνδέει τις λειτουργίες του εδάφους και τις απειλές υποβάθμισης του, με την προοπτική της αειφoρίας των χρήσεων γης (Tóth et al., 2007).

Η ποιότητα του εδάφους, ενδέχεται να μεταβάλεται με το χρόνο, είτε λόγω φυσικών αλλαγών, είτε λόγω της επίδρασης του ανθρώπου. Μπορεί, π.χ., να βελτιώνεται, ως αποτέλεσμα κατάλληλης διαχείρισης του εδάφους ή της χρήσης της γης, που

λαμβάνουν υπόψη τις πολλαπλές λειτουργίες του, ή να υποβαθμίζεται, από αποφάσεις που επικεντρώνονται αποκλειστικά σε μια μόνο λειτουργία, όπως είναι η παραγωγικότητα του (Doran, 2002). Παρόλο που τα εδάφη εμφανίζουν μια εγγενή ποιότητα, που σχετίζεται με τις φυσικές χημικές και βιολογικές τους ιδιότητες, όπως αυτές καθορίζονται από τα όρια που θέτουν οι κλιματικοί παράγοντες και τα οικοσυστήματα, ο τελικός ρυθμιστής της ποιότητας του εδάφους είναι ο ίδιος ο παραγωγός (Doran, 2002).Υπό αυτή την έννοια, η εκτίμηση της ποιότητας του εδάφους, όπως και οι αλλαγές της στο χρόνο, αποτελούν πρωταρχικό δείκτη της αειφορικής διαχείρισης της γεωργίας (Lal 1998; Andrews, 1998; Herrick 2000;

Doran, 2002).

Γράφημα 2.1. Ιεραρχική σχέση της ποιότητας του εδάφους σε σχέση με την αειφόρο γεωργία (Andrews 1998)

2.2. Δείκτες ποιότητας εδάφους

Η ποιότητα του εδάφους αποτελεί, πλέον, ένα διεθνώς αναγνωρισμένο και επιστημονικά τεκμηριωμένο «εργαλείο», που προωθεί την αξιολόγηση, την πληρέστερη κατανόηση των εδαφικών πόρων, ενώ προάγει και τους αντίστοιχους εκπαιδευτικούς σκοπούς (Karlen et al., 2003). Δυο από τις πιο σημαντικές παραδοχές, που συνδέονται άμεσα με την έννοια της ποιότητας του εδάφους, είναι:

1. στο έδαφος συνυπάρχουν εγγενείς και δυναμικές ιδιότητες και διεργασίες και

Χημικοί Παράγοντες

Ποιότητα Εδάφους

Βιολογικοί Παράγοντες

Φυσικοί Παράγοντες Περιβαλλοντική ποιότητα

Αειφόρος Γεωργία

Ποιότητα Εδάφους Ποιότητα Ατμ/ρας

Ποιότητα Νερών Περιβαλλοντική Ποιότητα

Οικονομική Βιωσιμότητα

Κοινωνική Αποδοχή

2. η αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους πρέπει να περιλαμβάνει τις βιολογικές, χημικές, φυσικές ιδιότητες και διεργασίες καθώς και τις αλληλεπιδράσεις τους (Larson and Pierce 1991; Wander and Bollero, 1999; Karlen et al., 2003).

Οι εγγενείς ιδιότητες του εδάφους, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ των βασικών παραγόντων εδαφογένεσης - του μητρικού υλικού, του κλίματος, των οργανισμών, της τοπογραφίας, του χρόνου (Jenny 1941)- και της ανθρώπινης δραστηριότητας, συνθέτουν μια εγγενή και βασική ποιότητα σε ένα συγκεκριμένο έδαφος (Karlen et al., 1992; Gregorich et al., 1994). Επιπρόσθετα, η ποιότητα του εδάφους επηρεάζεται από τις αποφάσεις σχετικά με τη διαχείριση και τη χρήση της γης (Larson and Pierce, 1991; Doran and Parkin, 1994; Brejda et al., 2000; Andrews and Carroll, 2001).

Η ποιότητα του εδάφους δεν μπορεί να μετρηθεί άμεσα, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν, ως δείκτες, εδαφικές ιδιότητες του, που είναι ευαίσθητες σε αλλαγές της διαχείρισης του εδάφους (Andrews et al., 2004). Προκειμένου να αξιολογηθεί η ποιότητα ενός εδάφους, οι Larson and Pierce (1991) πρότειναν τη χρησιμοποίηση δεικτών, που να ανταποκρίνονται στις βασικές λειτουργίες του. Οι βασικοί δείκτες ποιότητας του εδάφους σύμφωνα με τους Doran and Parkin (1994), θα πρέπει να αντιπροσωπεύουν:

1. οικοσυστημικές διεργασίες και να συνδέονται με διεργασίες που προσανατολίζονται στη μοντελοποίηση,

2. να ενσωματώνουν φυσικές, χημικές, και βιολογικές εδαφικές ιδιότητες και διεργασίες,

3. να είναι προσιτές σε πολλούς χρήστες κι αν είναι δυνατόν εφαρμόσιμοι σε συνθήκες αγρού,

4. να είναι ευαίσθητοι σε διακυμάνσεις της διαχείρισης των εδαφών και του κλίματος, και

5. όταν είναι δυνατό, να είναι μέρος υφιστάμενων εδαφικών βάσεων δεδομένων.

Προκειμένου να αξιολογηθεί η ποιότητα του εδάφους και οι αλλαγές της, λόγω διαχειριστικών πρακτικών, προτάθηκε ένα Ελάχιστο Σύνολο Δεδομένων (Ε.Σ.Δ., Minimum Data Set), που περιελάμβανε βασικές εδαφικές ιδιότητες, όπως η δομή του εδάφους, η φαινόμενη πυκνότητα, το βάθος του ριζοστρώματος, η οργανική ουσία, το

pH, τα βασικά θρεπτικά στοιχεία και η ηλεκτρική αγωγιμότητα (Larson and Pierce (1991). Οι Doran και Parkin (1994), διεύρυναν το Ε.Σ.Δ. με βιολογικές παραμέτρους της ποιότητας του εδάφους, που ονομαστικά αναφερόντουσαν στη μικροβιακή βιομάζα του άνθρακα και του αζώτου, καθώς και την εδαφική αναπνοή. Η αναγνώριση των βιολογικών δεικτών της ποιότητας του εδάφους, θεωρήθηκε κρίσιμη από διάφορους ερευνητές (Doran and Parkin, 1994; Elliot et al., 1996) κυρίως επειδή η συμπεριφορά του εδάφους επηρεάζεται σημαντικά από μικροβιακά ελεγχόμενες διεργασίες (π.χ. ανακύκλωση θρεπτικών στοιχείων, σταθερότητα συσσωματωμάτων), ενώ οι συγκεκριμένες βιολογικές ιδιότητες αποκρίνονται με πιο άμεσο τρόπο σε αλλαγές που σχετίζονται με τη διαχείριση των εδαφών (Scholes et al., 1994; Elliot et al., 1996).

Στην πορεία, έχουν προταθεί διάφορα Ε.Σ.Δ. (Larson and Pierce, 1991; Arshad and Coen, 1992; Larson and Pierce, 1994; Harris and Bezdicek, 1994; Doran and Parkin, 1994;Kennedy and Papendick, 1995) ενώ το συγκεκριμένο θέμα αποτελεί αντικείμενο επιστημονικής συζήτησης μέχρι και σήμερα. Προς το παρoν δεν υπάρχει ένα κοινώς αποδεχτό Ε.Σ.Δ. ούτε και συγκεκριμένος τρόπος ερμηνείας των δεικτών της ποιότητας του εδάφους, δεδομένου ότι, ανάλογα με τις βασικές λειτουργίες του εδάφους που προωθούνται κάθε φορά, όσον αφορά στη χρήση του, διαφορετικές εδαφικές συνθήκες είναι επιθυμητές (Smyth and Dumanski, 1995; Sparling and Shiper, 2004). Ακριβώς επειδή υπάρχουν τόσες ανταγωνιστικές χρήσεις του εδάφους και εγγενείς περιορισμοί, για ένα σύνολο εδαφικών τύπων παγκόσμια, οι εδαφικές ιδιότητες που θα πρέπει να περιλαμβάνονται σε ένα Ε.Σ.Δ. δεν θα ήταν δυνατόν να είναι καθολικά αποδεκτές. Οι δείκτες που θα χρησιμοποιηθούν για την έμμεση εκτίμηση της λειτουργικότητας ενός συγκεκριμένου εδάφους, καθορίζονται κατάλληλα, λαμβάνοντας υπόψη κάθε φορά τις λειτουργίες που είναι κρίσιμες για την επίτευξη των στόχων της διαχείρισης (Harris et al., 1996; Andrews et al., 2002a).

Στον πίνακα (2.1.1) παρουσιάζεται ένα παράδειγμα με πιθανούς διαχειριστικούς στόχους και τις σχετιζόμενες με αυτούς λειτουργίες του εδάφους όπως αναφέρονται από τους Andrews et al. (2004).

Πίνακας 2.1.1.Πιθανοί διαχειριστικοί στόχοι και οι σχετιζόμενες εδαφικές λειτουργίες που χρησιμοποιούνται για τη επιλογή δεικτών ποιότητας εδάφους

(Andrews et al. 2004).

Στόχος Διαχείρισης Υποστηριζόμενη εδαφική λειτουργία

Βιβλιογραφία

Παραγωγικότητα Ανακύκλωση

θρεπτικών

Doran and Parkin (1994); Seybold et al. (1998)

Σχέσεις νερού Harris et al. (1996); Seybold et al. (1998)

Ανακύκλωση αποβλήτων

Φυσική σταθερότητα και υποστήριξη

Doran and Parkin (1994); Harris et al. (1996);

Seybold et al. (1998)

Φιλτράρισμα, ρυθμιστική ικανότητα

Harris et al. (1996); Seybold et al. (1998)

Περιβαλλοντική Προστασία

Αντίσταση στην υποβάθμιση και ελαστικότητα

Doran and Parkin (1994); Karlen et al. (1994)

Βιοποικοιλότητα και ενδιαίτημα

Doran and Parkin (1994); Karlen et al. (1994);

Seybold et al. (1998)

Στην πρόσφατη οδηγία του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου για τον Καθορισμό του Πλαισίου Προστασίας του Εδάφους (EC 2006a), αναγνωρίζονται οι παρακάτω βασικές λειτουργίες που επιτελούν τα εδάφη:

 Παραγωγή βιομάζας

 Αποθήκευση, φιλτράρισμα, και μεταφορά θρεπτικών στοιχείων, και νερού

 Παροχή ενδιαιτήματος και δεξαμενή βιοποικιλότητας

 Πλατφόρμα για τις περισσότερες ανθρώπινες δραστηριότητες

 Παροχή αδρανών υλικών

 Δεξαμενή άνθρακα

 Προστασία γεωλογικής και αρχαιολογικής κληρονομιάς

Οι παραπάνω λειτουργίες εκπληρώνονται σε διαφορετικά επίπεδα και καθορίζονται σε σχέση με τα εγγενή χαρακτηριστικά του εδάφους (π.χ δομή και υφή, pH, φαινόμενο ειδικό βάρος, ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων κ.α), εξωτερικούς παράγοντες (κλίμα, τοπογραφία, υδρολογία, βιολογία), αλλά και ανθρωπογενείς παράγοντες (χρήση γης και διαχείριση) (Tóth et al., 2007). Η αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους για ένα συγκεκριμένο έδαφος, εξαρτάται, κάθε φορά, από τις εγγενείς δυνατότητες του, την επιδιωκόμενη χρήση γης και τους διαχειριστικούς στόχους (Andrews et al., 2004). Για παράδειγμα, το βέλτιστο επίπεδο οργανικής ουσίας (αλλά και άλλων εδαφικών ιδιοτήτων) διαφέρει ανάλογα με τις συνθήκες εδαφογένεσης, οδηγώντας έτσι σε διαφοροποιήσεις των πιθανών λειτουργιών.

Δεν υπάρχει, επομένως, κάποια ιδανική τιμή που θα καθορίζει την ποιότητα του εδάφους. Η ποιότητα του εδάφους, μπορεί να εκτιμάται χρησιμοποιώντας ένα πλαίσιο, το οποίο καθορίζει τους διαχειριστικούς στόχους κι αναγνωρίζει τις κρίσιμες εδαφικές λειτουργίες για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, επιλέγοντας, κάθε φορά, δείκτες που θα παρέχουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία ενός συγκεκριμένου εδάφους (Karlen et al., 2003). Οι δείκτες της ποιότητας του εδάφους αποτελούνται από εδαφικές ιδιότητες που έχουν τη μεγαλύτερη ευαισθησία σε αλλαγές της λειτουργικής κατάστασης του εδάφους (Andrews et al., 2004). Οι βασικές εδαφικές ιδιότητες που έχουν χρησιμοποιηθεί ως δείκτες της ποιότητας του εδάφους παρουσιάζονται στον πίνακα 2.1.2.

Πίνακας 2.1.2. Εδαφικές ιδιότητες που έχουν χρησιμοποιηθεί ως δείκτες ποιότητας εδάφους

Φυσικές ιδιότητες Χημικές ιδιότητες Βιολογικές ιδιότητες Φαινόμενη πυκνότητα Ολικός οργανικός άνθρακας Μικροβιακή βιομάζα C,N

Πορώδες Ολικό άζωτο Μικ/κη βιομ. C / ολικό C

Ιλύς Ηλεκτρική αγωγιμότητα Μικ/κη βιομ. N / ολικό N

Υδατοικανότητα pH Ενεργός άνθρακας

Βάθος εδάφους ΝΟ3-Ν , ΝΗ4-Ν Δυνητικά ανοργανοποιήσιμο N

Υγρασία εδάφους Φώσφορος Εδαφική αναπνοή

Θερμοκρασία εδάφους Ανταλλάξιμα Ca, Mg, K, Na Εδαφική αναπνοή / μικ/κη βιομ Δομή του εδάφους

Χρώμα εδάφους

Ανάλογα με την εποχική τους μεταβλητότητα, οι δείκτες ποιότητας εδάφους μπορούν να ταξινομηθούν ως στατικοί ή δυναμικοί (Carter et al., 1997; Shukla et al., 2004a). Η παρακολούθηση της χρονικής μεταβολής των βασικών δεικτών, καθορίζει εάν η ποιότητα ενός εδάφους, υπό συγκεκριμένη χρήση γης και διαχείρισης, βελτιώνεται, παραμένει σταθερή ή υποβαθμίζεται (Lal, 1998; Shukla et al., 2004a).

2.3. Φυσικές ιδιότητες / Δείκτες ποιότητας του εδάφους

Η επίδραση των φυσικών ιδιοτήτων στην ποιότητα του εδάφους εκδηλώνεται με διάφορους τρόπους. Παραδείγματα κακής επίδρασης των φυσικών ιδιοτήτων αποτελούν εδάφη με μειωμένη διηθητικότητα, επιφανειακή απορροή, δημιουργία

«κρούστας», κακό αερισμό, δυσκολία ανάπτυξης των ριζών και δυσκολία κατεργασίας. Αντίθετα, σε έδαφος με καλή επίδραση των φυσικών ιδιοτήτων στη ποιότητα του εδάφους, απουσιάζουν τα παραπάνω συμπτώματα. Συχνά στο έδαφος εκδηλώνονται ταυτόχρονα πολλά ή και όλα μαζί τα παραπάνω προβλήματα, καθώς συνδέονται άμεσα με την κακή δομή του εδάφους (Dexter 2004).

Η δομή του εδάφους αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές ιδιότητες που επηρεάζουν τη παραγωγικότητα διότι καθορίζει το βάθος των ριζών, την ποσότητα του νερού που θα συγκρατηθεί στο έδαφος, την κίνηση του αέρα, του νερού και της εδαφικής πανίδας (Hermavan and Cameron, 1993 and Langmaack, 1999). Η ποιότητα του εδάφους συνδέεται άμεσα με τη δομή του, καθώς πολλά από τις περιβαλλοντικά προβλήματα στις εντατικά καλλλιεργούμενες περιοχές, όπως η διάβρωση, η ερημοποίηση, η συνεκτικότητα κλπ, προέρχονται από υποβάθμιση της δομής του εδάφους (Dexter, 2002). Επομένως, η ποιότητα των φυσικών ιδιοτήτων του εδάφους επηρεάζει άμεσα την περιβαλλοντική ποιότητα και την φυτική παραγωγή (Arshad et al., 1996). Εδάφη με καλοσχηματισμένα συσσωματώματα, διατηρούν την ισορροπία αέρα και νερού που απαιτείται προκειμένου να προωθηθούν πολλές εδαφικές διεργασίες (Lowery et al., 1996).

Φυσικές ιδιότητες, που χρησιμοποιούνται στα Ε.Σ.Δ. για την αξιολόγηση της ποιότητας του εδάφους, αποτελούν η κοκκομετρική σύσταση, η φαινόμενη πυκνότητα, το πορώδες, το βάθος, η υδατοικανότητα, η θερμοκρασία του εδάφους και η σταθερότητα των συσσωματωμάτων.

2.3.1 Κοκκομετρική σύσταση

Η κοκκομετρική σύσταση, ή υφή του εδάφους, αναφέρεται στην ποσοστιαία κατανομή των εδαφικών τεμαχιδίων, τα οποία ταξινομούνται γενικώς σε τρια κλάσματα, ήτοι την άμμο, την ιλύ, και την άργιλο. Η κοκκομετρία του εδάφους είναι από τα λίγα χαρακτηριστικά που δεν μεταβάλλονται γρήγορα με φυσικές διαδικασίες, προσδιορίζουν, όμως, την παραγωγικότητα και σε τελική ανάλυση τη γεωργική αξία των εδαφών. Ο σημαντικός ρόλος της κοκκομετρικής σύστασης γίνεται αντιληπτός αν ληφθεί υπόψη ότι αυτή επηρεάζει πλήθος φυσικών, χημικών και βιολογικών παραμέτρων, που ελέγχουν τη διαθεσιμότητα θρεπτικών στοιχείων και τη παραγωγικότητα ενός εδάφους όπως: η θερμοκρασία, η δομή, το πορώδες, οι σταθερές εδαφικής υγρασίας, η συγκέντρωση οργανικού άνθρακα, οι ρυθμοί διάχυσης αερίων και θρεπτικών ιόντων, η ρυθμιστική ικανότητα, και η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων (Arshad and Coen, 1992; Αναλογίδης 2000).

Εδάφη με λεπτόκοκκη σύσταση παρουσιάζουν μεγαλύτερη συγκράτηση εδαφικού νερού, και υδραυλική αγωγιμότητα, ενώ έχουν μικρότερη φαινόμενη πυκνότητα.

Επιπλέον η κοκκομετρική σύσταση μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εκτίμηση και μοντελοποίηση της πιθανής εδαφικής διάβρωσης (Chen, 1999). Ο Spain (1990) βρήκε θετική συσχέτιση μεταξύ της υφής και του εδαφικού οργανικού άνθρακα του εδάφους, καθώς η οργανική ουσία του εδάφους προστατεύεται από την αποδόμηση μέσω της προσρόφησης της στα στοιχειώδη σωματίδια της αργίλου και της παγίδευσής της στους μικρούς πόρους των συσσωματωμάτων (Oades 1989; Sikora and Scott, 1996).

2.3.2 Πορώδες

Πορώδες είναι το σύνολο των κενών διαστημάτων (πόρων), ανά μονάδα όγκου του εδάφους. Η μέτρηση του πορώδους αποτελεί ποσοτικοποίηση της δομής του, μια και το μέγεθος, το σχήμα και η συνέχεια των πόρων επηρεάζει πολλές σημαντικές διεργασίες στο έδαφος (Ringrose-Voase and Bullock, 1984). Ο χαρακτηρισμός του συστήματος των πόρων του εδάφους μας δίνει ουσιαστικές ενδείξεις για την ποιότητα και την ευπάθεια των εδαφών, ως αποτέλεσμα συγκεκριμένων διαχειριστικών πρακτικών (Pagliai et al., 2003). Η συμπίεση των εδαφών αποτελεί παράγοντα περιβαλλοντικής υποβάθμισης που συνδέεται άμεσα με τη μείωση των πόρων του

εδάφους (Pagliai et al., 2003). Η συμπίεση του εδάφους αναφέρεται στη μείωση του όγκου μιας συγκεκριμένης μάζας εδάφους, με τη μείωση ή και εξαφάνιση πρώτα των μεγαλύτερων πόρων (Richard et al., 2001), που οδηγεί στην αλλαγή της κατανομής των πόρων και έτσι επιδρά άμεσα στα χαρακτηριστικά κατακράτησης του ύδατος (Katou et al., 1987). Πρόσφατες μελέτες αναφέρουν ότι η μείωση του πορώδους, που ακολουθείται από κίνηση γεωργικών μηχανημάτων, φαίνεται να οδηγεί σε σχηματισμό πλακοειδούς δομής του εδάφους (Marsili et al., 1998; Servadio et al., 2001; Pagliai et al., 2003). Επιπρόσθετα, η μέθοδος άρδευσης επηρεάζει σημαντικά το πορώδες του εδάφους. Οι Pezzarossa et al (1991) αναφέρουν μείωση του πορώδους σε έδαφος οπωρώνα κατά την περίοδο άρδευσης, ενώ μεγαλύτερη ήταν ή μείωση όταν η άρδευση πραγματοποιούνταν με κατάκλιση σε σύγκριση με τη τεχνική βροχή.

2.3.3 Φαινόμενο ειδικό βάρος

Το φαινόμενο ειδικό βάρος (Φ.Ε.Β.) ορίζεται ως η μάζα (βάρος) ανά μονάδα όγκου εδάφους και εκφράζεται σε g/cm^-3. Το Φ.Ε.Β. ποικίλει σε εδάφη με διαφορετική υφή, δομή και περιεκτικότητα σε οργανική ουσία, αλλά, για δεδομένο τύπο εδάφους, μπορεί να θεωρείται ότι έχει ίδια τιμή προκειμένου να εκτιμηθεί ο βαθμός συμπίεσης και η δομή του. Αλλαγές στο Φ.Ε.Β. επιδρούν σε πλήθος εδαφικών ιδιοτήτων και διεργασιών, οι οποίες επηρεάζουν την παροχή νερού και οξυγόνου. Συνήθως οι δειγματοληψίες στα εδάφη πραγματοποιούνται ογκομετρικά σε συγκεκριμένα βάθη, αλλά αναλύονται βαρυμετρικά. Οι ερμηνείες της ποιότητας του εδάφους, τις περισσότερες φορές, γίνονται σε μια ογκομετρική βάση χρησιμοποιώντας τη φαινόμενη πυκνότητα ως ένα συντελεστή μετατροπής (Reganold and Palmer, 1995).

Οι Hajabbasi et al. (1997) αναφέρουν ότι μετά την αποψίλωση και την καλλιέργεια του εδάφους, λόγω της αυξημένης θερμοκρασίας και υγρασίας, ένα μικρό τμήμα της οργανικής ουσίας αποσυντίθεται, με αποτέλεσμα τη χειροτέρευση της δομής και αύξησης της τιμής του Φ.Ε.Β. Η αύξηση αυτή πιθανόν να οδηγήσει στην αναλογική μείωση του πορώδους και της υδατοικανότητας (Sahari and Behera, 2001), με αποτέλεσμα τη χειροτέρευση της ποιότητας του εδάφους. Το Φ.Ε.Β.αποτελεί μια από τις φυσικές ιδιότητες που περιλαμβάνεται πολύ συχνά σε Ε.Σ.Δ. για την αποτίμηση της ποιότητας του εδάφους (Doran and Parkin, 1994; Larson and Pierce 1994; Arshad et al., 1996; Glover et al., 2000).

2.3.4. Υδατοικανότητα

Ως υδατοικανότητα αναφέρεται η υγρασία εδάφους, που απομένει όταν, μετά από υδατικό κορεσμό, απομακρυνθεί με φυσική απορροή το νερό βαρύτητας. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την υδατοικανότητα ενός έδαφος είναι η υφή και δομή του, η ποσότητα και το είδος της αργίλου του εδάφους, η ποσότητα της οργανικής ουσίας, η θερμοκρασία, ο υδροφόρος ορίζοντας, η παρουσία αδιαπέραστων στρωμάτων, η εξατμησοδιαπνοή (Hillel, 1971). Επιπλέον, διαχειριστικές πρακτικές του εδάφους, όπως η ενσωμάτωση των φυτικών υπολειμμάτων, οι τεχνικές μειωμένης κατεργασίας, καθώς και οι καλλιέργειες κάλυψης, αυξάνουν τη υδατοικανότητα, ενώ αντίθετα, η απομάκρυνση και το κάψιμο των φυτικών υπολειμμάτων, καθώς και οι συμβατικές μέθοδοι άροσης τη μειώνουν. Μειωμένη υδατοικανότητα υποδεικνύει ότι το έδαφος δεν μπορεί να διατηρήσει πολύ υγρασία, είτε διότι είναι διαβρωμένο και άρα πιο «λεπτό», είτε διότι έχει αλλάξει η περιεχόμενη του οργανική ουσία ή η δομή, ή ταυτόχρονα συνδυασμός και των δύο παραπάνω υποθέσεων (Mahe et al., 2004). Η υδατοικανότητα αποτελεί ιδιότητα που περιλαμβάνονται συχνά στα Ε.Σ.Δ. δεικτών ποιότητας εδάφους (Islam and Weil, 2000; Glover et al., 2000; Zornoza et al., 2007).

2.4. Χημικές ιδιότητες /Δείκτες ποιότητας εδάφους

Η χημεία του εδάφους ασχολείται, κυρίως, με τη φύση, τη χημική σύσταση, τις ιδιότητες και τις αντιδράσεις που συμβαίνουν στα εδάφη. Οι χημικές ιδιότητες τροποποιούν τις φυσικές και αλληλεπιδρούν με τις βιολογικές ιδιότητες και διεργασίες στο έδαφος. Η χημική φύση του εδάφους, εξάλλου, επηρεάζει άμεσα τον εφοδιασμό των φυτών με θρεπτικά στοιχεία καθώς και τη συμπεριφορά τους στο εδαφικό οικοσύστημα. Χημικές ιδιότητες, που έχουν χρησιμοποιηθεί ως δείκτες ποιότητας εδάφους, είναι, ο ολικός άνθρακας και το άζωτο του εδάφους, το pH, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων και τα ανόργανα θρεπτικά στοιχεία, κυρίως το εκχύλισιμο άζωτο και φώσφορος.

2.4.1 Οργανική ουσία / οργανικός άνθρακας

Η οργανική ουσία του εδάφους θεωρείται από τους πιο αναγνωρίσιμους δείκτες ποιότητας του εδάφους (Stott & Martin, 1990; Arshad and Coen, 1992; Gregorich et al., 1994; Doran et al., 1998; Wander and Drinkwater, 2000; Schoenholtz et al., 2000), καθώς επηρεάζει πλήθος εδαφικών ιδιοτήτων και διεργασιών. Η οργανική

ουσία του εδάφους, άλλωστε, είναι καθοριστική για τη βιωσιμότητα κάθε αγρο οικοσυστήματος, διότι εκτός του ότι βελτιώνει άλλες ιδιότητες, όπως η συγκράτηση νερού και θρεπτικών, η ρυθμιστική ικανότητα και η μικροβιακή δραστηριότητα και ποικιλότητα, έχει σημαντικές επιπτώσεις στην παραγωγή τροφής, στην ποιότητα των νερών και του περιβάλλοντος (Carter 2002). Επιπλέον, δημιουργεί τις συνθήκες που ευνοούν την πλαστικότητα και ανεκτικότητα των εδαφών σε περιβαλλοντικές πιέσεις (Doran and Parkin, 1994). Απαιτείται λοιπόν, η παρακολούθηση της δυναμικής της οργανικής ουσίας, ως μια ολοκληρωμένη μέτρηση των βιοφυσικών συστατικών ενός βιώσιμου οικοσυστήματος (Karlen et al., 1997).

Η αύξηση ή η συγκέντρωση του εδαφικού άνθρακα που ακολουθεί μια αλλαγή χρήσης γης, επηρεάζεται από τη ποσότητα και τη χημική σύσταση των παραγόμενων φυτικών υπολειμμάτων, τον καταμερισμό των υπέργειων και υπόγειων εισροών και των μικροκλιματικών συνθηκών που η νέα βλάστηση έχει δημιουργήσει (Mendham et al., 2003; Rees et al., 2005).

Απώλειες του οργανικού άνθρακα του εδάφους συμβαίνουν συχνά κατά την μετατροπή φυσικών οικοσυστημάτων σε αγροτικά (Mann, 1986; Davidson and Ackerman 1993). Οι απώλειες αυτές συνδέονται με τις μειωμένες εισροές οργανικών υλικών, τη μειωμένη φυσική προστασία του οργανικού άνθρακα, ως αποτέλεσμα της άροσης (Davidson and Ackerman, 1993), τις αλλαγές στη υγρασία και θερμοκρασία του εδάφους που προωθούν τους ρυθμούς αποσύνθεσης και τη διάβρωση του εδάφους (Tan and Lal, 2005). Επιπλέον, η μείωση αυτή, πολλές φορές σημαντική, είναι συνάρτηση του συνολικού χρόνου που ένα έδαφος βρίσκεται υπό καλλιέργεια, των εφαρμοζόμενων καλλιεργητικών πρακτικών αλλά και του είδους της καλλιέργειας (Paustian et al., 2000).

Οι Guo and Gifford (2002), μετά από ανάλυση 74 δημοσιεύσεων, παρέχουν μια διευρυμένη εικόνα των επιπτώσεων της αλλαγής χρήσης γης στα αποθέματα άνθρακα του εδάφους. Η ανάλυση τους υποδεικνύει ότι τα αποθέματα εδαφικού άνθρακα μειώνονται όταν η χρήση γης αλλάζει από βοσκότοπο σε οπωρώνα, φυσικό δάσος σε οπωρώνα, φυσικό δάσος σε αροτραία καλλιέργεια και βοσκότοπο σε αροτραία καλλιέργεια. Αντίθετα, τα αποθέματα του εδαφικού άνθρακα αυξάνουν όταν η χρήση γης αλλάζει από φυσικό δάσος σε βοσκότοπο, αροτραία καλλιέργεια σε βοσκότοπο, αροτραία καλλιέργεια σε οπωρώνα, και αροτραία καλλιέργεια σε δάσος. Στις περιπτώσεις που η αλλαγή από μία χρήση γης σε κάποια άλλη μειώνει τον εδαφικό