Effects of greenhouse microclimate on irrigation scheduling of hydroponic crops under a mediterranean climate

Abstract

Αναμφισβήτητα, οι εκτός εδάφους θερμοκηπιακές καλλιέργειες συνεισφέρουν θετικά στην απόδοση των καλλιεργειών, στην αύξηση του δείκτη αποτελεσματικής χρήσης του νερού, στον περιορισμό της χρήσης αγροχημικών και στην προστασία του περιβάλλοντος. Παρόλα αυτά ακόμα και η "γεωργία ακριβείας", χρήζει βελτιώσεων στον τομέα της υδροπονίας και ειδικότερα στον προγραμματισμό της άρδευσης, αφού ποσοστό 30-40% του θρεπτικού διαλύματος στα ανοικτού τύπου υδροπονικά συστήματα απορρέει στο περιβάλλον. Γνωρίζοντας τις συνθήκες περιβάλλοντος θερμοκηπίου όπως ο δροσισμός και η αλληλεπίδρασή του με την καλλιέργεια, ο προγραμματισμός της άρδευσης σχεδιάζεται λαμβάνοντας υπόψη το υψηλό ενεργειακό κόστος λειτουργίας και της κατανάλωσης νερού, υπό τις ξηροθερμικές συνθήκες που επικρατούν στις Μεσογειακές περιοχές. Τα πειράματα που έγιναν, είχαν ως στόχο να μελετήσουν την επίδραση του περιβάλλοντος του θερμοκηπίου, στον προγραμματισμό της άρδευσης υπό τις Μεσογειακές συνθήκες. Συνολικά έγιναν 4 πειράματα. Το πρώτο έχει διεξαχθεί μεταξύ Απριλίου-Ιουνίου 2014, το δεύτερο και τρίτο μεταξύ Οκτωβρίου-Δεκεμβρίου 2014 και Μαρτίου-Ιουνίου 2015 και το τελευταίο μεταξύ Απριλίου-Ιουνίου 2016. Από τα πειράματα έχει αποδειχθεί ότι η εφαρμογή της ίδιας ημερήσιας δόσης νερού σε διαφορετικές συχνότητες άρδευσης, δεν επηρεάζει την παραγωγή της υδροπονικής καλλιέργειας αγγουριού. Παρ’ όλα αυτά έχει διαπιστωθεί ότι η αύξηση της συχνότητας άρδευσης με μικρότερες ποσότητες θρεπτικού διαλύματος (0.192 Kg m-2), είναι θεμιτή αφού μειώνεται ο βαθμός απορροής κατά 24% σε σύγκριση με άρδευση με μεγαλύτερες ποσότητες θρεπτικού διαλύματος (0.448 Kg m-2) σε πιο αραιά διαστήματα. Η επίδραση των διαφορετικών συστημάτων δροσισμού που έχουν μελετηθεί (π.χ. δυναμικός εξαερισμός σε σύγκριση με το σύστημα της υγρής παρειάς) σε δύο καλλιεργητικές περιόδους του έτους (φθινόπωρό, άνοιξη-καλοκαίρι) απέδειξαν ότι είναι δυνατή η αποφυγή χρήσης του συστήματος της υγρής παρειάς, αφού το σύστημα του δυναμικού εξαερισμού αφαιρούσε το πλεονάζον θερμικό φορτίο. Επιπρόσθετα έχει διαπιστωθεί ότι η διαπνοή της καλλιέργειας ήταν στατιστικά μεγαλύτερη εκεί όπου εφαρμοζόταν δυναμικός εξαερισμός, και στις δύο καλλιεργητικές περιόδους, μειώνοντας το ποσοστό της απορροής. Η καλλιέργεια κατά την περίοδο άνοιξης-καλοκαιριού παρουσίασε περισσότερη παραγωγή, όπως αναμενόταν κατά 53-84% στις διάφορες μεταχειρίσεις, όμως χαμηλότερο δείκτη παραγωγικότητας του νερού. Παράλληλα, οι χαμηλότερες δόσεις άρδευσης που εξετάστηκαν, με στόχο τη διατήρηση του νερού της απορροής κοντά στο 20-25% αντί μεταξύ 35-40%, δεν επηρέασαν αρνητικά την παραγωγή. Παρά το γεγονός ότι η σκίαση με άσπρη μπογιά θεωρείται η πιο οικονομική λύση από πλευράς εξοικονόμησης ενέργειας και νερού, σε σύγκριση με άλλες μεθόδους δροσισμού, η σκίαση επηρέασε αρνητικά την παραγωγή μειώνοντας παράλληλα και τον δείκτη αποτελεσματικότητας της άρδευσης, αν και στατιστικός οι διαφορές δεν ήταν σημαντικές συγκρίνοντας με το σύστημα της υγρής παρειάς. Παρόλα αυτά, ο συνολικός δείκτης κατανάλωσης νερού κυμάνθηκε στα ίδια επίπεδα μεταξύ των δύο συστημάτων δροσισμού, αφού μεγάλες ποσότητες νερού χρειάστηκε να εξατμιστούν από το σύστημα της υγρής παρειάς με μέση υπολογιζόμενη ποσότητα τα 72 λ. μ-2. Στην παρούσα διατριβή έχει βαθμονομηθεί και δοκιμαστεί η απλοποιημένη σχέση εκτίμησης της διαπνοής Penman-Monteith (συντελεστές α και β), σε διαφορετικά περιβάλλοντα θερμοκηπίου (π.χ. με δροσισμό, με μόνο δυναμικό εξαερισμό) και σε διαφορετικές περιόδους του έτους. Τα αποτελέσματα υπογράμμισαν τη σημασία της βαθμονόμησης του μοντέλου όπως αυτή επηρεάζεται από το περιβάλλον του θερμοκηπίου. Παράλληλα, εντοπίστηκε η στενή συσχέτιση που έχει η θερμοκρασία του φύλλου με τη διαπνοή και προτάθηκε ένα νέο μοντέλο εκτίμησης της διαπνοής ανά τακτά χρονικά διαστήματα (10 λεπτά), βασισμένο σε αναπροσαρμογή της απλοποιημένης σχέσης, παρακάμπτοντας μετρήσεις εκτίμησης του ελλείμματος κορεσμού της ατμόσφαιρας και της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας. Τέλος, κατά τη διάρκεια των πειραμάτων έχουν χρησιμοποιηθεί φυτοαισθητήρες και έχει αποδειχθεί η στενή συσχέτιση μεταξύ προγραμματισμού της άρδευσης (ποσότητας-συχνότητας), με τη θερμοκρασία του φύλλου, τη μεταβολή της διαμέτρου του βλαστού αλλά και με τη θερμοκρασία του υποστρώματος.