Συγκριτική μελέτη της χλωρίδας και της χημικής σύστασης της βοσκήσιμης ύλης των υπαλπικών λιβαδιών των βουνών Κερκίνη και Τζένα με διαφορετικό γεωλογικό υπόβαθρο

Abstract

Sub-alpine grasslands in Greece represent 22.3% of the country’s total pasture lands. Their significance lies in the fact that the grazing period ranges from summer, till early fall, a period during which the yield of lowland grasslands is of low nutritional value. On the contrary sup-alpine grasslands’ yield during this period is enough to cover the maintenance needs of the animals. That is why they are usually associated with transhumance pastoralism system, where the animal herds enter the grasslands in the early summer and migrate again to the lower altitudes when autumn begins.The present study took place in the sub-alpine grasslands situated on the mountains Jena and Kerkini (Beles) during the years 2011 and 2012. Specifically in the two regions the soil parameters were recorded, together with the flora and the vegetation, and the biotic and abiotic factors that affect floristic composition, the biodiversity index (number of species in each functional group) and herbage production were estimated. Also the monthly changes of the chemical composition in the herbage production of the two sub-alpine areas were determined.Twelve sampling surfaces were selected to study the parameters that affect floristic and chemical composition of the two sub-alpine areas. The sampling areas were representative of the sub-alpine grasslands of each mountain. The surfaces were fenced using a metal fence 4x4, and 1.5m high in order to block grazing. The sampling areas on mountain Jena (TA grasslands) had NE aspect, while on mountain Beles (G grasslands) the aspect was SE. The altitude in the study area of mountain Jenna ranged from 1770 to 1900 m and in Belles from 1680 to 1790 m respectively. The differences in altitude that appear between the two sub-alpine grassland areas are due to the different forest line borders on each mountain, as well as the different total altitudes of the mountains. Sampling was conducted each second week of the month starting from May and ending in September (grazing period). The second year of the study the herbage production was divided into three functional groups: grasses, legumes and forbs. The herbage species were determined in each sampling surface from the start up to blooming in the growth period in order to determine the floristic composition. The percentage of coverage for the species was also determined for each functional group according to the Braun-Blanquet method.In each sampling area, a soil sample was collected from 0-20 cm and pH, electric conductivity, organic matter content, total N, available P, exchangeable K, Ca and Mg, the micronutrients Fe, Zn, Cu and Mn, as well as the soil texture were determined. Also, apart from herbage production, crude protein content, fraction of cell walls NDF, ADF and ADL,the macro-nutrients (K, Na, Ca, P, and Mg) and micronutrients (Fe, Zn, Cu and Mn) were determined.The results of the analyses showed that there are significant differences between the soil parameters of the two grassland areas. Specifically pH (p<0.01) and sand percentage (p<0.001) were higher in G grasslands, while total N (p<0.01), Cu, Zn and Mn (p<0.05) as well as clay and silt percentage (p<0.001) were higher in TA grasslands.In the TA subalpine grasslands 150 species were recorded, that belong to 83 genera and 33 families. In the G grasslands 165 species, 107 genera and 36 families were recorded respectively. Floristic similarity between the two grasslands was very low, as there were only 31 common species and the Jacard similarity index was 0.11. The forbs displayed higher coverage (p<0.001) as well as legumes (p<0.01) in G grasslands, while in TA grasslands the coverage of grasses was higher (p<0.001). Forbs and legumes coverage was correlated to slope, as forbs coverage was higher (p<0.05) in the sampling areas that were placed in low gradient sites with the legumes displaying the opposite trend.Generalized additive models (G.A.M.) were used to predict floristic composition of plant species, total number of species (biodiversity index) as well as for each functional group, and mean monthly herbage production. Important prediction parameters for floristic composition were organic matter content and altitude. For the total number of species important prediction parameters were pH, floristic composition, herbage production and the presence of the grass Agrostis capillaris L. For the number of forbs species the important prediction parameters were pH, soil N, floristic composition and herbage production.For the sub-alpine herbage production important parameters in the prediction model were altitude, surface gradient, soil K and floristic composition, while the parameter “area – mountain” was not important. In the beginning of the growth period (May – June), herbage production was higher in G grasslands compared to the TA ones (p<0.05). This difference is due to the low production in areas of high gradient compared to the high production in the areas of low, local, gradients. During the second year of the study forbs and legumes production is higher (p<0.01) in G grasslands. On the contrary in grasses production was higher (p<0.05) in TA grasslands. Also, grass production was higher (p<0.05) in both TA and G grasslands compared to the other two functional groups, while legume production was the lowest (p<0.05).There were no significant differences in crude protein content between the two areas in total, while they in the separate functioning groups they were affected by the cutting month (p<0.001) and the altitude ( p<0,001). The herbage content in cell walls’ NDF, ADF and ADL increased as the plants matured, with the maximum values appearing in the last month of the growing period, an opposite trend from the one observed in crude protein. Between the two areas significant differences were observed in the NDF in broadleaf plants, with the TA grasslands showing a higher value (p<0,05), in the ADF with the G grasslands showing a higher value both in grasses (p<0,05) and in legumes (p<0,05).The fluctuations observed in the values of the inorganic elements between the two areas followed a similar pattern. During the second year of sampling, the range of values of the inorganic elements during the growth period showed no differences either between functional groups or areas of study, except Zn and Mn in the grasses group that differed from the other groups in both areas of study. Grasses presented the lowest concentrations in all inorganic elements except Na and Mn, regardless of the study area. Grasses content in K and forbs plants in Mg and K were significantly higher in the G area, while the content of Zn and Mn in all functional groups was higher in the TA area, together with the content of legumes in Cu.Herbage production is capable of covering the protein needs of cattle and sheep only during the first months of the plant growing period in both areas of study. Additionally, its content in inorganic nutrients seems to be enough to cover the needs of all the animals during the grazing period, except P and Na, while Cu was adequate only in the second year of sampling. Therefore the need for a protein supplement may be necessary combined with the above mentioned elements, although the differentiation in weather conditions may increase or reduce the adequacy of some of the inorganic nutrients.

Τα υπαλπικά λιβάδια στην Ελλάδα αντιπροσωπεύουν το 22,3% της συνολικής βοσκόμενης έκτασης. Η χρησιμότητα των υπαλπικών λιβαδιών έγκειται στο γεγονός ότι η περίοδο βόσκησης τους εκτείνεται την καλοκαιρινή περίοδο έως τις αρχές του φθινοπώρου, διάστημα κατά το οποίο η παραγωγή βλάστησης των πεδινών λιβαδιών είναι χαμηλής θρεπτικής αξίας. Σε αντίθεση η παραγωγή των υπαλπικών λιβαδιών την περίοδο αυτή είναι ικανή να καλύψει τις ανάγκες συντήρησης των ζώων. Για το λόγο αυτό είναι συνήθως συνδεδεμένα με τη μετακινούμενη νομαδική κτηνοτροφία που τα κοπάδια των ζώων εισέρχονται στα λιβάδια αρχές του καλοκαιριού και κατεβαίνουν πάλι στα χαμηλότερα υψόμετρα το φθινόπωρο.Η παρούσα έρευνα πραγματοποιήθηκε τα έτη 2011 και 2012 στα υπαλπικά λιβάδια των βουνών Τζένα και Κερκίνη (Μπέλες). Ειδικότερα, στις δύο υπαλπικές περιοχές έγιναν μετρήσεις των εδαφικών παραμέτρων, καταγραφή της χλωρίδας και της βλάστησης καθώς και εκτίμηση των βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων που επιδρούν στη χλωριδική σύνθεση, στο δείκτη α-ποικιλότητας (αριθμός των ειδών σε κάθε λειτουργική ομάδα) και στη λιβαδική παραγωγή. Επίσης, προσδιορίστηκαν οι μηνιαίες μεταβολές της χημικής σύστασης της λιβαδικής παραγωγής των δύο υπαλπικών περιοχών.Για τη διερεύνηση των παραμέτρων που επηρεάζουν τη χλωριδική σύνθεση και τη χημική σύσταση της λιβαδικής παραγωγής των δύο υπαλπικών περιοχών επιλέχτηκαν 12 δειγματοληπτικές επιφάνειες οι οποίες τοποθετήθηκαν αντιπροσωπευτικά στα υπαλπικά λιβάδια του κάθε όρους. Οι επιφάνειες περιφράχτηκαν από μεταλλικό πλέγμα διαστάσεων 4Χ4μ και ύψους 1,5 μ από την επιφάνεια του εδάφους, ώστε να αποτραπεί η βόσκηση. Οι δειγματοληπτικές επιφάνειες του όρους Τζένα (Τραχείτης-Ανδεσίτης, περιοχή) είχαν έκθεση βορειοανατολική, ενώ, αντίθετα, στο όρος Μπέλες (Γνεύσιος, περιοχή) είχαν νοτιοανατολική. Το υψομετρικό εύρος στην περιοχή έρευνας της υπαλπικής ζώνης του όρους Τζένα εκτεινόταν μεταξύ 1770-1900 μ., ενώ αντίστοιχα στο όρος Μπέλες ήταν 1680-1790μ. Οι διαφορές υψομέτρου που παρουσιάζονταν μεταξύ των δύο λιβαδικών υπαλπικών περιοχών οφείλονταν στις διαφορετικές επεκτάσεις του δασοορίου στο κάθε βουνό αλλά και τη διαφορά υψομέτρου των δύο βουνών. Η δειγματοληψία της λιβαδικής παραγωγής γινόταν τη δεύτερη εβδομάδα κάθε μήνα από Μάιο μέχρι και Σεπτέμβριο (περίοδος βόσκησης). Το δεύτερο έτος δειγματοληψίας η λιβαδική παραγωγή χωρίστηκε σε τρεις λειτουργικές ομάδες: αγρωστώδη, ψυχανθή και πλατύφυλλα και ολόκληρη η διαχείριση - εργαστηριακές αναλύσεις ακολούθησε αυτή τη διαδικασία αντίστοιχα. Τα φυτικά είδη προσδιορίστηκαν σε κάθε δειγματοληπτική επιφάνεια από την αρχή μέχρι το στάδιο της ανθοφορίας της αυξητικής περιόδου για τον προσδιορισμό της χλωριδικής σύνθεσης. Αντίστοιχα προσδιορίστηκε το ποσοστό κάλυψης των ειδών για τη κάθε λειτουργική ομάδα σύμφωνα με τη μέθοδο Braun-Blanquet.Από την κάθε δειγματοληπτική επιφάνεια πριν από το πρώτο έτος δειγματοληψίας της λιβαδικής παραγωγής έγινε επιφανειακή εδαφοτομή 0-20 cm και προσδιορίστηκαν το pH, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, η οργανική ουσία, το συνολικό Ν, ο διαθέσιμος Ρ, το ανταλλάξιμο K, Ca και Mg, τα ιχνοστοιχεία Cu, Zn, Fe, Mn καθώς και η μηχανική σύσταση. Επίσης, εκτός απ΄ τη λιβαδική παραγωγή προσδιορίστηκαν το περιεχόμενό της σε αζωτούχες ουσίες, τα κλάσματα των κυτταρικών τοιχωμάτων NDF, ADF και ADL τα μακροστοιχεία (K, Na, Ca, P, και Mg) και τα ιχνοστοιχεία (Fe, Zn, Cu και Mn).Από τα αποτελέσματα των εδαφικών αναλύσεων προέκυψαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των εδαφικών παραμέτρων στις δύο λιβαδικές περιοχές. Συγκεκριμένα, το pH p<0,01, το ποσοστό άμμου p<0,001 ήταν υψηλότερα στα εδάφη από γνεύσιο (G). Αντίθετα, το ολικό άζωτο Ν p<0,01, τα Cu, Zn και Mn p<0,05 καθώς και τα ποσοστά ιλύς και αργίλου p<0,001 ήταν υψηλότερα στα εδάφη από τραχείτη-ανδεσίτη (ΤΑ).Στα υπαλπικά λιβάδια των εδαφών από TA καταγράφηκαν 150 είδη που ανήκουν σε 83 γένη και 33 οικογένειες, ενώ τα αντίστοιχα στοιχεία για τα υπαλπικά λιβάδια των εδαφών από G ήταν 165 είδη, 107 γένη και 36 οικογένειες. Η χλωριδική ομοιότητα των δύο υπαλπικών περιοχών ήταν πολύ μικρή, δεδομένου ότι υπήρχαν μόνο 31 είδη από κοινού και ο αντίστοιχος δείκτης ομοιότητας Jaccard ήταν 0,11. Τα πλατύφυλλα έδειξαν υψηλότερη κάλυψη (p<0,001) καθώς και τα ψυχανθή (p<0,01) στα εδάφη από G, ενώ, αντίθετα, τα αγρωστώδη στα εδάφη από ΤΑ (p<0,001). Η κάλυψη των πλατύφυλλων και ψυχανθών συσχετίστηκε σημαντικά με την κλίση του εδάφους, καθώς η κάλυψη των πλατύφυλλων ήταν υψηλότερη (p<0,05) στις δειγματοληπτικές επιφάνειες με χαμηλή κλίση, ενώ τα ψυχανθή έδειξαν την αντίθετη τάση (p<0,05).Τα γενικευμένα αθροιστικά μοντέλα GAM χρησιμοποιήθηκαν για να προβλεφθεί η χλωριδική σύνθεση των φυτικών ειδών, ο συνολικός αριθμός των ειδών (δείκτης β-ποικιλότητας) αλλά και για κάθε λειτουργική ομάδα καθώς και η μέση μηνιαία λιβαδική παραγωγή. Σημαντικοί παράμετροι για την χλωριδική σύνθεση ήταν η οργανική ουσία και το υψόμετρο. Για το συνολικό αριθμό των ειδών σημαντικές παράμετροι πρόβλεψης ήταν το pH, η χλωριδική σύνθεση, η λιβαδική παραγωγή και το αγρωστώδες Agrostis capillaris L. Αντίστοιχα για τον αριθμό των πλατύφυλλων ειδών ήταν το pH, το εδαφικό Ν, η χλωριδική σύνθεση και η λιβαδική παραγωγή.Για την υπαλπική λιβαδική παραγωγή σημαντικές παράμετροι στο μοντέλο πρόβλεψης ήταν το υψόμετρο, η κλίση του εδάφους, το εδαφικό Κ και η χλωριδική σύνθεση, ενώ η παράμετρος ''περιοχή-Βουνό'' δεν ήταν σημαντική. Στην έναρξη της αυξητικής περιόδου (Μάιος-Ιούνιος) η λιβαδική παραγωγή ήταν υψηλότερη στα εδάφη από G από ό,τι στα εδάφη από TA (p<0,05), η διαφορά αυτή οφειλόταν στην παραγωγή των επιφανειών με κλίση εδάφους μεταξύ των δύο περιοχών, ενώ η παραγωγή ήταν υψηλότερη σε επιφάνειες που είχαν μικρές τοπικές κλίσεις. Το δεύτερο έτος δειγματοληψίας η παραγωγή των πλατύφυλλων και των ψυχανθών εμφανίζεται υψηλότερη p<0,01 στα εδάφη από G, αντιθέτως στα αγρωστώδη η παραγωγή ήταν υψηλότερη p<0,05 στα εδάφη από ΤΑ. Επίσης, η παραγωγή των αγρωστωδών ήταν υψηλότερη p<0,05 από τις δύο άλλες ομάδες και τα ψυχανθή είχαν τη χαμηλότερη παραγωγή p<0,05 και στις δύο περιοχές έρευνας.Το περιεχόμενο της λιβαδικής παραγωγής αλλά και ανά λειτουργική ομάδα σε αζωτούχες ουσίες δεν παρουσίασε διαφορές μεταξύ των δύο περιοχών, ενώ οι αζωτούχες ουσίες και στις τρεις λειτουργικές ομάδες επηρεάστηκαν από το μήνα κοπής p<0,001 και το υψόμετρο p<0,001. Το συγκέντρωση της λιβαδικής παραγωγής στα κλάσματα των κυτταρικών τοιχωμάτων, NDF, ADF και ADL αυξάνονταν όσο τα φυτά ωρίμαζαν με τις μέγιστες τιμές να εμφανίζονται το τελευταίο μήνα της αυξητικής περιόδου, ακολουθώντας αντίθετη τάση από τις αζωτούχες ουσίες. Μεταξύ των δύο περιοχών υπήρξαν σημαντικές διαφορές στα NDF στα πλατύφυλλα εμφανίζοντας υψηλότερη τιμή (p<0,05) στα εδάφη από ΤΑ, στα ADF στα αγρωστώδη (p<0,01) εμφανίζοντας υψηλότερη τιμή στα εδάφη από G και στα ADL στα αγρωστώδη (p<0,001) και στα ψυχανθή (p<0,05) εμφανίζοντας υψηλότερη τιμή και στις δύο ομάδες στα εδάφη από G.Οι διακυμάνσεις που παρουσίασαν οι τιμές των ανόργανων στοιχείων της λιβαδικής παραγωγής μεταξύ των δύο περιοχών ήταν παρόμοιες. Το δεύτερο έτος δειγματοληψίας μεταξύ των λειτουργικών ομάδων αλλά και μεταξύ των δύο περιοχών οι διακυμάνσεις των ανόργανων στοιχείων κατά τη διάρκεια της αυξητικής περιόδου δεν είχαν διαφοροποιήσεις πλην των ιχνοστοιχείων Zn και Mn της ομάδας των αγρωστωδών τα οποία παρουσίασαν διαφορές με τις άλλες λειτουργικές ομάδες και στις δύο περιοχές. Τα αγρωστώδη είδη είχαν τις χαμηλότερες συγκεντρώσεις σε όλα τα ανόργανα στοιχεία εκτός από το Na και το Mn ανεξάρτητα από την περιοχή. Η συγκέντρωση των αγρωστωδών σε Κ και των πλατύφυλλων σε Mg και Κ ήταν σημαντικά υψηλότερα στα εδάφη από G, ενώ η συγκέντρωση σε Zn Mn και των τριών λειτουργικών ομάδων των αγρωστωδών, των πλατύφυλλων σε Zn, Mn και των ψυχανθών σε Zn, Mn, Cu ήταν υψηλότερη στα εδάφη από ΤΑ.Η λιβαδική παραγωγή ήταν ικανή να καλύψει τις πρωτεϊνικές ανάγκες των βοοειδών και των προβάτων μόνο κατά τους πρώτους μήνες της αυξητικής περιόδου της βλάστησης και στις δύο περιοχές. Παράλληλα, η συγκέντρωση της λιβαδικής παραγωγής σε ανόργανα στοιχεία φαίνεται ότι είναι επαρκής για να καλύψει τις ανάγκες των βόσκοντων ζώων σε όλη την περίοδο βόσκησης εκτός από το Ρ και το Na, ενώ ο Cu μόνο το δεύτερο έτος δειγματοληψίας ήταν επαρκής. Επομένως, πιθανόν να είναι αναγκαία η χορήγηση πρωτεϊνούχου συμπληρώματος σε συνδυασμό με τα προαναφερόμενα ανόργανα στοιχεία για να καλυφθούν οι ανάγκες των βόσκοντων ζώων. Ωστόσο, η διαφοροποίηση των καιρικών συνθηκών μπορεί να αυξήσει ή να μειώσει την επάρκεια κάποιων ανόργανων στοιχείων.