Η επίδραση της γεωργικής και δασικής διαχείρισης καστανιάς (Castanea sativa Mill.) στις εδαφικές ιδιότητες και τη θρέψη

Abstract

Land use change exerts a large human impact on the environment, mainly through the conversion of forest land to agricultural land. Land use change affects the chemical, physical and biological soil properties, through the management practices carried out. A large-scale land-use change occurred in 1979, when the Greek state granted to the residents of mountainous communities large chestnut forest areas provided that the trees will be grafted and the chestnut forest areas will be exploited as agricultural lands. The aim of the present PhD thesis was to study the effect of land use change on certain soil properties and on the nutrition of the trees, under different management practices of the chestnut trees (Castanea sativa Mill.): a) agricultural, for the nut production (chestnut orchards) and b) forest, for the production of wood products (chestnut forest sites). For the implementation of the research, five mountainous study areas of Northern and Central Greece (Paiko, Kato Olympos, Pangaio, Ossa and Pelion), where the chestnut grows, were selected. In each study area, five pairs of chestnut stands were selected. Each pair consisted of one chestnut forest stand and one adjacent orchard stand. From a total of 25 pairs of chestnut orchards and forest sites were collected soil samples from the depths of 0-10, 10-20, 20-40 and 40-80 cm, undisturbed soil samples from the depths of 0-10 and 10-20 cm, robust green leaves from randomly selected branches and part of the fresh root system from the chestnut trees. Forest floor samples, from Oi (surface) and Oe + Oa (underlying) horizons, were collected from the chestnut forest sites of the study areas. Also, within each sampling plot, growth parameters such as the number of the trees, the mean diameter at breast height, the mean height and the mean age were measured. Soil chemical, physical and biological properties and various nutrient contents in the forest floor and chestnut leaves were determined. In the chestnut forest sites of all study areas, the organic matter percentage (LOI) was found significantly higher in the surface Oi horizon of the forest floor, compared to the underlying Oe + Oa horizons, while the accumulation of organic matter (t ha-1) was found significantly higher in the Oe + Oa horizons. The K content of the plant residues influenced K concentration in the forest floor of the chestnut forest sites. Ca was significantly higher in the Oi horizon of the forest floor in all study areas. On the contrary Mg concentrations were significantly higher in the Oe + Oa horizons of the forest floor. Fe, Zn and Mn were more abundant in the Oe + Oa horizons of the forest floor. The effect of liming to the chestnut orchards’ pH, as well as the nutrient leaching into deeper soil layers, were affected by the soil texture. The agricultural no-tillage management system with plant residue and herbaceous vegetation cover, as well as the addition of manure, maintained soil carbon in the chestnut orchards at similar levels to the forest sites. In the chestnut orchards, nitrogen fertilization did not increase soil surface N, calcium fertilization increased soil exchangeable Ca and phosphorus fertilization increased or maintained soil surface P concentration at the same levels, compared to the chestnut forest sites. K concentrations were low in the topsoil of the chestnut orchards. Fertilization increased Mg concentration in the chestnut orchards. Magnesium distribution in the depth of the soil profile was enabled by acidic soil pH. In the chestnut forest sites, magnesium translocated from deeper soil layers to the topsoil, through the tree root system. Concentrations of trace elements (Fe, Zn and Mn) were elevated in the soil surface of the chestnut forest sites. Copper fungicides increased soil Cu concentrations in the chestnut orchards. The content of all nutrients in the leaves, in both land use types, were within the limits of adequacy for the chestnut species, with a few exceptions. In terms of physical soil properties, no substantial differences were detected between the two land use types, due to the no-tillage management practices of the chestnut orchards in all study areas. In these study areas where land use change increased soil K concentrations, as well as leaf N, P and K contents, mycorrhizal colonization also increased. Older trees tend to support a greater number of fungal symbioses, regardless of the land use type.

Η αλλαγή χρήσης γης ασκεί μεγάλη ανθρώπινη επίδραση στο περιβάλλον, κυρίως μέσω της μετατροπής δασικών εκτάσεων σε καλλιεργούμενες. Η αλλαγή χρήσης γης επηρεάζει τις χημικές, φυσικές και βιολογικές ιδιότητες των εδαφών, μέσω των πρακτικών διαχείρισης που εφαρμόζονται. Μία μεγάλης έκτασης αλλαγή χρήσης γης συνέβη το 1979, όταν το ελληνικό κράτος παραχώρησε στους κατοίκους ορεινών κοινοτήτων μεγάλα τμήματα δασικών εκτάσεων με καστανιές, με την προϋπόθεση να εμβολιάσουν τα άγρια δέντρα και να εκμεταλλευτούν το καστανοδάσος ως γεωργική γη. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η μελέτη της επίδρασης της αλλαγής χρήσης γης σε ορισμένες εδαφικές ιδιότητες και στη θρέψη, κάτω από διαφορετική διαχείριση της καστανιάς (Castanea sativa Mill.): α) γεωργική, για την παραγωγή κάστανων (καστανεώνες) και β) δασική, για την παραγωγή προϊόντων ξύλου (συστάδες). Για την υλοποίηση της έρευνας, επιλέχθηκαν πέντε ορεινές περιοχές της Βόρειας και Κεντρικής Ελλάδας (Πάικο, Κάτω Όλυμπος, Παγγαίο, Όσσα και Πήλιο), που φύεται η καστανιά. Σε κάθε περιοχή επιλέχθηκαν πέντε ζεύγη γεωργικά καλλιεργούμενων καστανεώνων και δασικών συστάδων καστανιάς. Από τα συνολικά 25 ζεύγη καστανεώνων και συστάδων καστανιάς, συλλέχθηκαν δείγματα εδάφους από τα βάθη 0-10, 10-20, 20-40 και 40-80 cm, αδιατάρακτα δείγματα εδάφους από τα βάθη 0-10 και 10-20 cm, υγιή φύλλα από τυχαία επιλεγμένα κλαδιά και μέρος νωπού ριζικού συστήματος από τα δέντρα καστανιάς. Από τις συστάδες καστανιάς των περιοχών έρευνας συλλέχθηκαν δείγματα δασικού τάπητα, οριζόντων Oi (επιφανειακός) και Oe + Oa (υποκείμενοι). Επίσης, σε κάθε δειγματοληπτική επιφάνεια μετρήθηκαν οι παράμετροι ανάπτυξης των δέντρων, όπως ο αριθμός, η στηθιαία διάμετρος, το μέσο ύψος και η μέση ηλικία τους. Προσδιορίστηκαν χημικές, φυσικές και βιολογικές ιδιότητες του εδάφους και περιεκτικότητες των διαφόρων θρεπτικών στοιχείων στο δασικό τάπητα και στα φύλλα καστανιάς. Στις συστάδες καστανιάς όλων των περιοχών έρευνας, το ποσοστό της οργανικής ουσίας (LOI), βρέθηκε σημαντικά υψηλότερο στον επιφανειακό ορίζοντα Oi του δασικού τάπητα, σε σύγκριση με τους υποκείμενους ορίζοντες Oe + Oa, ενώ η συσσώρευση της οργανικής ουσίας (t ha-1) βρέθηκε σημαντικά υψηλότερη στους ορίζοντες Oe + Oa. Η συγκέντρωση Κ στο δασικό τάπητα των συστάδων καστανιάς, επηρεάστηκε από την περιεκτικότητα των φυτικών υπολειμμάτων σε Κ. Το Ca βρέθηκε σημαντικά υψηλότερο στον Oi ορίζοντα του δασικού τάπητα σε όλες τις περιοχές έρευνας, ενώ αντίθετα οι συγκεντρώσεις Mg ήταν σημαντικά υψηλότερες στους ορίζοντες Oe + Oa του δασικού τάπητα. Ο Fe, ο Zn και το Mn ήταν αφθονότερα στους ορίζοντες Oe + Oa του δασικού τάπητα. Η επίδραση της ασβέστωσης στο pH των καστανεώνων, καθώς και η έκπλυση των θρεπτικών στοιχείων σε βαθύτερα εδαφικά στρώματα, επηρεάστηκαν από την κοκκομετρική σύσταση του εδάφους. Το γεωργικό σύστημα διαχείρισης χωρίς άροση, με κάλυψη φυτικών υπολειμμάτων και ποώδους βλάστησης, καθώς και η προσθήκη κοπριάς, διατήρησαν τον εδαφικό άνθρακα στους καστανεώνες σε επίπεδα παρόμοια με των συστάδων. Στους καστανεώνες, η αζωτούχος λίπανση δεν αύξησε το Ν του εδάφους επιφανειακά, η ασβεστούχος λίπανση αύξησε το ανταλλάξιμο ασβέστιο στα εδάφη και η φωσφορούχος λίπανση αύξησε ή διατήρησε τη συγκέντρωση του Ρ στο επιφανειακό έδαφος στα ίδια επίπεδα, σε σύγκριση με τις συστάδες καστανιάς. Οι συγκεντρώσεις Κ ήταν χαμηλές στο επιφανειακό έδαφος των καστανεώνων. Η λίπανση με μαγνήσιο, αύξησε τη συγκέντρωσή του στους καστανεώνες και η κατανομή του στο βάθος της κατατομής διευκολύνθηκε από το όξινο pH του εδάφους. Στις συστάδες καστανιάς, το μαγνήσιο μετακινήθηκε από βαθύτερα εδαφικά στρώματα στην επιφάνεια, μέσω του ριζικού συστήματος των δέντρων. Οι συγκεντρώσεις των ιχνοστοιχείων (Fe, Zn και Mn) ήταν αυξημένες στο επιφανειακό έδαφος των συστάδων καστανιάς. Τα χαλκούχα μυκητοκτόνα αύξησαν τις συγκεντρώσεις Cu στο έδαφος των καστανεώνων. Οι περιεκτικότητες όλων των θρεπτικών στοιχείων στα φύλλα, βρίσκονται και στους δύο τύπους χρήσης γης εντός των ορίων επάρκειας για το είδος της καστανιάς, εκτός από ελάχιστες εξαιρέσεις. Ως προς τις φυσικές ιδιότητες του εδάφους, δεν προέκυψαν ουσιαστικές διαφορές μεταξύ των δύο τύπων χρήσης γης, λόγω της ήπιας διαχείρισης των καστανεώνων σε όλες τις περιοχές έρευνας. Στις περιοχές όπου η αλλαγή χρήσης γης αύξησε τις συγκεντρώσεις καλίου στο έδαφος, καθώς και τις περιεκτικότητες αζώτου, φωσφόρου και καλίου στα φύλλα, αυξήθηκε και ο μυκορριζικός αποικισμός. Τα μεγαλύτερα σε ηλικία δέντρα τείνουν να υποστηρίζουν μεγαλύτερο αριθμό μυκητιακών συμβιώσεων, ανεξαρτήτως τύπου χρήσης γης.