Pea rotation with sunflower and maize as energy crops: Impact of improved soil parameters on productivity increase and sustainability in East and West Thessaly plains

This item is provided by the institution :

Repository :
National Archive of PhD Theses
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

PhD thesis (EN)

2013 (EN)
Αμειψισπορά μπιζελιού με ηλίανθο και αραβόσιτο ως ενεργειακές καλλιέργειες: επίδραση της βελτίωσης των εδαφικών παραμέτρων στην αύξηση της παραγωγικότητας και αειφορίας στην Ανατολική και Δυτική Θεσσαλική πεδιάδα
Pea rotation with sunflower and maize as energy crops: Impact of improved soil parameters on productivity increase and sustainability in East and West Thessaly plains

Σκουφογιάννη, Ελπινίκη

The introduction of pea (Pisum sativum L.) in crop rotation with maize and sunflower was studied in two soils of Thessaly plain, a heavy clay soil in Larissa (west Thessaly) and a sandy soil in Trikala (east Thessaly) plains, focusing on the effect of pisum cultivation on improving soil structure and soil fertility, as well as on the growth and productivity of the successive maize and sunflower crops. The effect of pea cultivation was studied in two cropping systems: a) pea harvested for pulse or as fodder crop, before the establishment of the spring crop, and b) pea incorporation (upon flowering) as green manure before the successive cultivation of maize (Zea mays L.) or sunflower (Helianthus annuus L.), compared with the traditional maize or sunflower monocultures. The growth and productivity of legume was studied as well as its nitrogen content and the N-supply to the soil. The growth and productivity of maize and sunflower were additionally studied, in a number of distracting samplings throughout the growing period, where plant height, leaf area index, specific leaf area and fresh and dry biomass per plant organ (leaf, stem and storage organ) were determined. Four experimental fields were established in the two study soils where pea - maize and pea - sunflower rotations were introduced in the period 2007-2009. A splitplot experimental design (4x3x3) was applied in three blocks. Each block contained four main plots, comprising four levels of nitrogen fertilization; and three subplots per main plot, comprising three cultivation practices per nitrogen fertilizer level (including spring crop monoculture as control). The results demonstrated that basic N uptake (unfertilized plots) was around 75- 85 kg / ha for both studied soils, which increased significantly with the introduction of pea in the crop rotation, and particularly by 20-40 kg / ha in the case of harvesting for pulse, and up to 160-180 kg / ha (100% increase) in the case of pea incorporation into the soil as green manure. It was also found that about 37.5% of the N contained in the green manure was recovered during the next (spring) crop, thus dramatically increasing soil fertility. The resulted yield increase was about 1,6 t / ha for sunflower to 5,0 t / ha for maize (unfertilized plots) as resulted by the N uptake times the yielduptake ratio, the latter being equal to about 20 and 65 for sunflowers and maize, respectively. Incorporating pea into the soil, approximately 400-500 kg of dry matter (stems, leaves and flowers) were added as as green manure, enriching the top soil with 18-22 kg N / ha annually. Besides the spectacular increase in the basic N uptake, the introduction of pea in crop rotation, especially as green manure, greatly increased the fertilization efficiency as reflected by the increased N recovery fraction that reached up to 70%, bringing about even greater yields of the spring crops for the same nitrogen dressings. The introduction of pea in crop rotation marks a significant improvement of the structure as well as the physico-chemical properties of the soil. This effect was even more evident in the weak-structured (sandy) soil, as demonstrated by the reduction of the “instability index”, particularly during the summer periods. The soil content of organic matter, organic carbon and the nutrients N, P, K increased significantly with the introduction of pea in crop rotation, and particularly in the case of its incorporation as green manure. Nowadays, it is certain that conventional cropping systems such monocultures of high-input annual crops are both economically and environmentally unfeasible. Introducing legume crops -and particularly pisum- in crop rotation, comprises an important proposal for sustainable and economically viable production even of such highly-demanding crops in Greece and particularly in Thessaly plain, and should be seriously taken into account for future land use planning, in line with the low input sustainable agriculture.
Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η επίδραση της εισαγωγής καλλιέργειας μπιζελιού (Pisum sativum L.) σε αμειψισπορά με εαρινή καλλιέργεια (μπιζέλι- αραβόσιτος και μπιζέλι – ηλίανθος) στη βελτίωση της δομής και γονιμότητας του εδάφους, και στην αύξηση της παραγωγικότητας των εαρινών καλλιεργειών, σε βαρύ αργιλώδες έδαφος της Λάρισας και αμμώδες έδαφος των Τρικάλων. Η καλλιέργεια του ψυχανθούς μελετήθηκε σε δύο καλλιεργητικά συστήματα: α) ως συμμετέχουσας καλλιέργειας σε εντατικοποιημένης μορφής σύστημα αμειψισποράς για τη συγκομιδή καρπού πριν την εαρινή καλλιέργεια, και β) ως χλωρής λίπανσης με ενσωμάτωση την περίοδο ανθοφορίας του μπιζελιού, πριν την εαρινή καλλιέργεια αραβόσιτου (Zea mays L.) και ηλίανθου (Helianthus annuus L.) σε σχέση με το παραδοσιακό καθεστώς της μονοκαλλιέργειας. Η αύξηση και παραγωγικότητα του ψυχανθούς μελετήθηκε ως προς την απόδοσή του σε βιομάζα ποιοτικά (περιεκτικότητα και απόδοση σε άζωτο) και ποσοτικά κατά την εποχή της ενσωμάτωσης (ανθοφορία) και κατά την ολοκλήρωση του βιολογικού του κύκλου. Επίσης μελετήθηκαν η αύξηση και ανάπτυξη των καλλιεργειών αραβοσίτου και ηλίανθου στα δύο εδάφη, και πιο συγκεκριμένα μελετήθηκε το ύψος φυτών, ο δείκτης φυλλικής επιφάνειας, η ειδική φυλλική επιφάνεια, και τα χλωρά και ξηρά βάρη των φυτικών οργάνων (βλαστός, φύλλα και όργανα καρποφορίας) καθ’ όλη τη διάρκεια του βιολογικού κύκλου και κατά τη συγκομιδή των καλλιεργειών. Πρωτοτυπία της παρούσας έρευνας αποτελεί η διερεύνηση της εισαγωγής στην αμειψισπορά της καλλιέργειας μπιζελιού όσον αφορά την απόδοσή της σε άζωτο στις επόμενες ενεργοβόρες καλλιέργειες αραβόσιτου και ηλίανθου, σε διαφορετικά εδάφη, καθώς και η βελτίωση της δομής και γονιμότητας των εδαφών αυτών, δεδομένου ότι η διεθνής και ιδιαίτερα η ελληνική βιβλιογραφία είναι ανεπαρκής αναφορικά με αυτό το σύστημα αμειψισποράς. Για τους σκοπούς της έρευνας, εγκαταστάθηκαν τέσσερις πειραματικοί αγροί στα δύο υπό μελέτη εδάφη x δύο καλλιέργειες, π.χ. αραβοσίτου και ηλίανθου, την περίοδο 2007-2009. Εφαρμόστηκε πειραματικό σχέδιο υποδιαιρεμένων τεμαχίων (split–plot design) 4x3x3, όπου στα κύρια τεμάχια εφαρμόστηκαν τέσσερα επίπεδα αζωτούχου λίπανσης και στα τρία υποτεμάχια ανά επίπεδο αζωτούχου λίπανσης εφαρμόστηκαν οι τρεις διαφορετικές καλλιεργητικές πρακτικές ως προς το ψυχανθές (συμπεριλαμβανομένης και της μονοκαλλιέργειας του εαρινού φυτού ως μάρτυρα), σε τρεις επαναλήψεις (blocks). Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η βασική απορρόφηση Ν, που κυμαίνεται περί τα 75-85 kg/ha στα δύο εδάφη, αυξάνει σημαντικά με την εισαγωγή του μπιζελιού στην αμειψισπορά κατά 20-40 kg/ha (στην περίπτωση της συγκομιδής καρπού), έως 160-180 kg/ha (αύξηση 100%) στην περίπτωση της χλωρής λίπανσης, καταδεικνύοντας επίσης ότι περί το 37,5% του Ν που περιέχεται στη χλωρή λίπανση ανακτάται κατά την αύξηση της επόμενης (εαρινής) καλλιέργειας, αυξάνοντας έτσι θεαματικά και τη γονιμότητα του εδάφους. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει αύξηση της απόδοσης περί τους 1,6 t/ha σε σπόρο ηλίανθου έως 5,0 t/ha σε σπόρο αραβοσίτου (χωρίς την εφαρμογή λιπάσματος) όπως προκύπτει από το γινόμενο της προσρόφησης Ν επί τον λόγο απόδοσης – απορρόφησης που βρέθηκε να ισούται περί το 20 και 65, για τον ηλίανθο και τον αραβόσιτο, αντίστοιχα. Με τη χλωρή λίπανση ενσωματώνονται περί τα 400-500 kg/στρ ξηράς ουσίας μπιζελιού (βλαστοί, φύλλα και άνθη) κατά την περίοδο της ανθοφορίας εμπλουτίζοντας το έδαφος κατά 18-22 kg N/στρ ετησίως. Εκτός της θεαματικής αύξησης της βασικής απορρόφησης του Ν στην περίπτωση της αμειψισποράς με μπιζέλι και κυρίως με τη χλωρή λίπανση, βελτιώνεται θεαματικά και η αποδοτικότητα της λίπανσης όπως αντικατοπτρίζεται με το κλάσμα ανάκτησης Ν που μπορεί να φθάσει το 70%, γεγονός που συνεπάγεται ακόμα μεγαλύτερες αποδόσεις των εαρινών καλλιεργειών για ίδιες εφαρμογές αζωτούχου λίπανσης. Η εισαγωγή της καλλιέργειας μπιζελιού σηματοδοτεί σημαντική βελτίωση της δομής και των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του εδάφους. Ιδιαίτερα σε εδάφη με ασθενέστερη δομή, τόσο η χλωρή λίπανση όσο και η αμειψισπορά επιδρούν σημαντικά στη βελτίωση της εδαφικής δομής όπως προκύπτει από τη μείωση του «δείκτη αστάθειας», και κυρίως κατά τις θερινές περιόδους. Τα ποσοστά της οργανικής ουσίας, του οργανικού άνθρακα, και των θρεπτικών στοιχείων Ν, Ρ, Κ αυξάνονται σημαντικά με την εισαγωγή της καλλιέργειας μπιζελιού στα συμβατικά συστήματα καλλιέργειας και κυρίως στην περίπτωση της χλωρής λίπανσης. Είναι σίγουρο ότι οι παραδοσιακές ενεργοβόρες μονοκαλλιέργειες είναι πλέον περιβαλλοντικά και οικονομικά ασυμβίβαστες. Η αμειψισπορά με ψυχανθή, και ειδικότερα με καλλιέργεια μπιζελιού, αποτελεί πολύ σημαντική πρόταση για αειφορική και οικονομικά βιώσιμη παραγωγή απαιτητικών καλλιεργειών όπως ο αραβόσιτος και ο ηλίανθος στη Θεσσαλία -και την Ελλάδα γενικότερα- και πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη στο σχεδιασμό συστημάτων χρήσης γης στο άμεσο μέλλον, στα πλαίσια της αειφορικής γεωργίας χαμηλών εισροών.

Organic carbon
Energy crops
Ενεργειακά φυτά
Nitrogen use efficiency
Βελτίωση εδαφών
Οργανικός άνθρακας
Αποδοτική χρήση αζώτου

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης (ΕΚΤ) (EL)
National Documentation Centre (EKT) (EN)



University of Thessaly (UTH)
Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)