Assessment of grapevine nitrogen and water status with the use of the 13C and 15N stable isotopes and spectral reflectance

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)

2012 (EN)
Αξιολόγηση της αζωτούχου θρέψης και της υδατικής κατάστασης της αμπέλου με την χρησιμοποίηση των σταθερών ισοτόπων 13C και 15N και της φασματικής ανάκλασης
Assessment of grapevine nitrogen and water status with the use of the 13C and 15N stable isotopes and spectral reflectance

Τάσκος, Δημήτριος

The effects of irrigation and nitrogen fertilization on vine canopy reflectance, leaf spectral properties, and the natural abundance of the stable isotopes of nitrogen (δ15Ν) and carbon (δ13C), were studied for two consecutive years (2009 – 2010) in two commercial vineyards located in northern Greece and planted with the Cabernet Sauvignon and Xinomavro varieties (Vitis vinifera L.). Three nitrogen levels (0, 60, and 120 kg Ha-1) and two irrigation levels (Irrigated: 80% of crop evapotranspiration, and non-irrigated) were applied in a randomized complete block experimental design with three replications. Measurements of NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) with two active canopy sensors (Crop Circle Acs-210 and Crop Circle Acs-430) and of leaf chlorophyll with two chlorophyll meters (SPAD-502 and CCM-200), were taken in two and four vine growth stages respectively. In each of the four growth stages, the concentrations of total nitrogen and chlorophyll and the natural abundances δ15Ν and δ13C in the leaf blades were also measured. Additionally, δ15Ν and δ13C were determined in the grape juice at harvest and in dormant canes at winter pruning. The concentrations of nitrogen and chlorophyll and δ15Ν values were sensitive to nitrogen fertilization, following a declining course during the growth period, but were not affected by irrigation. δ13C values in the leaves and canes were affected by both nitrogen and water supply but the corresponding values in grape juice varied only in response to water supply. SPAD and CCM readings correlated well with the concentrations of leaf nitrogen and chlorophyll, although these correlations were weaker towards harvest, possibly because of leaf structural changes. A non-linear relationship between SPAD and CCM readings was observed, indicating that the compatibility of these two instruments may be restricted under high nitrogen availability conditions. NDVI measurements were less effective in predicting vine nitrogen status compared to chlorophyll meter values, especially in the Xinomavro vineyard. Acs-430 sensor (red and rededge spectral channels) provided more reliable information on vine growth and yield production compared to the Acs-210 sensor (amber channel). According to these findings, limitations exist in the use of active canopy sensors and chlorophyll meters for the estimation of vine productivity and nitrogen status in different vineyards. Original data on the use of δ15Ν and δ13C in viticulture were collected; δ15Ν in vine leaves and canes can be used as an integrated indicator of nitrogen availability and nitrogen losses from the vineyards. δ13C in these same vine organs can provide information on vine nitrogen nutrition and water status and δ13C in the grape juice is a reliable indicator of water availability during grape maturation.
Η επίδραση της αρδεύσεως και της αζωτούχου λιπάνσεως στην ανάκλαση του φυλλώματος της αμπέλου, τις οπτικές ιδιότητες των φύλλων, και την φυσική αναλογία των σταθερών ισοτόπων του αζώτου (δ15Ν) και του άνθρακα (δ13C), μελετήθηκε για δύο συνεχόμενα έτη (2009-2010) σε δύο εμπορικούς αμπελώνες που βρίσκονταν στη Βόρεια Ελλάδα και ήταν φυτεμένοι με τις ποικιλίες Cabernet Sauvignon and Ξινόμαυρο (Vitis vinifera L.). Τρία επίπεδα αζώτου (0, 6, και 12 kg/στρ.) και δύο επίπεδα νερού (αρδευόμενο: 80% της εξατμισοδιαπνοής της καλλιέργειας, και μη αρδευόμενα) εφαρμόστηκαν σε πλήρως τυχαιοποιημένο παραγοντικό σχέδιο τριών επαναλήψεων. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις του NDVI (Δείκτης Βλάστησης Κανονικοποιημένης Διαφοράς) με δύο αισθητήρες ανάκλασης του φυλλώματος (Crop Circle Acs-210 και Crop Circle Acs-430) καθώς και της χλωροφύλλης με δύο μετρητές χλωροφύλλης (SPAD-502 και CCM-200), σε δύο και τέσσερα στάδια του ετήσιου βλαστικού κύκλου της αμπέλου αντίστοιχα. Παράλληλα, σε κάθε βλαστικό στάδιο, προσδιορίστηκαν οι συγκεντρώσεις του ολικού αζώτου και της χλωροφύλλης καθώς και οι ισοτοπικές αναλογίες δ15Ν και δ13C στα φύλλα. Οι ισοτοπικές αναλογίες δ15Ν και δ13C προσδιορίστηκαν επίσης στο γλεύκος των σταφυλιών κατά τον τρύγο και στις κληματίδες κατά το χειμερινό κλάδεμα. Οι συγκεντρώσεις του αζώτου των φύλλων και της χλωροφύλλης, και οι τιμές δ15Ν ήταν ευαίσθητες στην αζωτούχο λίπανση και ακολούθησαν πτωτική πορεία μέσα στην βλαστική περίοδο χωρίς να επηρεαστούν από την άρδευση. Οι τιμές δ13C στα φύλλα και τις κληματίδες επηρεάστηκαν από την παροχή του αζώτου και του νερού, ενώ οι αντίστοιχες τιμές στο γλεύκος ήταν αποτέλεσμα μόνο των μεταβολών στη διαθεσιμότητα του νερού. Οι τιμές των SPAD και CCM προέβλεψαν ικανοποιητικά τις συγκεντρώσεις και του αζώτου των φύλλων και της χλωροφύλλης, ωστόσο η δύναμη των συσχετίσεων ήταν μικρότερη προς το τέλος της βλαστικής περιόδου, πιθανόν λόγω μεταβολών στη δομή των φύλλων. Η συμμεταβολή των τιμών SPAD και CCM ήταν καμπυλόγραμμη και δείχνει ότι η συμβατότητα των μετρήσεων των δύο οργάνων περιορίζεται όταν η διαθεσιμότητα του αζώτου είναι υψηλή. Οι μετρήσεις NDVI ήταν λιγότερο αποτελεσματικές στην πρόβλεψη της διακύμανσης της θρεπτικής κατάστασης των φυτών εν συγκρίσει προς τους μετρητές χλωροφύλλης, ειδικά στον αμπελώνα του Ξινόμαυρου. Ο αισθητήρας Acs-430 (φασματικά κανάλια ερυθρού και rededge) παρείχε πιο αξιόλογες πληροφορίες για την συμπεριφορά των φυτών από ότι ο αισθητήρας Acs-210 (φασματικό κανάλι amber). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα αυτά, περιορισμοί υφίστανται στη χρήση των αισθητήρων ανάκλασης και των μετρητών της χλωροφύλλης για την εκτίμηση του εφοδιασμού των φυτών με άζωτο και της παραγωγικότητας των φυτών σε διαφορετικούς αμπελώνες. Πρωτότυπα δεδομένα προέκυψαν για την χρήση των ισοτοπικών αναλογιών δ15Ν και δ13C στην αμπελουργία. Η ισοτοπική αναλογία δ15Ν στα φύλλα και της κληματίδες της αμπέλου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ολοκληρωμένος δείκτης της διαθεσιμότητας του αζώτου αλλά και των απωλειών του στοιχείου αυτού από τους αμπελώνες. Η ισοτοπική αναλογία δ13C στα φύλλα και τις κληματίδες μπορεί να παρέχει πληροφορίες για την αζωτούχο θρέψη και την υδατική κατάσταση των φυτών, ενώ η αναλογία δ13C στο γλεύκος είναι αξιόπιστος δείκτης της διαθεσιμότητας του νερού κατά την περίοδο της ωρίμασης των σταφυλιών.

Φασματική ανάκλαση
Αζωτούχος θρέψη
Remote sensing
Spectral reflectance
Active sensors
Nitrogen nutrition
Αμπελουργία ακριβείας
Ενεργοί αισθητήρες
Μετρητές χλωροφύλλης
Precision viticulture
Chlorophyll meters

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



Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ)
Aristotle University Of Thessaloniki (AUTH)

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