Μία από τις πιο σημαντικές μελέτες στο πλαίσιο του SOILGUARD θα επικεντρωθεί στην αύξηση της κατανόησης της επίδρασης των συνδυασμένων κλιματικών παραγόντων πίεσης (ξηρασία και καύσωνες) στη βιοποικιλότητα του εδάφους. Σε κάθε περιοχή NUTS-2 της ΕΕ που μελετάται από το SOILGUARD, θα εγκατασταθεί μια επιτόπια προσομοίωση κλίματος. Αυτός ο πειραματικός σχεδιασμός θα μας επιτρέψει να αξιολογήσουμε τις επιπτώσεις των μελλοντικών κλιματικών συνθηκών που θα επικρατήσουν σε συγκεκριμένες περιοχές στη βιοποικιλότητα του εδάφους, την πολυλειτουργικότητα και να συγκρίνουμε πώς αυτές οι επιπτώσεις διαφέρουν μεταξύ των τύπων διαχείρισης του εδάφους (π.χ. συμβατική και βιολογική διαχείριση σε γεωργικές περιοχές). Τα δεδομένα αυτά θα συνδυαστούν με εργαλεία μηχανικής μάθησης για να αυξηθεί η προβλεπτική ικανότητα των επιπτώσεων της διαχείρισης του εδάφους στη βιοποικιλότητα του εδάφους και στην παροχή οικοσυστημικών υπηρεσιών υπό μελλοντικές κλιματικές συνθήκες. Αυτό θα είναι ζωτικής σημασίας για να καταδειχθεί το δυναμικό της εδαφικής βιοποικιλότητας ως λύση βασισμένη στη φύση.
Με τοποθεσίες που καθορίστηκαν σύμφωνα με το αποθετήριο εδαφολογικών πληροφοριών LUCAS, σύντομες συνεντεύξεις με τους ιδιοκτήτες γης και επιτόπιες επαληθεύσεις, η ομάδα του UMH SOILGUARD πήρε δείγματα εδαφών από 10 αγροτεμάχια δημητριακών με παραδοσιακή διαχείριση και 10 με βιολογική διαχείριση εντός της περιφέρειας NUTS-2 της Μούρθια, Ισπανία. Τα δείγματα εστάλησαν σε διάφορους εταίρους του SOILGUARD σε όλη την Ευρώπη για να αναλύσουν τις ιδιότητες του εδάφους, όπως η περιεκτικότητα σε μικροαρθρόποδα, η συγκέντρωση φυτικών-μικρομυκήτων στο έδαφος, η ποικιλομορφία του DNA, τα λιπαρά οξέα, η περιεκτικότητα σε οργανική ουσία, ο άνθρακας της μικροβιακής βιομάζας, η βασική αναπνοή του εδάφους και ορισμένες ενζυμικές δραστηριότητες, επίσης ο διαθέσιμος φώσφορος, η χύδην πυκνότητα και τα χονδροειδή τεμάχια.
Κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου του 2022 (Ιούνιος – Αύγουστος), πραγματοποιήσαμε προσομοιώσεις της κλιματικής αλλαγής λόγω ξηρασίας σε δύο γειτονικά αγροτεμάχια των 20 προαναφερόμενων περιοχών. Η κύρια διαφορά μεταξύ τους ήταν η διαχείριση των καλλιεργειών (η μία βιολογική, η άλλη συμβατική με βάση τη χρήση αγροχημικών τα τελευταία 10 χρόνια). Η προσομοίωση έγινε με την εγκατάσταση μικρών θερμοκηπίων σχεδιασμένων έτσι ώστε να αποκλείουν τη βροχή, αλλά όχι τον άνεμο, και συνεπώς να διατηρούν την ίδια θερμοκρασία στο εσωτερικό με την εξωτερική. Προσομοιώσαμε μια ξηρασία με 80% λιγότερες βροχοπτώσεις για την τρίμηνη περίοδο, ωστόσο, χρειάστηκε να αρδεύσουμε 18 l/m² από τα υπόστεγα λόγω ενός ασυνήθιστα θερμότερου και ξηρότερου καλοκαιριού από το μοντέλο κλιματικής αλλαγής που χρησιμοποιήθηκε (RCP 4.5). Και στις δύο περιπτώσεις, η καλλιέργεια υπέφερε από έλλειψη νερού, η οποία αντανακλάται στην απόδοση. Με τόσο πρώιμο χρόνο μετατροπής στη βιολογική γεωργία, τα εδάφη δεν είναι ακόμη αρκετά ανθεκτικά για να αντιμετωπίσουν τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής που ήδη υπάρχουν στην περιοχή αυτή.
Σε δύο γειτονικά και παρόμοια (το ένα βιολογικό, το άλλο συμβατικό) μακροχρόνια πειράματα πεδίου που συγκρίνουν διαφορετικά είδη κατεργασίας του εδάφους. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις του κλίματος 2022 SOILGUARD με επίκεντρο την προσομοίωση μιας αγροτικής ξηρασίας, η οποία αναμένεται να εμφανίζεται συχνότερα λόγω της κλιματικής αλλαγής. Στον βιολογικό αγρό οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν σε έναν αγρό με καλή εδαφική δομή και διαχείριση με μη επεμβατική κατεργασία του εδάφους. Ο συμβατικός αγρός διέθετε ταψί αρότρου και οργώθηκε.
Η προσομοίωση έγινε με την εγκατάσταση ειδικών καταφυγίων για την αποφυγή βροχής (ανοιχτά στο πάνω μέρος, που προκαλούν ξηρασία αλλά εμποδίζουν τη συσσώρευση θερμότητας) σε καλλιέργεια πατάτας κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 3 μηνών (Μάιος-Αύγουστος 2022). Η βροχόπτωση κάτω από τα καταφύγια (με τη χρήση ενός προσομοιωτή βροχόπτωσης που χρησιμοποιείται συνήθως στην έρευνα για τη διάβρωση) μειώθηκε περίπου στο μισό της βροχόπτωσης στα μη προστατευμένα χωράφια. Κάτω από τα καταφύγια, κατακρημνίστηκε συνολική ποσότητα περίπου 35 l/m². Στην ύπαιθρο, η βροχόπτωση κατά τη διάρκεια της περιόδου προσομοίωσης ήταν περίπου διπλάσια. Και στις δύο περιπτώσεις, η καλλιέργεια υπέστη έλλειψη νερού, η οποία αντανακλάται στην απόδοση. Σε αυτές τις ξηρές συνθήκες, η απόδοση της καλλιέργειας στο βιολογικό χωράφι ήταν σημαντικά υψηλότερη σε σύγκριση με το συμβατικό χωράφι.
Στην περιοχή NUTS-2 της Μέσης Γιουτλάνδης με ηπειρωτικό κλίμα, προσομοιώσεις ξηρασίας και καύσωνα πραγματοποιούνται σε 2 αγρούς, έναν συμβατικό και έναν βιολογικό.
Ξηρασία
Το 2022, η καλλιέργεια ήταν ανοιξιάτικο κριθάρι και στους δύο αγρούς. Για να δημιουργηθεί μια περίοδος ξηρασίας 3 μηνών, τοποθετήθηκαν 3 καταφύγια (3×5 μέτρα) σε κάθε χωράφι. Τα καταφύγια απομακρύνθηκαν δύο φορές κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, επιτρέποντας στα αγροτεμάχια να λάβουν ένα άθροισμα της εφαρμογής. 46 και 39 mm βροχής στους συμβατικούς και βιολογικούς αγρούς, αντίστοιχα. Από 6 αγροτεμάχια, 50 x 50 cm, λήφθηκε δείγμα εδάφους μετά την περίοδο ξηρασίας. 1 αγροτεμάχιο σε κάθε καταφύγιο και 3 αγροτεμάχια έξω υπό φυσικές συνθήκες.
Τα δείγματα εδάφους στάλθηκαν σε διάφορα συνεργαζόμενα ιδρύματα του SOILGUARD για φυσική, χημική και βιολογική ανάλυση. Το πείραμα ξηρασίας θα επαναληφθεί το 2023.
Κύμα καύσωνα
Κατά τη διάρκεια του 2022, πραγματοποιήθηκαν 5 πιλοτικές δοκιμές καύσωνα στη Δανία, χρησιμοποιώντας θερμαντήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας και θερμαντήρες πυράκτωσης άνθρακα τοποθετημένους στα καταφύγια. Η θερμοκρασία μετρήθηκε στο έδαφος, στο επίπεδο του εδάφους και στον αέρα κάτω από τα θερμαντικά σώματα, καθώς και στο αντίθετο άκρο των καταφυγίων και έξω από αυτά.
Με βάση αυτά τα πιλοτικά πειράματα, ελήφθησαν αποφάσεις για τη δημιουργία προσομοιώσεων καύσωνα στη Λετονία, την Ιρλανδία, το Βέλγιο, την Ουγγαρία και τη Δανία το 2023. Σε κάθε καταφύγιο θα τοποθετηθούν 6 θερμαντήρες υπερύθρων και θα προσομοιωθεί ένας καύσωνας διάρκειας 5 ημερών στο τέλος της τρίμηνης περιόδου ξηρασίας.
Στη Λετονία (περιοχή NUTS – 2 Boreal), οι δοκιμές οργανώθηκαν σε βιολογικά και συμβατικά χωράφια. Το χειμερινό σιτάρι καλλιεργήθηκε και στα δύο συστήματα. Σε κάθε ένα από τα συστήματα καλλιέργειας, τα φυτά καλλιεργήθηκαν σε ανοιχτό χωράφι και κάτω από στέγαστρα. Κάτω από τα στέγαστρα, τα φυτά ποτίζονται με βάση το σενάριο που αναπτύχθηκε από τη ΝΟΑ.
Δείγματα εδάφους ελήφθησαν κατά το στάδιο της ανθοφορίας του σιταριού, κατά τη συγκομιδή και ένα μήνα μετά τη συγκομιδή και στάλθηκαν σε διάφορα συνεργαζόμενα ιδρύματα του SOILGUARD για φυσική, χημική και βιολογική ανάλυση. Τα πειράματα ξηρασίας και καύσωνα θα συνεχιστούν το 2023.
Στην Ουγγαρία, ολοκληρώθηκε το πρώτο πειραματικό έτος. Στο πείραμα 3-3 τα αγροτεμάχια τόσο των βιολογικών όσο και των συμβατικών συστημάτων καλλιέργειας καλύφθηκαν με στέγαστρα βροχής για να αποκλείσουν το νερό της βροχής ώστε να προσομοιωθούν συνθήκες ξηρασίας. Κάτω από τα καταφύγια, μόνο η προβλεπόμενη ποσότητα νερού διανεμήθηκε με άρδευση σύμφωνα με το σενάριο κλιματικής αλλαγής που υπολογίστηκε από τον ΝΟΑ για τη συγκεκριμένη περιοχή. Ως έλεγχος, 3-3 βιολογικά και συμβατικά αγροτεμάχια διατέθηκαν επίσης για δειγματοληψία κοντά στις προστατευμένες περιοχές.
Κατά το δεύτερο έτος του πειράματος, η προσομοίωση ξηρασίας συμπληρώνεται από θερμαντήρες υπερύθρων κάτω από τα καταφύγια για την προσομοίωση και των κυμάτων καύσωνα. Σε κάθε αγροτεμάχιο έγινε δειγματοληψία και η ανάλυση των δειγμάτων εδάφους και η αξιολόγηση των δεδομένων βρίσκονται σε εξέλιξη.
Ο πειραματικός χώρος στην Κεντρική Φινλανδία αποτελείται από αγροτεμάχια μελέτης έκτασης 50 m * 50 m, τα οποία βρίσκονται δίπλα-δίπλα με μονοπάτια οδοστρωσίας ανάμεσά τους. Οι επεμβάσεις περιλαμβάνουν συγκρίσεις μεταξύ της επιλογής ενός δέντρου, της αραίωσης από κάτω και της πρόσφατης αποψίλωσης σε συστάδες που κυριαρχούνται από ερυθρελάτη. Ο αρχικός σχεδιασμός ξεκίνησε το 1986 (Laiho et al. 2011, Forestry 84: 547-556) και έτσι η ηλικία των κυρίαρχων δένδρων στην άνιση ηλικιακή μεταχείριση Continuous Cover Forestry είναι περίπου 40 έτη (CCF40). Αυτή η “αειφόρος” μεταχείριση συγκρίνεται με διάφορα στάδια της “συμβατικής” δασοπονίας με ομοιόμορφη ηλικία: Αραίωση από κάτω (40 έτη, T40), υλοτομία προστατευτικού ξύλου (12 έτη πριν, TSW12) και αποψίλωση (12 έτη πριν, T12). Οι προσομοιώσεις ξηρασίας πραγματοποιούνται σε τρία επαναλαμβανόμενα αγροτεμάχια ανά μεταχείριση και συγκρίνονται με τις κοντινές περιοχές ελέγχου.
Στην Ιρλανδία, η προσομοίωση του κλίματος στο πεδίο καθιερώθηκε σε μια δοκιμή βοσκότοπου στο ερευνητικό κέντρο Teagasc, Johnstown Castle, Co. Wexford. Η προσομοίωση εκτελέστηκε στη νότια περιοχή NUTS-2 της Ιρλανδίας, η οποία έχει εύκρατο ωκεάνιο κλίμα με ιστορικά άφθονες βροχοπτώσεις και έλλειψη ακραίων θερμοκρασιών. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, η περιοχή αυτή έχει βιώσει αρκετά φαινόμενα ξηρασίας που είχαν σημαντικό αντίκτυπο στη γεωργική παραγωγικότητα.
Για να κατανοήσουμε πώς η βιοποικιλότητα και η λειτουργία του εδάφους ανταποκρίθηκαν στην προσομοίωση της ξηρασίας και των κυμάτων καύσωνα σε ιρλανδικά γεωργικά λιβάδια, συλλέχθηκαν δείγματα εδάφους από βοσκότοπους με βοσκότοπους είτε με χορτολιβαδικές εκτάσεις με τριφύλλι είτε με βοσκότοπους πολλαπλών ειδών. Τα πολλαπλών ειδών περιελάμβαναν ένα μείγμα από L. perenne, P.pratense, T. repens, T. pratense, C. intybus και P. lanceolata που παράγουν υψηλές αποδόσεις με χαμηλότερες εισροές λιπασμάτων και συνδέονται με χαμηλότερες περιβαλλοντικές απώλειες θρεπτικών στοιχείων.
Σε κάθε αγροτεμάχιο δημιουργήσαμε ένα αγροτεμάχιο ελέγχου με βροχόπτωση και ένα αγροτεμάχιο που υποβλήθηκε σε ξηρασία/θερμικό κύμα. Επαναλάβαμε τις δειγματοληψίες πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την προσομοίωση ξηρασίας/θερμικού κύματος για να μετρήσουμε και να παρακολουθήσουμε πώς ανταποκρίθηκαν οι εδαφικές κοινότητες στην κλιματική καταπόνηση. Το πείραμα προσομοίωσης βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη στην Ιρλανδία και θα εφαρμόσουμε την καταπόνηση με καύσωνα αυτό το καλοκαίρι.