Επίδραση του είδους και του βάθους του υποστρώματος στην εγκατάσταση, ανάπτυξη και αντοχή στην υδατική καταπόνηση χλοοταπήτων που προορίζονται για τη φυτοκάλυψη κτιρίων εντός του αστικού τοπίου

Abstract

Η εγκατάσταση φυτεμένων δωμάτων εκτατικού τύπου προσφέρει μια βιώσιμη λύση για την αύξηση του αστικού πρασίνου στον ήδη πυκνοδομημένο αστικό ιστό. Όμως, η μειωμένη δυνατότητα πρόσβασης και δημιουργίας χρηστικού υπαίθριου χώρου σε αυτού του τύπου τα φυτοδώματα δρα αποτρεπτικά στη μαζική κατασκευή τους. Η εγκατάσταση χλοοταπήτων μπορεί να προσφέρει μία πιθανή διέξοδο στον παραπάνω προβληματισμό. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνήθηκε για πρώτη φορά η δυνατότητα χρήσης των θερμόφιλων ειδών χλοοτάπητα Zoysia matrella [L.] Merr. ‘Zeon’ και Paspalum vaginatum ‘Platinum TE’ σε εκτατικού τύπου φυτεμένα δώματα και προσδιορίστηκαν οι προϋποθέσεις προκειμένου να υπάρξει βιώσιμη ανάπτυξη αυτών στην Μεσογειακή ζώνη, εστιάζοντας στον τύπο και το βάθος του υποστρώματος καθώς και στην αντοχή τους σε συνθήκες υδατικής καταπόνησης. Προκειμένου να αξιολογηθεί η επίδραση του τύπου και του βάθους του υποστρώματος εκτατικού φυτοδώματος καθώς και του επιπέδου άρδευσης στην εγκατάσταση, ανάπτυξη και αντοχή στην υδατική καταπόνηση των επιλεγμένων ειδών χλοοτάπητα πραγματοποιήθηκαν συνολικά 3 μελέτες αγρού όπου εξομοιώθηκαν συνθήκες φυτοδώματος, ενώ πραγματοποιήθηκε και μία μελέτη σε πραγματικό δώμα κτιρίου. Για τις ανάγκες των επί μέρους μελετών κατασκευάστηκαν συνολικά έξι υποστρώματα εκτατικών φυτοδωμάτων προερχόμενα από την ανάμιξη υλικών διαθέσιμων στην τοπική αγορά και πιο συγκεκριμένα αμμοπηλώδες έδαφος (S), ελαφρόπετρα (Pum), περλίτης (Per), ζεόλιθος (Ζ), τύρφη (P) και κομπόστ (C) σε κατ’ όγκο αναλογίες όπως αυτές υποδεικνύονται από τους αντίστοιχους δείκτες: S15:Pum60:P20:Z5, S15:Pum60:C20:Z5, S30:Pum40:P20:Z10, S30:Pum40:C20:Z10, S15:Pum40:Per20:P20:Z5 και S15:Pum40:Per20:C20:Z5, ενώ αξιολογήθηκε και ένα εμπορικό υπόστρωμα, του οποίου η σύνθεση βασιζόταν στο θραυστό κεραμίδι. Η αξιολόγηση των υποστρωμάτων πραγματοποιήθηκε μέσω του καθορισμού των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους όπως η κοκκομετρία, το ξηρό βάρος και το βάρος στον κορεσμό, το ολικό πορώδες, οι χαρακτηριστικές καμπύλες υγρασίας, ο προσδιορισμός της in situ υγρασίας, το pΗ, η ηλεκτρική αγωγιμότητα και η περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά. Για τη διερεύνηση της επίδρασης των διαφόρων υπό μελέτη παραγόντων, προσδιορίστηκε η οπτική ποιότητα και η φυσιολογική κατάσταση των χλοοταπήτων μέσω του προσδιορισμού του ποσοστού της εδαφοκάλυψης από πράσινα φυτικά τμήματα του χλοοτάπητα (GTC, Green Turf Cover), του κανονικοποιημένου δείκτη βλάστησης (NDVI, Normalized Difference Vegetatιοn Index), της στοματικής αντίστασης (LSR, Leaf Stomatal Resistance) και του σχετικού υδατικού δυναμικού (RWC, Leaf Relative Water Content) των φύλλων του χλοοτάπητα. Επιπλέον, προκειμένου να υπάρξει ακριβής προσδιορισμός της υγρασίας των υποστρωμάτων που χρησιμοποιήθηκαν στις διάφορες μελέτες της διατριβής, αναπτύχθηκαν κατάλληλες εξισώσεις βαθμονόμησης για δύο διαφορετικούς διηλεκτρικούς αισθητήρες, τον WET-2 (Delta-T devices) και τον TDR300 (Spectrum Technologies), ενώ παράλληλα προσδιορίστηκε και η επίδραση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας στην ακρίβεια μέτρησης της υγρασίας. Διαπιστώθηκε ότι για τη λήψη αξιόπιστων μετρήσεων της υγρασίας σε χονδρόκοκκα υποστρώματα φυτεμένων δωμάτων εκτατικού τύπου απαιτείται και για τους δύο αισθητήρες η χρήση ξεχωριστών ειδικών εξισώσεων βαθμονόμησης για κάθε υπόστρωμα. Αναφορικά με τα υποστρώματα τα οποία δοκιμάστηκαν, διαπιστώθηκε πως όλα εμπίπτουν στις κατευθυντήριες οδηγίες FLL για την κατασκευή εκτατικών φυτεμένων δωμάτων. Κατά τη διάρκεια των περιόδων υδατικής καταπόνησης τα υποστρώματα τα οποία περιείχαν τύρφη στη σύνθεσή τους (S15:Pum60:P20:Z5, S15:Pum40:Per20:P20:Z5 και S30:Pum40:P20:Z10) παρουσίασαν τη μικρότερη καταπόνηση και για τα δύο είδη χλοοτάπητα, λόγω της μεγαλύτερης ικανότητας συγκράτησης της υγρασίας και της μικρότερης ανάπτυξης της φυλλικής επιφάνειας στα υποστρώματα αυτά. Αντίθετα, κατά τις περιόδους εφαρμογής επαρκούς άρδευσης, τα υποστρώματα τα οποία περιείχαν κομπόστ στη σύνθεσή τους (S15:Pum60:C20:Z5, S15:Pum40:Per20:C20:Z5 και S30:Pum40:C20:Z10) βελτίωσαν σημαντικά την ανάπτυξη των δύο γρασιδιών λόγω της αυξημένης περιεκτικότητάς τους σε θρεπτικά στοιχεία. Η αύξηση του βάθους του υποστρώματος από 7,5 cm σε 15 cm βελτίωσε σημαντικά την εγκατάσταση, ανάπτυξη, την αντοχή στην υδατική καταπόνηση και την επαναφορά μετά από υδατική καταπόνηση ή λήθαργο και στα δύο είδη χλοοτάπητα επιβεβαιώνοντας το γεγονός ότι το βάθος υποστρώματος αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες που επιδρούν στην επιτυχία και τη βιωσιμότητα ενός εκτατικού φυτεμένου δώματος. Μέσω συσχέτισης της υγρασίας του υποστρώματος και της εδαφοκάλυψης των δύο ειδών χλοοτάπητα διαπιστώθηκε ότι προκειμένου να διατηρείται η οπτική ποιότητα του Z. matrella στα ελάχιστα αποδεκτά επίπεδα, θα πρέπει η υγρασία του υποστρώματος να κυμαίνεται από 13% έως 19%, ενώ στην περίπτωση του P. vaginatum θα πρέπει η υγρασία του υποστρώματος να κυμαίνεται από 23% έως 28%.

Extensive green roofs could offer a sustainable solution to increase urban greening within the existing built space of contemporary cities. However, the inaccessibility of this type of green roofs and their restricted utilization as functional open urban green spaces prevent their broad application over constructed urban surfaces. The use of tufgrasses could provide a possible way out in the above discussion. The aim of the present thesis was to evaluate the potential of using warm season turf species Zoysia matrella [L.] Merr. 'Zeon' and Paspalum vaginatum 'Platinum TE' as plant cover in extensive green roofs. More specifically, the goals were to identify the requirements of turfed extensive green roofs focusing on substrate type and depth and drought tolerance in order to have sustainable growth under Mediterranean conditions. The study utilized three outdoor experimental fields where green roof conditions were simulated, as well as a fourth experimental plot that was constructed on an actual roof top. Several studies were conducted in order to determine the effects of extensive green roof substrate type and depth and irrigation regime on the establishment, growth and drought resistance of two turfgrass species. Six extensive green roof substrates were produced for the needs of the studies by mixing locally available materials such as sandy loam soil (S), pumice (Pum), perlite (Per), zeolite (Z), peat (P) and compost (C) in volumetric proportions indicated by their subscripts: S15:Pum60:P20:Z5, S15:Pum60:C20:Z5, S30:Pum40:P20:Z10, S30:Pum40:C20:Z10, S15:Pum40:Per20:P20:Z5 and S15:Pum40:Per20:C20:Z5. In addition, a commercially available substrate based on crushed tiles was also evaluated. Evaluation of substrates was conducted through determination of their physical and chemical properties such as particle size distribution, saturated and dry bulk density, total porosity, water potential curves, in situ substrate moisture, pH, electrical conductivity and nutrient content. Turfgrass quality and physiological status was determined by measuring green turf cover (GTC), normalized difference vegetation index (NDVI), leaf stomatal resistance (LSR) and leaf relative water content (RWC). Moreover, the accuracy of two dielectric sensors of different technologies [WET-2 (Delta-T devices) and TDR300 (Spectrum Technologies)] in measuring moisture content were investigated. Calibration equations were developed for both sensors and the effect of electrical conductivity on substrate moisture content calculation was determined. It was concluded that the most reliable results for moisture content determination of the coarse-textured green roof substrates were obtained by substrate-specific calibration curves for both dielectric sensors. All substrates under investigation complied with FLL guidelines for extensive green roof construction. Regarding substrate type, it was found that during water-deficit periods peat-amended substrates (S15:Pum60:P20:Z5, S15:Pum40:Per20:P20:Z5 and S30:Pum40:P20:Z10) resulted in reduced drought stress for both turfgrass species, mainly due to their increased water holding capacity in conjunction with the limited turfgrass growth. In contrast, when adequate irrigation was applied, compost-amended substrates (S15:Pum60:C20:Z5, S15:Pum40:Per20:C20:Z5 and S30:Pum40:C20:Z10) improved establishment and growth of both turfgrasses due to their increased nutritional status. Increasing substrate depth from 7,5 cm to 15 cm significantly improved establishment and growth, ameliorated drought stress and enhanced recovery after water deficit periods or winter dormancy in both turfgrass species. These results further confirmed the fact that substrate depth is amongst the most influential factors concerning extensive green roof success and sustainability. Correlation between substrate moisture and GTC for both turfgrass species revealed that in order to maintain the visual quality of Z. matrella within acceptable limits, the substrate moisture should range from 13% to 19%, while in the case of P. vaginatum substrate moisture should range from 23% to 28%.