Διατοπική/περιβαλλοντική αξιολόγηση γενοτύπων βυνοποιήσιμου κριθαριού (Hordeum vulgare L.) ως προς τα αγρονομικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά τους και βελτιστοποίηση των πρακτικών που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά βυνοποίησης: -: -

Abstract

The production of high-quality malting barley under Mediterranean conditions is strongly influenced by the interaction among genotype, environment, and crop management practices. Climate variability, nutrient management, crop rotation, and tillage systems shape grain yield, malting quality traits, and the environmental footprint of the crop. The aim of this dissertation was to comprehensively evaluate malting barley under Mediterranean conditions, focusing on genotype × environment interaction, nitrogen fertilization strategies with or without a biostimulant, previous crop, and tillage systems, in terms of agronomic, yield, quality traits, and environmental sustainability. In the first experimental study, seven malting barley genotypes (G20, G22A, G29A, G45, G59A, G62, and G67B) and one commercial variety (Control) were evaluated across nine environments (E1–E9), representing different combinations of locations and growing seasons in central and southern Greece. The trials were established at Aliartos, Chaeronea, Almyros, Farsala, and the Agricultural University of Athens, while the control varieties were Zhana (E1–E3) and Fortuna (E4–E9). Genotype performance, stability, and adaptability were assessed using combined analysis of variance (ANOVA), Additive Main Effects and Multiplicative Interaction (AMMI) analysis, principal component analysis (PCA), and correlation analysis. ANOVA showed that genotype, environment, and their interaction significantly affected all traits. G45 exhibited the highest mean grain yield (5.88 t ha⁻¹), the greatest spike weight, and the highest harvest index. The Control also showed high yield and the greatest number of spikes, whereas G20 excelled in thousand-grain weight and grain size. G22A displayed high stability, while G67B and G22A recorded the highest grain protein content. AMMI analysis indicated that G45 and the Control, although highly productive, were less stable, whereas G20 combined high yield with satisfactory stability and G22A was the most stable for grain quality traits. Environment E4 was the most limiting, whereas E1 and E3 favored grain yield and E6 and E9 favored grain size. PCA and correlation analyses highlighted the trade-off between grain size and protein content, as well as the positive relationship between grain yield, spike number, and harvest index. In the second experimental study, the effects of environment, genotype, and top-dressed nitrogen fertilization strategies with or without a biostimulant were investigated. The experiment was conducted in four environments (E1–E4), resulting from the combination of two locations in Thessaly (Farsala and Almyros) and two growing seasons (2022–2023 and 2023–2024). Three malting barley genotypes (G20, G45, and G62) and the commercial control variety Fortuna were evaluated under five nitrogen fertilization treatments: (i) sulfur-coated urea (U), (ii) sulfur-coated urea plus biostimulant (U+B), (iii) urea with urease inhibitor (UI), (iv) urea with urease inhibitor plus biostimulant (UI+B), and (v) an unfertilized control (C). The plant-based biostimulant was derived from the seaweed Ascophyllum nodosum. In Fortuna and G45, the biostimulant was applied at the end of tillering (Zadoks 24) and nitrogen fertilizer at stem elongation (Zadoks 30), whereas in G20 and G62 the biostimulant was applied at Zadoks 30 and nitrogen fertilizer at Zadoks 32/33. All main factors and their interactions significantly affected the evaluated traits. Environments E1 and E3 were the most productive, whereas E4 was the most restrictive. G45 achieved the highest grain yield and harvest index, while G20 excelled in biomass production and grain quality. Biostimulant treatments, particularly UI+B, significantly improved yield and grain quality, whereas U+B mainly increased biomass. PCA clearly separated environments and treatments, with UI+B closely associated with superior agronomic performance. Productive environments exhibited lower carbon footprint per unit of grain, while UI and UI+B showed the highest environmental efficiency. Overall, G45 was the highest-yielding genotype, G20 exhibited the best grain quality, and UI+B proved to be the most effective nutrient management strategy. The third experimental study examined the effects of previous crop, genotype, and fertilization with or without a biostimulant. The study was conducted during the 2024–2025 growing season at two locations in Thessaly, with no significant location effect. In contrast, previous crop, genotype, and fertilization treatment significantly affected most measured traits. Legume-based crop rotation increased biomass, grain yield, and spike number, whereas cereal pre-cropping improved grain plumpness. G45 achieved the highest grain yield and harvest index, while G20 exhibited the highest biomass, thousand-grain weight, superior grain grading, and higher grain protein concentration within the desirable malting range. The UI and especially the UI+B treatments significantly improved all traits compared with the untreated control, with UI+B providing the greatest improvement in grain grading. Overall, fertilization was the main driver of productivity, whereas previous crop and genotype determined the balance between yield and grain quality. The fourth experimental study evaluated five tillage systems (CP, CT, DH, NT1, and NT2). Growing season significantly affected all traits, with 2025 favoring grain yield and 2024 favoring grain quality. Conventional tillage (CT) produced the highest grain yield and biomass, whereas no-tillage systems resulted in slightly lower yields but higher thousand-grain weight, improved grain grading, and acceptable grain protein concentration. From an environmental perspective, CT exhibited the highest carbon footprint, whereas conservation tillage systems substantially reduced greenhouse gas emissions. NT2 achieved the lowest emissions and the lowest carbon footprint per unit of grain produced, representing the most balanced management option. In summary, the results demonstrate that optimizing malting barley production requires a multi-criteria approach integrating grain yield, quality, stability, and environmental performance. G45 was identified as the highest-yielding genotype, G20 as superior in grain quality, and G22A as the most stable genotype. The UI+B treatment, particularly when applied at early growth stages, proved to be the most effective nitrogen management strategy, whereas conservation tillage, especially NT2, provided the best overall balance between productivity and environmental sustainability. Therefore, appropriate genotype selection, targeted nitrogen management, crop rotation, and conservation tillage constitute key practices for the sustainable production of malting barley.

Η παραγωγή βυνοποιήσιμου κριθαριού υψηλής ποιότητας υπό μεσογειακές συνθήκες επηρεάζεται έντονα από την αλληλεπίδραση γενοτύπου, περιβάλλοντος και καλλιεργητικών πρακτικών. Η κλιματική μεταβλητότητα, η στρατηγική θρέψης, η αμειψισπορά και η εδαφοκατεργασία διαμορφώνουν την απόδοση, τα ποιοτικά χαρακτηριστικά και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της καλλιέργειας. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η ολοκληρωμένη αξιολόγηση του βυνοποιήσιμου κριθαριού υπό μεσογειακές συνθήκες, με έμφαση στην αλληλεπίδραση γενοτύπου × περιβάλλοντος, στη στρατηγική αζωτούχου λίπανσης με ή χωρίς βιοδιεγέρτη, στην προηγούμενη καλλιέργεια και στα συστήματα εδαφοκατεργασίας, ως προς τα αγρονομικά, ποσοτικά, ποιοτικά χαρακτηριστικά και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Στο πρώτο πειραματικό σκέλος αξιολογήθηκαν επτά γενότυποι βυνοποιήσιμου κριθαριού (G20, G22A, G29A, G45, G59A, G62 και G67B) και μία εμπορική ποικιλία-μάρτυρας (Control) σε εννέα διακριτά περιβάλλοντα (Π1–Π9), τα οποία αντιπροσώπευαν διαφορετικούς συνδυασμούς τοποθεσίας και καλλιεργητικής περιόδου στην κεντρική και νότια Ελλάδα. Τα περιβάλλοντα εγκαταστάθηκαν στις περιοχές Αλίαρτου, Χαιρώνειας, Αλμυρού, Φαρσάλων και στο Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, ενώ ως ποικιλίες-μάρτυρες χρησιμοποιήθηκαν η Zhana (Π1–Π3) και η Fortuna (Π4–Π9). Η αξιολόγηση της επίδοσης, της σταθερότητας και της προσαρμοστικότητας των γενοτύπων πραγματοποιήθηκε με συνδυασμένη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA), ανάλυση AMMI, ανάλυση κύριων συνιστωσών (PCA) και ανάλυση συσχετίσεων. Η ανάλυση διακύμανσης έδειξε ότι ο γενότυπος, το περιβάλλον και η αλληλεπίδρασή τους επηρέασαν σημαντικά όλα τα χαρακτηριστικά. Ο G45 παρουσίασε τη μεγαλύτερη μέση απόδοση (5,88 tn/ha), το υψηλότερο βάρος στάχεων και δείκτη συγκομιδής. Το Control ακολούθησε με υψηλή απόδοση και τον μεγαλύτερο αριθμό στάχεων, ενώ ο G20 υπερείχε σε βάρος χιλίων κόκκων και παρουσίασε υψηλά ποσοστά μεγάλων κόκκων. Ο G22A εμφάνισε υψηλή σταθερότητα, ενώ οι G67B και G22A είχαν τις υψηλότερες τιμές πρωτεΐνης. Η ανάλυση AMMI έδειξε ότι οι G45 και Control, αν και παραγωγικοί, είχαν μικρότερη σταθερότητα, ενώ ο G20 συνδύασε υψηλή απόδοση με σχετική σταθερότητα και ο G22A αναδείχθηκε ως ο σταθερότερος για τα ποιοτικά χαρακτηριστικά. Το Π4 ήταν το πλέον περιοριστικό περιβάλλον, ενώ τα Π1 και Π3 ευνόησαν την απόδοση και τα Π6 και Π9 το μέγεθος κόκκου. Η PCA και οι συσχετίσεις ανέδειξαν την ανάγκη εξισορρόπησης μεταξύ απόδοσης και ποιότητας, με αρνητική σχέση μεγέθους κόκκου–πρωτεΐνης και θετική σχέση της απόδοσης με τον αριθμό στάχεων και τον δείκτη συγκομιδής. Στο δεύτερο πειραματικό σκέλος διερευνήθηκε η επίδραση του περιβάλλοντος, του γενοτύπου και των στρατηγικών επιφανειακής αζωτούχου λίπανσης, με ή χωρίς την προσθήκη βιοδιεγέρτη. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε τέσσερα περιβάλλοντα (Π1–Π4), τα οποία προέκυψαν από τον συνδυασμό δύο τοποθεσιών της Θεσσαλίας (Φάρσαλα και Αλμυρός) και δύο καλλιεργητικών περιόδων (2022–2023 και 2023–2024). Αξιολογήθηκαν τρεις γενότυποι βυνοποιήσιμου κριθαριού (G20, G45 και G62) και η εμπορική ποικιλία Fortuna υπό πέντε μεταχειρίσεις επιφανειακής λίπανσης: (i) κοινή ουρία με θείο (U), (ii) κοινή ουρία με θείο και βιοδιεγέρτη (U+B), (iii) ουρία με αναστολέα ουρεάσης (UI), (iv) ουρία με αναστολέα ουρεάσης και βιοδιεγέρτη (UI+B) και (v) μάρτυρας χωρίς επιφανειακή λίπανση (C). Ο βιοδιεγέρτης φυτικής προέλευσης βασίστηκε σε εκχύλισμα φυκών Ascophyllum nodosum. Στην ποικιλία Fortuna και στον G45 εφαρμόστηκε στο τέλος του αδελφώματος (Zadoks 24) και η επιφανειακή λίπανση στην έναρξη της επιμήκυνσης του στελέχους (Zadoks 30), ενώ στους G20 και G62 ο βιοδιεγέρτης εφαρμόστηκε στο Zadoks 30 και η λίπανση στο Zadoks 32/33. Η ανάλυση έδειξε ότι όλοι οι παράγοντες και οι αλληλεπιδράσεις τους επηρέασαν σημαντικά τα χαρακτηριστικά. Τα Π1 και Π3 ήταν τα πλέον παραγωγικά περιβάλλοντα, ενώ το Π4 το πιο περιοριστικό. Ο G45 είχε τη μεγαλύτερη απόδοση και δείκτη συγκομιδής, ενώ ο G20 ξεχώρισε για τη βιομάζα και την ποιότητα κόκκου. Οι μεταχειρίσεις με βιοδιεγέρτη, ιδιαίτερα η UI+B, βελτίωσαν σημαντικά την απόδοση και την ποιότητα, ενώ η U+B ενίσχυσε κυρίως τη βιομάζα. Η PCA επιβεβαίωσε τον διαχωρισμό περιβαλλόντων και μεταχειρίσεων, με την UI+B να σχετίζεται με τα αποδοτικά χαρακτηριστικά. Τα παραγωγικά περιβάλλοντα εμφάνισαν χαμηλότερο ανθρακικό αποτύπωμα ανά μονάδα προϊόντος, ενώ οι UI και UI+B παρουσίασαν την υψηλότερη περιβαλλοντική αποδοτικότητα. Συνολικά, ο G45 ήταν ο πιο παραγωγικός, ο G20 ο πιο ποιοτικός και η UI+B το αποτελεσματικότερο σχέδιο θρέψης. Στο τρίτο πειραματικό σκέλος εξετάστηκε η επίδραση της προηγούμενης καλλιέργειας, του γενοτύπου και της λίπανσης με ή χωρίς βιοδιεγέρτη. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε το 2024–2025 σε δύο περιοχές της Θεσσαλίας, χωρίς σημαντική επίδραση της περιοχής. Αντίθετα, η προηγούμενη καλλιέργεια, ο γενότυπος και η μεταχείριση επηρέασαν σημαντικά τα περισσότερα χαρακτηριστικά. Η αμειψισπορά με ψυχανθή αύξησε τη βιομάζα, την απόδοση και τον αριθμό στάχεων, ενώ η καλλιέργεια μετά από σιτηρά βελτίωσε την πληρότητα των κόκκων. Ο G45 παρουσίασε την υψηλότερη απόδοση και δείκτη συγκομιδής, ενώ ο G20 τη μεγαλύτερη βιομάζα, βάρος κόκκων, καλύτερη κοκκομετρική σύσταση και υψηλότερη πρωτεΐνη (εντός ορίων). Οι μεταχειρίσεις UI και ιδιαίτερα η UI+B βελτίωσαν σημαντικά όλα τα χαρακτηριστικά έναντι του μάρτυρα, με την UI+B να υπερέχει στην κοκκομετρία. Συνολικά, η λίπανση αποτέλεσε τον σημαντικότερο παράγοντα παραγωγικότητας, ενώ η αμειψισπορά και ο γενότυπος επηρέασαν την ισορροπία απόδοσης–ποιότητας. Στο τέταρτο πειραματικό σκέλος αξιολογήθηκαν πέντε συστήματα εδαφοκατεργασίας (CP, CT, DH, NT1, NT2). Το έτος επηρέασε σημαντικά τα χαρακτηριστικά, με το 2025 να ευνοεί την απόδοση και το 2024 την ποιότητα. Η συμβατική κατεργασία (CT) έδωσε τη μεγαλύτερη απόδοση και βιομάζα, ενώ τα συστήματα ακατεργασίας εμφάνισαν ελαφρώς χαμηλότερες αποδόσεις αλλά μεγαλύτερο βάρος κόκκων, καλύτερη κοκκομετρία και αποδεκτή πρωτεΐνη. Από περιβαλλοντικής πλευράς, η CT είχε το μεγαλύτερο αποτύπωμα άνθρακα, ενώ τα συστήματα ακατεργασίας το μείωσαν σημαντικά, με το NT2 να παρουσιάζει τις χαμηλότερες εκπομπές και το μικρότερο αποτύπωμα άνθρακα ανά μονάδα προϊόντος, αποτελώντας την πιο ισορροπημένη επιλογή. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η βελτιστοποίηση της παραγωγής βυνοποιήσιμου κριθαριού απαιτεί πολυκριτηριακή προσέγγιση που συνδυάζει απόδοση, ποιότητα, σταθερότητα και περιβαλλοντική αποδοτικότητα. Ο G45 αναδείχθηκε ως υψηλού παραγωγικού δυναμικού, ο G20 ως ανώτερος ως προς την ποιότητα κόκκου και ο G22A ως ιδιαίτερα σταθερός. Η UI+B, ιδίως σε πρώιμα στάδια, ήταν η αποτελεσματικότερη στρατηγική λίπανσης, ενώ τα συστήματα ακατεργασίας και ιδιαίτερα το NT2 προσέφεραν την καλύτερη συνολική ισορροπία. Συνεπώς, η επιλογή γενοτύπου, η στοχευμένη λίπανση, η αμειψισπορά και η συντηρητική εδαφοκατεργασία αποτελούν βασικά εργαλεία για βιώσιμη παραγωγή βυνοποιήσιμου κριθαριού.