Determination of nitrogen budget of Turkey: A dynamic systems approach
Türkiye'nin azot bütçesinin belirlenmesi: Dinamik sistemler yaklaşımı
- Tez No: 759204
- Danışmanlar: PROF. DR. SELİM LATİF SANİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 318
Özet
İnsan kaynaklı (antropojenik) faaliyetlerin azot döngüsü üzerindeki etkisi ciddi boyutlara ulaşmış olup çevresel ekosistemler ve insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere sebep olmaktadır. Bu araştırmanın temel amacı; azot taşınımını küresel ve yerel ölçekte anlamak ve kontrol etmek amacıyla Türkiye için ilk defa bir dinamik azot bütçesi modeli geliştirmektir. Tez çalışmasının ilk bölümünde azot bütçesinin başlıca kaynakları belirlenmiş ve elde edilen en erken resmi verilere dayanarak ilgili azot akılarının zamana bağlı eğilimleri hesaplanmıştır. Tarım ve hayvancılık, enerji, atıksu yönetimi, atık yönetimi ve balık çiftlikleri azot bütçesinin en önemli beş bileşeni olarak belirlenmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, dinamik sistem yaklaşımı kullanılarak bu beş antropojenik alt sistem ile ayrı bir çevresel rezervuarlar sisteminden (tarım toprakları, tarımsal olmayan topraklar, atmosfer, tatlı su, deniz ve kıyılar ile yeraltı suyu) oluşan bir dinamik azot bütçesi geliştirilmiştir. Geliştirilen azot modeli valide edilmiş, duyarlılık analizi yapılmış ve simülasyon sonucu hesaplanan alt sistemlerde üretilen antropojenik azot akıları birinci bölümde hesaplanan aynı akılara ait sonuçlar ile karşılaştırılarak sonuçların uygunluğu doğrulanmıştır. Model 2000-2016 yılları arasında çalıştırılarak her alt sistemde üretilen azot akıları ile her bir çevresel rezervuara verilen kümülatif azot miktarları hesaplanmıştır. Ayrıca, 2016-2040 yılları arasında 5 ayrı politikanın reaktif azotun oluşumunu, dağılımını ve çevresel rezervuarlarda birikimini araştıran bir senaryo analizi gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar; tarım ve hayvancılık faaliyetlerinin Türkiye'nin azot bütçesine en çok katkıyı yapan kaynaklar olduğunu ve fosil yakıt kullanımının ise ikinci en büyük katkıyı yapan faaliyet olduğunu göstermektedir. Azot akılarının yıllara göre eğilimi incelendiğinde, tahılların topraktan en çok azot alan bitki grubu olduğu ve tarım ve hayvancılık sektöründeki en yüksek azot salımının sığır yetiştiriciliğinden (hayvan gübresi) kaynaklandığı görülmektedir (2017 yılı itibariyle 1270 kiloton). Enerji alt sisteminde; 1970-2016 yılları arasında NOx emisyonları 6,6 kat (202.38'den 1328.29 kilotona) ve N2O emisyonları ise 1,8 kat (1.61'den to 2.83 kiloton) artmıştır. 1994-2018 yılları arasında atıksu yönetiminden çevresel rezervuarlara verilen azot miktarı iki katına çıkarken (60'tan 114 kilotona) atık yönetiminde vahşi depolama sonucu oluşan sızıntı suyundan gelen azot miktarı ise yarıya inmiştir (3195'ten 1438 tona). Balık çiftliklerinde su ekosistemlerine bırakılan azot miktarı ise 2000-2018 yılları arasında 4,5 kat artmıştır (6382'den 28443 tona). Model simülasyon sonuçlarına göre, tüm hayvan gübresindeki azotun (otlatma ve hayvan gübresi yönetimi sırasında) %42'si ile kimyasal gübrede bulunan azotun %13,5'i bitkiler kullanamadan çevresel rezervuarlara dağılarak kaybedilmektedir (gaz emisyonları şeklinde, yüzey akışı, topraktan yeraltı suyuna sızma ve buharlaşma yolu ile). Tarım toprakları için yıllık net azot fazlası dalgalı bir eğilim göstermekte olup 2016 yılı için 22,2 kg/ha olarak hesaplanmıştır. Simulasyon süresi sonunda çevresel rezervuarlar arasında en çok reaktif azot atmosfer stoğuna salınmış olup en fazla katkı NH3-N formunda (9 milyon ton) ve sırasıyla NO2-N (5,4 milyon ton) ve N2O-N (0,7 milyon ton) fromunda olmuştur. NH3 emisyonları en çok tarım ve hayvancılık faaliyetleri sonucu oluşurken NO2 emisyonları ise en çok enerji üretiminden salınmaktadır. Geliştirilen dinamik azot bütçesi modeli hem model elemanlarında hem de parametrelerde değişikliklere izin veren bir esnekliğe sahip olup diğer ülkeler için de bir örnek teşkil etmektedir.
Özet (Çeviri)
Effect of anthropogenic activities on nitrogen cycle have become significantly important causing negative impacts on the environmental ecosystems and human health. The main objective of this research is to develop a dynamic nitrogen budget model for Turkey for the first time in order to understand and control the nitrogen transport at local and global level. In the first part of the thesis study, major sources of anthropogenic reactive nitrogen budget have been determined and trends of corresponding N-fluxes with respect to time have been calculated using earliest available official data. Agriculture and livestock, energy, wastewater management, waste management and fish farming are determined as the five most important components of nitrogen budget. In the second part of the study, using system dynamics approach a dynamic N-budget model is developed including these five anthropogenic subsystems and a separate environmental reservoirs system (consisting of agricultural soil, non-agricultural soil, atmosphere, freshwater, sea and estuary and groundwater reservoirs). The developed nitrogen budget model is validated, a sensitivity analysis is conducted, the simulated anthropogenic N fluxes of the subsystems are compared to the results of the same fluxes calculated in the first part and their compatibility is ensured. The model is simulated between the years 2000-2016 and N-fluxes generated in each subsystem and cumulative nitrogen contributed to each environmental reservoir are calculated. Besides, a scenario analysis is conducted between the years 2016 – 2040 investigating the impact of five different policies on formation ans dissemination of Nr as well as its accumulation in the environmental reservoirs. Results show that agricultural and livestock breeding activities are the major sources of Nr with fossil fuel combustion being the second largest contributor to N-Budget of Turkey. Comparing different crop groups, highest amount of nitrogen is uptaken by cereals while growing and highest amount of fresh manure N in livestock breeding excreted from cattle breeding (1270 kilotons as of 2017). In energy subsystem, NOx emissions increased 6.6-fold (from 202.38 to 1328.29 kilotons) and N2O emissions increased 1.8-fold (from 1.61 to 2.83 kilotons) between 1970-2016. Total N discharged to environmental reservoirs due to wastewater management doubled (from 60 to 114 kilotons) while total N in dumping leachate resulted from waste management halved (from 3195 to 1438 tons) during 1994-2018. Total N released to aquatic environments due to fish farming increased 4.5 times (from 6382 to 28443 tons) from 2000-2018. According to model simulation results, 42% of the nitrogen in total manure (during grazing and manure management) of the total animals and 13.5% of the nitrogen in synthetic fertilizer is lost to the environmental reservoirs (as gaseous emissions and due to surface run-off, leaching and volatilization) before plant uptake. Net annul N surplus for agricultural soils followed a fluctuating trend and found to be 22.2 kg/ha for 2016. Highest amount of Nr is accumulated in the atmosphere stock among the environmental reservoirs with largest contribution as NH3-N (9 million tons) followed by NO2-N (5.4 million tons) and N2O-N (0.7 million tons) at the end of the simulation period. Agricultural and livestock activities were the main source of NH3 and N2O whereas NO2 mainly emitted from energy subsystem The developed dynamic N budget model is flexible allowing modifications in the model elements and parameters, and constitutes an example for the other countries.
Benzer Tezler
- Yeşilırmak havzasındaki durgun su kütlelerinin özümleme kapasitelerinin belirlenmesi
Determination of assimilative capacities of stagnant water bodies of Yesilirmak basin
RUKEN ZİLAN ARSLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE GÜREL
- Uydu görüntüleri, meteorolojik veriler ve kamera fotoğrafları ile pamuk ve mısır bitkileri için rekolte tahmin modeli tasarımı: Şanlıurfa örneği
Crop yield estimation model design for cotton and maize crops using satellite imagery, meteorological data and camera photographs: Şanlıurfa case study
UĞUR ALGANCI
Doktora
Türkçe
2014
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANKUT ÖRMECİ
- Hava kirliliği konusunda çevre bilgi sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi pilot projesi
Design of an information system about air pollution
HARUN İYİDİKER
- Salsoloideae alt-familyasındaki bazı türlerin aynı bireylerinde C3 kotiledondan C4 yaprağa geçişte anatomik, fizyolojik ve moleküler farklılıkların belirlenmesi
Determination of anatomical, physiological and molecular differences during the transition from C3 cotyledon to C4 leaves in the same individual plant of some species in salsoloideae subfamily
FAİK CEYLAN
Doktora
Türkçe
2019
BiyolojiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiOrman Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERİT KOCAÇİNAR
- Toprak-bitki-atmosfer devamlılığında enerji ve kütle akımlarının matematiksel modellemesi ve sayısal hesaplaması
Modelling and numerical measurement of energy and mass transfer in soil-plant atmosfere continiun
VEYSEL POLAT