2017 - 2018 EÖY TARIM & ÇEVRE GAZ EMİSYONLARI VE KİRLİLİK KONULAR • Ele alınacak konular: – Genel bilgiler – Tarım ve gaz emisyonları – Sera gazları ve küresel ısınma – Amonyak emisyonu ve kirliliği – Metan emisyonu ve kirliliği – Azot oksit emisyonu ve kirliliği – Karbondioksit emisyonu ve kirliliği – Çiftlik kokuları Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 1 2017 - 2018 EÖY GENEL BİLGİLER • Tarım; atmosferik kirliliğin – hem kaynağı – hem de iyileştiricisi • Tarımsal emisyonların etkileri – kısa dönemli ve yerel sıkıntılar (aşırı koku) – uzun dönemli ve geniş ölçekli (küresel ısınma) olabilir • Tarım alanlarından ortaya çıkan başlıca kirletici gazlar: – – – – amonyak, metan, azot oksit karbondioksit • Atmosferdeki davranışlarından dolayı: – Kokular ve amonyak emisyonu lokal kirlilik olarak görülürken, – Metan, azot oksit ve karbondioksit emisyonları küresel çevreyi etkiler TARIM VE GAZ EMİSYONLARI • Doğal olarak meydana gelen süreçler – tarım faaliyetlerinden gaz emisyonlarının ortaya çıkmasına neden olur • Amonyak, metan, azot oksit ve karbondioksit – toprak, bitkiler, hayvanlar ve atmosfer arasında karbon ve azotu dolaştıran doğal biyokimyasal döngü bileşenleridir • Gaz emisyonlarıyla ilgili tarımsal kirliliği arttıran nedenler: – Üretimin artması • bitki ve çiftlik hayvanı üretim alanlarındaki artış – Üretimin özelleşmesi • tek bir üretim çeşidine yönelme – Üretimin yoğunlaşması • yoğun girdi kullanımı Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 2 2017 - 2018 EÖY TARIM VE GAZ EMİSYONLARI • Günümüzdeki atmosferik gazların değişim oranının büyüklüğü; – asit yağmurları, ozon tüketimi ve potansiyel küresel ısınmadan anlaşılabilir • Bu olaylar atmosferin temel bileşenlerindeki (N ve O) değişikliklerden değil – birçok minör veya iz gazların seviyesindeki artıştan kaynaklanmakta • Bazı atmosferik iz gazların konsantrasyonlarındaki değişiklikler: Atmosferik Gazlar Karbondioksit Metan Azot oksit 1850 1985 280 ppmv 345 ppmv 0.6-1.0 ppmv 280 ppbv 1.7 ppmv 305 ppbv TARIM VE GAZ EMİSYONLARI • Atmosferdeki gazların durumu kimyasal karakteristiklere bağlı olarak değişmektedir: – Reaktif olmayan ve suda çözünemeyen gazlar (metan ve azot oksit gibi) • troposfer (atmosferin 10-15 km ’lik bölümü) boyunca hızla yayılırlar • ve stratosferin (atmosferin 30-40 km ’lik kısmı) içine ilerler – Amonyak gibi çözülebilen gazlar • ya partikül materyal üzerinde tutularak ya da su damlacıklarıyla çözünerek hızlı bir şekilde dünya yüzeyine dönerler • genellikle çok uzaklara difüzyonla ilerleyemezler Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 3 2017 - 2018 EÖY SERA GAZLARI VE KÜRESEL ISINMA • Sera etkisi – dünya atmosferinin temel ve doğal bir özelliğidir – olmasaydı, dünya yüzeyi 30 0C daha soğuk olurdu – belirli bazı gazların, dünya yüzeyinden yansıyan uzun dalga boylu radyasyonu absorbe ederek uzaya kaybolacak ısı enerjisi miktarını azaltması ve termal bir örtü gibi davranması sonucu meydana gelir • sorumlu atmosferik gazların yoğunluğundaki artış tutulan ısı enerjisi miktarını artırabilir • Sera gazı emisyonları – İnsan aktivitelerine bağlı olarak yükselebilir • Tarımsal faaliyetlerin etkisi yaklaşık olarak %8 SERA GAZLARI VE KÜRESEL ISINMA • Küresel ısınmanın tarımsal faaliyetler üzerine muhtemel etkileri: – Tarımsal faaliyetlerin lokasyonunda değişiklik (halihazırda yetiştirilen bitki çeşitlerinin daha kuzeye taşınması) – İklim şartları için daha önce uygun olmayan yeni bitki varyetelerinin kullanımına ihtiyaç duyulması – Mevcut su varlığındaki kısıtlamalar ve bunun etkileri – Herbisit direncine bağlı olarak yabancı otların artması – Bitki ve çiftlik hayvanlarını etkileyen mevcut hastalık ve zararlı türlerindeki değişiklikler Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 4 2017 - 2018 EÖY AMONYAK EMİSYONU KİRLİLİĞİ • Amonyak (NH3), bir gaz olarak: – temel bir atmosferik kirleticidir – troposferde çok kısa bir kalma süresine sahiptir • Bu nedenle atmosferik kimyada çok az bir rol oynamaktadır – Bazı asitikleri (H2SO4 ve HNO3) nötralize edebilir – Kızılötesi ışınları absorbe edebilir – Küresel ısınmaya etkisi önemsiz • Çoğu NH3 emisyonu – kuru veya ıslak depozit şeklinde, hemen kaynağına yakın kısımlarda yeryüzüne geri döner AMONYAK EMİSYONU KİRLİLİĞİ • Amonyak emisyonlarının potansiyel etkileri: – NH3 alkalindir ancak NH3’ün NO3’e mikrobiyal oksidasyonu ( nitrifikasyon) sırasında H+ iyonlarının serbest kalması toprak ve tatlı suların asitleşmesine katkıda bulunur. • Kükürt emisyonları azaldığında, NH3 içeren azot bileşikleri toprak ve suyun asitleşmesine en büyük katkıyı yapar – Toprak azot düzeyini dolayısıyla toprak verimliliğini ve muhtemelen NO3’ün yıkanma ile kaybolma riskini artırır – Bitkilerde yaprak sararması gibi direk toksit etkilere ve besin elementi dengesizliği gibi ikincil etkilere neden olabilir Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 5 2017 - 2018 EÖY AMONYAK EMİSYONU KİRLİLİĞİ • Hassas doğal ve yarı doğal ekosistemlerde artan NH3 emisyonlarından kaynaklanan problemler: – asidifikasyon ve N zenginleşmesi • Tatlısu ekosisteminde, genellikle N sınırlanmadığından NH3 depozisyonunun – asitleştirme etkisi, besin zenginleşmesinden (ötrifikasyon) daha önemlidir – tür ve biyo-çeşitliliğin azaltılmasıyla floranın karakteristik bileşimine etkisi AMONYAK EMİSYONU KAYNAKLARI • Amonyak emisyonunun kaynaklar: – tarımda meydana gelen NH3 volatilizasyonu • Birçok bölgede toplam amonyak emisyonunun %80’ninden fazlasına sebep olmakta – Diğer kaynaklar • • • • Kanalizasyon çalışmaları, Endüstriyel yanma Biyo-kütle yanması Çöplükler Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 6 2017 - 2018 EÖY AMONYAK EMİSYONU KAYNAKLARI • Tarımsal faaliyetler sırasında ortaya çıkan 3 temel amonyak volatilizasyonu: – Üre (büyük ve küçükbaş) veya ürik asit içeren (kümes hayvanları) çiftlik hayvanları atıklarının dekomposizyonudan; • NH3 ve CO2 üreten üreaz enzimleri ile üre ve ürik asidin hidrolizi. • Çözeltiden NH3 hızlıca volatilize olur ve NH3 emisyonu meydana gelir – Amonyum ve üre bazlı gübre uygulamalarından – Gübre uygulanmış bitkinin yapraklarından: • Amonyak volatizasyonu yetişen bir bitkinin yaşam süresi boyunca bitki stomaları ile oluşabilmektedir. AMONYAK EMİSYONU KAYNAKLARI • Tarımsal faaliyetlerden ortaya çıkan NH3 emisyonunun miktarı değişkendir – farklı kaynaklarının olması – ve emisyon hızını etkileyen • sıcaklık, mevsim, toprak pH’sı, çiftlik amenajman uygulamaları (otlama sistemi, çiftlik hayvanı barınak sisteminin seçimi, atık yönetimi vb.) gibi faktörler • Emisyonların yaklaşık olarak: – – – – – %40’ı gübrelerin sıkça biriktiği hayvan barınaklarından %30’u araziye uygulanan gübre ve atık çamurundan %12’si hayvanların otlatılmasından %9’u gübre ve atık çamur depolarından %9’u azotlu gübre kullanımından Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 7 2017 - 2018 EÖY AMONYAK EMİSYONUNUN AZALTILMASI • NH3 emisyonunu azaltmak için en önemli strateji – gübre ve atık çamurunun • hayvan barınaklarında, • atık depolarında • ve arazi uygulaması sırasında hava ile temasını azaltarak oluşacak volatilizasyon oranını kısıtlamaktır • Kokunun kontrol edilmesi için kullanılan metotlar – aynı zamanda NH3 kayıplarının azaltılması için de kullanılır • Örneğin gübrenin bant şeklinde uygulaması ve enjeksiyon gibi alternatif çamur uygulama metotları emisyonu %40-50 azaltabilir AMONYAK EMİSYONUNUN AZALTILMASI • İyi yönetim uygulamaları; – Atıklardaki N‘u azaltmak için besinde bulunan ve hayvanın ihtiyacı olan N miktarının dengelenmesi • bu yöntemle atık çamurunun toplam N miktarı %44 • ve barınaklarda NH3 volatilizasyonu %50 azaltılabilir – Hayvan barınaklarında amonyak emisyonunu azaltmak için yerlerin ve duvarların idrar ve dışkıdan temizlenmesi • sık sık yıkama sistemlerinin çalıştırılması – Atık çamurunun depolanması yıllık toplam amonyak kaybının sadece yaklaşık %2’sini temsil etmektedir. • Üstü plastik materyalle kapatılması durumunda emisyon miktarları – atık tanklarında %80, göletlerde ise %95 azaltılabilir Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 8 2017 - 2018 EÖY METAN EMİSYONU KİRLİLİĞİ • Metan: – atmosferin doğal bir gaz bileşenidir – ve karbondioksit, azot oksit ve su buharı ile birlikte sera etkisinde özel öneme sahiptir – amonyağın tersine atmosferde kalış zamanı önemlidir – CO2’den 25 kat daha fazla kızılötesi radyasyonu absorbe edebilmektedir – kirlilik etkisi küresel ısınmayı arttırmasıdır – her ne kadar kötü kokuya sahip olduğu düşünülse de kokusuzdur – oldukça yanıcıdır (kolay alev alan) METAN EMİSYONU KAYNAKLARI • Tarım faaliyetlerinden oluşan metan emisyonu yaklaşık olarak %37’dir – Temel üretim kaynağı geviş getiren hayvanların doğal sindirim işlemleridir. • Çiftlik hayvanlarınca üretilen CH4’ün yaklaşık olarak %75’i sığırlardan ortaya çıkar (olgun bir mandıra ineği yılda 100 kg CH4 üretebilir) • Bunu sırasıyla koyunlar ve domuzlar takip eder – Bazı şartlarda gübreleri metan üretse bile kümes hayvanları direk olarak metan üretmez Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 9 2017 - 2018 EÖY METAN EMİSYONU KAYNAKLARI …(devamı) – Çiftlik hayvanlarınca üretilenle kıyaslandığında çok yavaş olsa bile, çoğu atık çamuru ve gübrelerdeki bakteri faaliyetleri de CH4 üretebilmektedir • Anaerobik toprak koşullarında bu üretim artar – Su altında üretimi yapılan çeltik tarlalarından önemli miktarda CH4 ortaya çıkar • Küresel olarak, bütün CH4 emisyonunun %30’unu içerir • Sonraki 25 yıl içerisinde pirinç üretiminde tahmin edilen %65’lik bir artış ile birlikte CH4 emisyonları daha da artabilir • mevcut bazı teknolojilerin uygulanmasıyla bu üretim alanlarında metan emisyonu %40 azaltılılabilir – Su altında kalmış topraklarda organik maddenin parçalanmasında ortaya çıkan ürünlerden ikisi CO2 ve CH4 METAN EMİSYONU KAYNAKLARI • Tarım-dışı oluşan metan emisyonu kaynakları – Biyolojik kökenli CH4 ‘ın en önemli temel kaynağı çöp depolama alanlarıdır • Çöp atıklarında CH4 emisyon değerleri – 107 kat kadar değişkendir (<0,0004 - >4000g/m2) – tarım alanları ile karşılaştırıldığında daha fazladır – Bazı katı yasalarla bu alanlarda ortaya çıkan metan salınımlarının azaltılması mümkündür Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 10 2017 - 2018 EÖY METAN EMİSYONUNUN AZALTILMASI • Çiftlik hayvanlarından kaynaklanan CH4 emisyonunu azaltmak için: – birim başına verimliliğin arttırılması, • Beslenmeyle ilgili modifikasyonlar ve CH4 üretiminde rol oynayan midedeki tek hücreli mikroorganizmaları içeriğinin değiştirilmesi • Çiftlik hayvanlarının bakım koşullarının ve sağlıklarının iyileştirilmesi • Genetik potansiyellerinin maksimize edilmesi – hayvan sayısı ve işletme yoğunluklarının azaltılması – atık çamuru ve gübre depolamalarında • yeni teknolojilerin kullanılması • ve biyogazın alternatif bir enerji kaynağı olarak kontrollü üretimi METAN EMİSYONUNUN AZALTILMASI Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 11 2017 - 2018 EÖY AZOT OKSİT EMİSYONU KİRLİLİĞİ • Azot oksit (N2O): – bir sera gazı – potansiyel bir gaz kirliliği – iklim koşullarını bozarak • tarımsal faaliyetleri • ve üretimi etkiler – küresel ısınmaya etkisi CO2’e oranla 200-300 kat daha fazladır AZOT OKSİT EMİSYONU KAYNAKLARI • Bütün N2O emisyonların – yaklaşık olarak %50’si: • toprak bakterileri, gübreler ve atık çamurunu uygulamalarını içeren tarımsal faaliyetlerden kaynaklanır – dörtte biri topraklarda meydana gelir – diğer önemli kaynakları • hayvanlar ve atık depoları (%17), • N yıkanması (%21) • ve NH3 (%3) • En önemli mekanizma anaerobik koşullar altında – nitrit ve nitratın indirgendiği denitrifikasyon olayı NO2- ve Nitrit ve Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) NO3Nitrat → N2O↑ Azot oksit gazı → N2↑ Diazot gazı 12 2017 - 2018 EÖY AZOT OKSİT EMİSYONU KAYNAKLARI • Tarımsal ekosistemlerde – inorganik gübre kullanımı artışı – işlenen arazi artışı – hayvancılık üretim sistemlerindeki artan yoğunluk N-döngüsününde denitrifikasyon kayıplarını arttırır – Genel olarak uygulanan azotlu gübrenin • %0,5 -2’si N2O olarak kaybolmakta • bu değer %30’lara kadar çıkabilmektedir – Denitrifikasyon süresince üretilen N2O veya N2’nin tam oranını belirlemek zordur. Genel olarak: • N2O emisyonu N2 kayıplarına göre daha az • Anaerobik koşullarda çoğunlukla N2 kayıpları oluşur AZOT OKSİT EMİSYONU KAYNAKLARI • Topraklardan: – N’un gaz olarak kaybını – ve anaerobik koşulların oluşturulmasıyla oksijen tüketimini arttıran birbiriyle ilgili faktörler: • • • • • • toprak nem içeriği organik maddenin miktarı ve doğası topraktaki havalanma toprak pH’sı (<6 ise denitrifikasyon sınırlanır) toprak sıcaklığı (<00C ise denitrifikasyon sınırlanır) N’lu gübre uygulamalarının şekli ve zamanı Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 13 2017 - 2018 EÖY AZOT OKSİT EMİSYONUNUN AZALTILMASI • Azot oksit emisyonunu azaltmaya yönelik stratejiler: – bitkilerin ihtiyaç duyduğu miktarlarda azotun yetişme dönemi boyunca parça parça verilmesi – çiftlik azot girdilerinin azaltılması ve N etkinliğinin artırılması, – bitki atıkları ve çiftlik gübresinden N girdisinin hesaplanması – daha iyi gübreleme tekniklerinin (kök bölgesine), nitrifikasyon kısıtlayıcıların, yaprak spreylerinin ve yavaş yavaş serbest bırakılan kaynakların kullanılması – anaerobik koşulların engellenmesi AZOT OKSİT EMİSYONUNUN AZALTILMASI • Meralardan N2O kaybını minimize etmek için – depolama yoğunluğu ve idrarın azot içeriği azaltılmalıdır. Bu amaçla: • • • • hayvan başına verimi artırma düşük azot içerikli yemleri kullanma daha az inorganik N uygulamaları gübre ve sulama yönetimi gibi uygulamalardaki modernizasyon Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 14 2017 - 2018 EÖY KARBONDİOKSİT EMİSYONU KİRLİLİĞİ • Karbon döngüsü oldukça dinamiktir – Farklı zaman ölçeklerinde çalışan birkaç ayrı döngüyü içerir • Küresel C döngüsü ile karbondioksit (CO2) ve CH4’ın bu döngüdeki rolü KARBONDİOKSİT EMİSYONU KİRLİLİĞİ • Karbondioksit – en önemli sera gazı – suda çözülebilir olmasından dolayı atmosfer ve okyanuslar arasında değişimler olur • Bu nedenle atmosferik yaşam ömrü yaklaşık olarak 2 yıl ile sınırlanmıştır – atmosferik konsantrasyonundaki değişiklik • fosil yakıtların artması, • ormanların yok edilmesi • ve küresel fotosentez oranındaki azalmaya bağlı • Topraklar – C için geçici bir depo veya ambar görevi görür, – CO2 için ise bir geçiş yoludur Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 15 2017 - 2018 EÖY KARBONDİOKSİT EMİSYONU KAYNAKLARI • Tarımsal üretimde kullanılan fosil yakıtlar nedeniyle CO2’in her yıl atmosfere bırakılan toplam salınımı %1’inden azdır – Bu tarımın CO2 emisyonu ile ilişkisinin önemsiz olduğu izlenimini verebilir – Ancak, topraklarda bitki ve atmosferde bulunan toplam miktardan daha fazla karbon vardır • Fotosentez olayı – net bir CO2 tüketimi değildir • çünkü atmosferik uzaklaştırma genellikle hasattan sonra organik maddenin parçalanmasıyla serbest kalarak yıl boyunca dengelenir KARBONDİOKSİT EMİSYONUNUN AZALTILMASI • Kyoto Protokolü – birçok ülke CO2 emisyonunu azaltmayı taahhüt etmiştir. – ABD ve Çin buna dahil değildir – Kanada 2011 yılında bu taahhüdünden vazgeçti • Fosil yakıtlardan kaynaklan CO2 emisyonunun azalması için stratejiler enerji tasarrufu önlemleridir; – – – – – Makinelerin optimal çalışmasını sağlamak, Binalardan ısı kaybını azaltmak, Fosil yakıt olmayan enerji kaynaklarını kullanmak, Sera sıcaklığının etkin bir şekilde kontrolü Yapıların polietilen ile kaplanması Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 16 2017 - 2018 EÖY KARBONDİOKSİT EMİSYONUNUN AZALTILMASI • CO2 emisyonunun azaltılması: – Toprak kültivasyonu ve yönetim uygulamalarının iyileştirilmesi, • minimum toprak işleme • ve etkin drenaj sistemlerinin oluşturulması – Hayvan gübresi ve atık çamuru uygulanan alanların arttırılması – Doğal ağaçlık alanların arttırılması ÇİFTLİK KOKULARININ KAYNAKLARI • Kokular karmaşık bir özelliğe sahiptir – Bazı kokular hoş olsa da genellikle sağlık açısından sakınılması gereken bir sıkıntı olarak kabul edilir • Bir kirletici olarak kokular – mide bulantısı, kusma ve baş ağrısı gibi hoş olmayan rahatsızlıklara yol açar – zararlı reaksiyonları tetikleyerek insan sağlığını etkiler • Kokuların bazı belirgin özellikleri; – Yoğunluk (koku maddesinin konsantrasyonunun sebep olduğu koku hissinin etkisi) – Koku karakteri (maddenin belirlenmesini sağlar) – Zevk tonu (memnun olma veya olmamanın ölçüsü) – Koku yayılmasının sıklığı/sürekliliği Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 17 2017 - 2018 EÖY ÇİFTLİK KOKULARININ KAYNAKLARI • Tarımsal kokular – özellikle çiftlik hayvanları üretimiyle ilişkilidir • idrar ve dışkıdaki proteine bağlı olarak • bitki atıklarının anaerobik parçalanması sonucu – noktasal kirlilik kaynağıdır – çok sayıda kimyasal bileşiklerin farklı karışımlarını içerir • • • • uçucu yağ asitleri, organik asitler, aminler organa kükürtler – en hoş olmayanı kükürt ve azot içerenleridir ÇİFTLİK KOKULARININ KAYNAKLARI • Çiftlik kokularının en önemli kaynakları; – tarımsal yapılar • hayvan barınakları, • yoğun kümes hayvanları birimleri – atık çamuru veya gübre depoları, – atık çamuru veya gübrelerin uygulanması, – silajlar ve diğer hayvan yemleri Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 18 2017 - 2018 EÖY ÇİFTLİK KOKULARININ KAYNAKLARI • Hayvancılık işletmelerinde oluşan koku problemleri riskini etkileyen faktörler; – – – – – komşu işletmelere olan mesafe bölgesel topografya çiftlik hayvanlarının tipi ve sayısı, hakim rüzgar yönü, çiftlik hayvanlarının yönetimi ve kullanılan barınak sistemi, – kullanılan yem çeşidi – atık çamuru depolarının tipi ve büyüklüğü – atık yönetim şekli, ÇİFTLİK KOKULARININ KAYNAKLARI • En yüksek koku emisyonları, genellikle: – gübre ve atık çamurlarında ve – atık dağıtılması sırasında • geleneksel atık çamuru dağıtıcılarıyla çamurun küçük damlacıklara parçalanması havada uçucu bileşiklerin yayılımını 15 kat artırır • Dağıtma süresince ve sonrasında yayılan koku miktarını etkileyen diğer faktörler; – uygulama oranı, – çiftlik hayvanı türü, – atığın süt veya silaj sızıntısı içerip içermediği – depolama metodu ve süresi Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 19 2017 - 2018 EÖY ÇİFTLİK KOKULARININ KAYNAKLARI ÇİFTLİK KOKULARININ AZALTILMASI • Tarımsal kokuların minimize edilebilmesi için: – Bütün koku kaynaklarının potansiyel şikâyetlerden mümkün olduğunca uzaklıkta olmasının sağlanması • yeni çiftlik barınaklarının ve atık dağıtılan arazilerin yer seçimi – İyi planlama ve amenajman uygulamalarıyla kaynakta emisyonun sebeplerine yönelik girişimler Tarım & Çevre (Prof.Dr. Ahmet KURUNÇ) 20