Gübre kullanımından kaynaklanan sera gazı emisyonları

Küresel ısınmaya neden olan sera gazlarının önemli bir bölümü tarımsal faaliyetler sonucunda atmosfere salınmaktadır. Küresel ölçekte tarımsal faaliyetler ve arazi kullanımına bağlı olarak gerçekleşen sera gazı emisyonu miktarı 2018 yılı itibariyle 9.3 Gt CO₂ eşdeğerine ulaşmıştır [1]. Bitkisel ve hayvansal üretime dayalı emisyon miktarı 2018 yılı için 5.3 Gt CO₂ eşdeğeri olarak gerçekleşirken bu miktar 2000 yılı ile kıyaslandığı zaman yaklaşık % 14’lük bir artış sergilemiştir.

Tarım kaynaklı sera gazı emisyonları büyük oranda, metan (CH₄) ve nitröz oksit (N₂O) gazından oluşmaktadır. Tarımsal faaliyetler arasında en yüksek sera gazı salınımı enterik fermantasyon sonucunda gerçekleşir ve tüm tarımsal faaliyetler içerisindeki oranı % 48’e yakındır. Bitkisel üretimde en önemli tarımsal girdilerden birisi gübreler olup gübreler nedeniyle de atmosfere önemli sera gazı salınımı olmaktadır. Tarımsal faaliyetler kaynaklı olarak atmosfere salınan gazların % 10’luk kısmı 2020 yılında sentetik gübreler aracılığıyla gerçekleşmiştir [2] Tarımda kullanılan kimyasal gübreler dışında hayvan gübreleri de emisyon kaynağı olarak önemli bir paya sahiptir. Çizelge 1’de 2020 yılında dünya genelinde tarımsal kaynaklı sera gazı salınım miktarları verilmiştir.

Çizelge 1. Küresel Ölçekte 2020 Yılında Gerçekleşen Tarımsal Kaynaklı Sera Gazı Salınımları Dağılımı

Yıllar içerisinde atmosfere doğru gerçekleşen sera gazı emisyonlarında genel olarak bir artış söz konusudur. Bu durum tarımsal üretim kaynaklı sera gazı emisyonları için de geçerli olup yapılan faaliyetlere bağlı olarak yıllar içerisinde emisyon oranları artış göstermiştir. Bununla birlikte tarımdan kaynaklanan emisyonlarda, kimyasal gübre kullanımına bağlı olarak gerçekleşen artış, çok daha yüksek oranlara ulaşmıştır. Çizelge 2’de tarımsal kaynaklı bazı faaliyetlerin yıllar içerisindeki sera gazı emisyonları gösterilmiştir. Yaklaşık 60 yıllık süreçte faaliyetlere göre % 40-50’ler civarında gerçekleşen artış oranları sentetik gübreler için aynı dönemde 10 kata yaklaşan bir oranda gerçekleşmiştir. Ayrıca Çizelge 2’nin incelenmesinden anlaşılacağı üzere gübre kullanımı dışında bu gübrelerin üretimi esnasında da önemli miktarda sera gazı salınımı gerçekleşmektedir.

Çizelge 2. Yıllar İçerisinde Tarım Kaynaklı Sera Gazı Emisyonlarında Görülen Değişimler

*Değişim oranları 1961 yılına göre 2020’de gerçekleşen miktarlar üzerindendir (Gübre üretim değerlerinde 1961 yılı verileri olmadığı için 1990 yılı esas alınmıştır)

Gübreler Aracılığıyla Atmosfere Sera Gazı Salınım Mekanizması

Tarımsal kaynaklı sera gazı emisyonları büyük oranda gübreleme nedeniyle ortaya çıkan nitroz oksit (N₂O) ile büyükbaş hayvan yetiştiriciliğinden kaynaklanan metan (CH₄) gazından oluşur. Şekil 1’de gösterildiği gibi N₂O ve CH₄ gazları CO₂ gazına oranla atmosferde daha az bulunmasına karşın küresel ısınma potansiyelleri daha yüksek olan gazlardır. Küresel İklim Değişikliği Panelinde 100 yıllık bir zaman dilimi için, CH₄ ve N₂O gazlarının birim kütlelerinin CO₂ gazına oranla sırasıyla 25 ve 298 kez daha fazla küresel ısınma potansiyeline sahip olduğu belirtilmiştir [3]. Tarım kaynaklı sera gazlarının atmosfere salınımlarının son yıllarda önemli artışlar gösterdiği ve önlem alınmazsa, 2030 yılına kadar atmosferdeki N₂O miktarının %35-60, CH₄ miktarının ise %60 oranında artacağı öngörülmektedir [4].

Şekil 1. Küresel sera gazı emisyon oranları (Ritchie ve ark., 2020 [5]’den. uyarlanmıştır).

Nitroz oksit molekülleri, atmosferde ortalama 114 yıl kalabilmektedir [3]. Küresel olarak, N₂O emisyonlarının büyük bir bölümü atmosfere doğal yollarla girmesine karşın yaklaşık %40'ı insan faaliyetlerinden kaynaklanır [6]. İnsan kaynaklı N₂O emisyonları büyük ölçüde tarımsal faaliyetler ile atmosfere salınım yapar (Şekil 2). Tarımsal faaliyetler içerisinde azotlu gübre kullanımının N₂O salınımına etkisi çok büyüktür.

Şekil 2. 2020 yılı N₂O emisyon kaynakları [7]

N₂O’nun tarım topraklarında üretilmesinin iki ana yolu nitrifikasyon ve denitrifikasyon olaylarıdır. Topraklarda bulunan bazı mikroorganizmalar tarafından amonyumun nitrat iyonlarına dönüştürülmesi olayı nitrifikasyon olarak tanımlanır. Nitrifikasyon, oksijen varlığında gerçekleşir. Denitrifikasyon ise çeşitli süreçlerden sonra nitratın serbest azot gazına (N₂) indirgenmesi olayıdır. Bu süreç içerisinde nitratın N₂ gazına dönüşümü genelde tamamlanmasına karşın küçük ve değişken bir miktar azot formu ise N₂O gazı şeklinde atmosfere salınmaktadır [8]. Nitrifikasyon ve denitrifikasyon olayları Şekil 3’te özetlenmeye çalışılmıştır.

Topraktan atmosfere doğru olan azot gazı salınımı doğrudan N₂O emisyonu şeklinde gerçekleşip ışınımsal etki gösterebileceği gibi NO₂ ve NO (birlikte NO_x olarak isimlendirilir) gibi azot emisyonları yoluyla da özellikle ozon (O₃) ve metan (CH₄).gibi diğer sera gazlarının atmosferik konsantrasyonlarını etkileyerek dolaylı etkide bulunur [10]. Güçlü bir oksidan olan ozon gazı, bitki gelişiminde bazı sorunlara neden olabilmektedir. Uzun süre ozon gazına maruz kalan bitkilerde, karbonhidrat üretiminde azalma meydana gelirken [11], hastalık ve zararlılara karşı hassasiyet artar [7].

Diğer azotlu gübrelerden farklı olarak üre gübresi toprağa uygulandığında, endüstriyel üretim sürecinde ilave edilmiş olan CO₂ salınır. Üre (CH₄N₂O) su ve üreaz enzimlerinin varlığında amonyum (NH₄⁺), hidroksil (OH^-) ve bikarbonat (HCO₃^-) iyonlarına dönüşür. Reaksiyon sonucunda oluşan HCO₃^-, kireç eklendikten sonra kendisini oluşturan CO₂ ve H₂O’ya ayrılır [12]. Bu şekilde topraklardan gerçekleşen CO₂ salınımı azotlu gübre uygulamalarıyla gerçekleşen N₂O salınımı ile karşılaştırılınca daha düşük düzeylerde gerçekleşmektedir [8].

Azotlu Sentetik Gübrelerden Kaynaklanan Sera Gazı Emisyonları

Bitkisel üretimde verimliliği arttırmak amacıyla ilk olarak başvurulan yöntem gübrelemedir. Bitki gelişimini en fazla sınırlandıran besin elementi olan azot, bitkisel üretimde devamlılığın ve verimliliğin vazgeçilmez unsurudur. Küresel olarak en fazla kullanılan gübrelerin başında azotlu gübreler yer alır. Yıllık azotlu gübre üretiminin küresel ölçekte yaklaşık 100 Tg N olduğu tahmin edilmektedir [13].

Bununla birlikte azotlu gübreler dikkatli kullanılmazlarsa bazı önemli çevre sorunlarına yol açabilirler. Yeraltı sularında oluşan nitrat kirliliği bu sorunlardan birisidir. Bir diğer önemli sorun ise azotlu gübrelerin uygulandıktan sonra denitrifikasyon sonucunda küresel ısınmada etkin rol oynayan N₂O gazına dönüşerek atmosfere salınımıdır. Tarımsal alanlara uygulanmış olan azotun aslında çok küçük bir bölümü (% 0,5-3,0) N₂O olarak atmosfere salınır [14, 15] ancak küresel ısınma potansiyelinin yüksek oluşu ve uzu süre atmosferde kalabiliyor olması nedeniyle etkisi çok güçlüdür. Küresel ısınma potansiyeli açısından değerlendirildiğinde topraklara uygulanan her 1 kg N girişi 1,4-14,0 kg CO₂’e karşılık gelir ve ortalama 4.65 kg CO₂ olarak kabul edilir [12].

Azotlu gübre kullanımı dolayısıyla atmosfere salınan N₂O, insan kaynaklı olarak gerçekleşen en büyük N₂O kaynağı durumundadır [16]. Küresel ölçekte verilerine ulaşabildiğimiz 1961 yılından günümüze, sentetik gübre kullanımına bağlı sera gazı emisyonları yaklaşık 10 kat artmış bulunmaktadır. Sentetik gübrelerden kaynaklanan sera gazı emisyonları, tarımdan kaynaklanan toplam emisyonların yaklaşık %11’ini oluşturur [2]. Bu emisyonların önemli miktarı Asya kıtasından gerçekleşmektedir (Şekil 4)

Şekil 4. Kıtalara göre 2001-2011 döneminde sentetik gübrelerden N₂O oranları [17].

Çin dünyada azotlu gübrelerin en büyük üreticisi ve tüketicisi konumunda bulunmaktadır. Çin’de tüm sera gazı emisyonlarının yaklaşık %7’si azotlu gübrelerin üretimi ve kullanımından kaynaklanmaktadır [18]. Sentetik azotlu gübre kullanımından kaynaklanan sera gazı emisyonlarının, Çin’de tarımsal kaynaklı emisyonların yaklaşık %55’ini oluşturduğu ve sentetik azotlu gübre uygulamalarının tarım topraklarından N₂O emisyonlarına katkıda bulunan en önemli faktör olduğu kabul edilmektedir [19]. Araştırmacılar bu amaçla yapmış oldukları bir çalışmada Çin’in önemli tarımsal ürünlerinden olan buğday ve mısır için sentetik azotlu gübre üretimi ve uygulanmasından kaynaklanan sera gazı emisyonlarının miktarını bir modelleme yöntemiyle belirlemeye çalışmışlardır. Buna göre buğday ve mısır için yıllık sentetik azotlu gübre tüketimi 12,63 Mt olarak bildirilmiştir. Ülke genelinde sentetik azotlu gübre üretimi ile ilişkili sera gazı emisyonları, buğday için 41,44, mısır için 59,71 Mt CO₂ eşdeğeri olarak verilmiştir. Azotlu gübrelerin uygulanması sonucunda atmosfere N₂O salınımı ise buğday ve mısır için sırasıyla 35,82 ve 69,44 Gg N₂O yıl^-1 olarak tahmin edilmiştir.

Sentetik azotlu gübrelerin yönetiminde dünya genelinde karşılaşılan en önemli sorunlardan bir tanesi gübrenin uygulama zamanıdır. Gübrelemede esas olan bitkinin ihtiyaç duyduğu dönemde toprakta azotun hazır edilmesidir. Aksi takdirde bitki ihtiyacından fazla miktarda bulunan azot N₂O emisyonuna ya da yıkanma şeklinde kayba uğrayacaktır. Bu durumun ayarlanması özellikle vejetasyonunun ilk döneminde azot gereksinimi çok az olmakla birlikte ilerleyen dönemlerinde bu ihtiyacı büyük artış gösteren mısır gibi bitkilerde oldukça zordur [10]. Henüz bitkilerin ekilip dikilmediği ya da vejetasyon olarak gereksinimlerinin çok az olduğu dönemlerde azotlu gübrelerin verilmesi büyük miktarda azotun kaybına yol açabilmektedir.

Gübrelerden Sera Gazı Salınımını Etkileyen Bazı Çevresel Faktörler

Topraklarda nitroz oksit oluşumu çeşitli çevresel faktörler tarafından etkilenmektedir. Oluşan N₂O miktarı, toprak boşluklarındaki oksijen miktarına, reaksiyon yönü ise sıcaklığa bağlıdır. Düşük sıcaklık koşullarında azot bileşenlerinin dönüşümü yavaşlarken sıcaklığın yükselmesiyle birlikte dönüşüm hızı artar. Topraklarda suyla doygunluk oranı arttıkça O₂ konsantrasyonu azalır. Tarım topraklarından N₂O salınımını etkileyen bir diğer unsur ise nitrifikasyon için kullanılabilecek amonyum (NH₄⁺) miktarı ve denitrifikasyonda kullanılacak olan nitrit (NO₂^-) konsantrasyonudur. Ayrıca hafif bünyeli, nötr ya da hafif asit reaksiyonlu topraklarda, ortamda NO₃ N' unun varlığıyla birlikte N₂O salınımı artış gösterir [8].

Yapılan bir çalışmada sentetik ve organik gübrelerin farklı bünyelere sahip topraklarda sera gazı emisyonları üzerine etkileri belirlenmeye çalışılmıştır [20]. Bu amaçla kumlu tın ve killi bünyeye sahip iki farklı toprakta gübre uygulanmayan parsel, üre amonyum nitrat (UAN) gübre uygulaması ve sıvı domuz gübresi bulamacı uygulamaları yapılarak 8 hafta boyunca sera gazı akışları ölçülmüştür. Üre amonyum nitrat ve domuz gübresi uygulamalarında N₂O ve CH₄ gazı emisyonlarının kumlu tın bünyeye sahip toprakta killi toprağa oranla daha fazla olduğu ortaya konulmuştur. Killi toprakta katyon değişim kapasitesinin yüksek olması ve artan NH₄⁺ adsarbsiyonu azot varlığını azalttığı için emisyon miktarının daha az çıktığı düşünülmektedir. Ayrıca kumlu tın toprakta su dolu gözenek hacmi daha yüksek olması killi toprağa oranla denitrifikasyon ve metan üretimini desteklemiş olabileceği ifade edilmiştir.

Azotlu gübrelerin uygulanmasına bağlı olarak oluşan sera gazı emisyonları toprak ve kullanılan gübrelerin özelliklerine bağlı olduğu kadar toprak mikroorganizmalarının bileşimine ve miktarına bağlı olarak da değişim gösterebilmektedir. Bu konuda yapılan bir çalışmada, farklı azotlu gübrelerin farklı toprak, bitki ve mikroorganizma etkileşimlerinde sera gazı emisyonlarına olası etkileri belirlenmek istenmiştir [21]. Çalışmada arpa bitkisi kullanılarak üç farklı gübre çeşidi, faklı özelliklere sahip iki ayrı toprakta denenmiştir. Genel olarak elde edilen sonuçlarda gübreleme, bitki solunumunu güçlü bir şekilde arttırdığından daha yüksek CO₂ emisyonları oluşmuş ve artan kök salgılaması sonucunda daha yüksek mikrobiyal faaliyetler saptanmıştır. Çalışma sonunda azot gübrelemesinin toprak kaynaklı küresel ısınma potansiyeli üzerine etkisi incelenirken, toprak mikroorganizma yapısının değerlendirilmesinin birincil öneme sahip olduğu vurgulanmıştır. Özellikle bakteriyel ve arkeal amonyak oksitleyicilerin N₂O emisyonlarına olan katkısına vurgu yapılmıştır. Nitrifikasyon sonucunda N₂O emisyonları artış gösterebileceğinden gübreleme yapılırken NH₄⁺ iyonlarının NO₃^- iyonlarına optimum oranlarının belirlenmesi ve nitrifikasyon inhibitörlerinin kullanılmasının önemli olduğuna dikkat çekilmiştir.

Verimliliği Artırılmış Gübrelerin Emisyon Azaltımına Etkileri

Gübrelerin etkinliğini artırarak hem toprakta olası kayıpları en aza indirmek hem de içermiş oldukları besin elementlerinden bitkilerin daha yüksek oranda yararlanmalarını sağlamak son yıllarda fazlaca tercih edilmeye başlanan bir yöntem olmuştur. Verimliliği artırılmış gübreler şeklinde genel olarak isimlendirilen bu gübreler Amerikan Bitki Besin Kontrol Yetkilileri Birliği [Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO)] tarafından "bitki alımını artıran ve besin elementi kaybını azaltan özelliklere sahip gübre ürünleri" olarak tanımlanmaktadır [22]. Daha çok azotlu gübrelerde verimliliğin artırılmasını hedef alan bu tür ürünlerde kaplama, kapsülleme, inhibitör ilavesi gibi farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bu şekilde azot salınımının geniş bir döneme yayılması mümkün olabilmekte ve kayıplar en aza indirilmektedir.

Yavaş ve kontrollü salınım yapan gübreler ile inhibitörlü gübreler daha yüksek azot kullanım etkinliğinine sahip olmalarının yanında gübrelemeden kaynaklanan N₂O emisyonlarını azaltma potansiyellerine sahiptirler. Farklı zamanlarda bu konuda yapmış oldukları çalışmalardan bir derleme yapan Halvorson ve ark., 2014 [23]’nın sunmuş olduğu sonuçların bazıları aşağıda verilmiştir. Çalışmalar sulu tarım koşullarında ve mısır bitkisi yetiştiriciliğinde elde edilmiştir:

Kontrollü salım yapan polimer kaplı bir üre toprak işlemesiz ve minimum toprak işlemeli ortamlarda N₂O emisyonlarını üreye oranla %42 ve üre amonyum nitrat gübresine (UAN) oranla %14 azaltırken geleneksel toprak işleme koşullarında emisyon değerlerinde bir fark bulunmamıştır. İnhibitörlü üre gübresi uygulaması normal üreye göre N₂O emisyon değerini % 46, üre amonyum nitrata göre ise % 21 azaltmıştır.

İnhibitörlü üre amonyum nitrat (UAN) gübresi uygulamasında emisyon değeri normal üreye göre %61, üre amonyum nitrat gübresine göre %41 oranında azalmıştır.

Yavaş salınımlı bir UAN kaynağı kullanılarak yapılan denemede ise N₂O emisyonlarında görülen azalış oranı üre içim % 57, UAN için % 28 olarak bulunmuştur.

Çin’in orta bölgelerinde yapılan bir çalışmada ise, azotlu gübre kaynaklarının çeltik tarımı yapılan alanlarda sera gazı emisyonları üzerindeki etkileri belirlenmeye çalışılmıştır [24]. Bu amaçla gübre uygulanmayan kontrol parseli (N0) ile birlikte yalnızca inorganik gübre uygulaması yapılan (IF), yalnızca organik gübre uygulaması yapılan (OF), inorganik gübre ile yavaş salınımlı gübrenin karışık uygulandığı (SRIF) ve inorganik ve organik gübrenin karışık uygulandığı (OFIF) konular karşılaştırılmıştır. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre azotlu gübre kaynakları CH₄ ve N₂O emisyonlarını önemli ölçüde etkilemiştir. Kontrol (N0) uygulaması ile karşılaştırıldığında IF, SRIF, OF ve OFIF işlemleri sırasıyla CH₄ emisyonlarını %55, %42, %51 ve %66 ve N₂O emisyonlarını %165, %93 %130 ve %251 artırmıştır. Araştırmacılar çalışma sonucunda yavaş salınımlı gübre ile birlikte kimyasal gübre uygulamasının çeltik üretimini artırmak ve sera gazı emisyonlarını azaltmak için sürdürülebilir bir strateji olduğunu ancak ortaya çıkan yüksek gübre maliyetlerinin kamu kurumlarınca sübvanse edilmesi gerektiğini önermişlerdir.

Gübre Üretimi Esnasında Gerçekleşen Sera Gazı Emisyonları

Haber-Bosch’un azot (N) ve hidrojenden (H) amonyak (NH₃) eldesine yönelik tekniği dünyada azotlu gübre üretiminin birincil yöntemidir ve bu yöntem yüksek sıcaklık ve yüksek enerji gerektirir [25]. Gübre üretimi esnasında dünyada kullanılan enerjinin yaklaşık % 1,2'sinin tüketildiği ve aynı oranda da sera gazı emisyonu yapıldığı tahmin edilmektedir [26]. Amonyak üretimi esnasında 1 metrik ton susuz amonyak için 1250 m³’e yaklaşan doğalgaza gereksinim duyulur [27]. Amonyak ve üre üretimi, insan faaliyetlerinden kaynaklanan CO₂ emisyonlarının önemli kaynakları arasında yer alır. Bu yüzden gübreler kullanımlarına bağlı olarak sera gazı emisyonu yapmalarının yanında önemli bir miktarda salınımı da üretim esnasında gerçekleştirirler. 2020 yılında küresel olarak gübre üretimi esnasında atmosfere salınan sera gazı miktarı 389142 Kiloton CO₂ eşdeğeri olarak bildirilmiştir [2].

Gübre üretiminden kaynaklanan sera gazı emisyonlarının hesaplanması, kullanılan gübre çeşidine ve üretim teknolojisine bağlı olarak büyük ölçüde değişiklik gösterir. Üretim aşamasındaki karmaşık süreçler göz önüne alınacak olursa emisyon verilerinin hesaplanmasının zor ve sınırlı olacağı açıktır. Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi [Life Cycle Assessment (LCA)], emisyonların ortaya konulmasında yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu değerlendirme, üretim aşamasında gerçekleştirilen tüm faaliyetlerin canlı yaşam üzerine doğrudan veya dolaylı olarak etki yapan sonuçlarını hesaplayan ve ekolojik indikatör olarak tanımlanan bir uygulamadır. Bu değerlendirme de ürünlerin ve süreçlerin çevresel etkileri baştan sona analiz edilir yani üretim ve uygulamadan kaynaklanan emisyonlar dahil edilir. Emisyon faktörleri, Yaşam Döngüsü Değerlendirmesinde ayrıntılı emisyon hesaplamalarına gerek duyulmayan bir kolaylık sağlar [28]. Bir emisyon faktörü, birim aktivite başına atmosfere salınan tipik bir sera gazı miktarıdır. Araştırmacılar sera gazı dengesi hesaplamalarında girdi olarak kullanılmak üzere azot, fosfor ve bazı kompoze gübre üretimiyle ilgili yayınlanmış emisyon faktörlerini derledikleri bir çalışma yapmışlardır. Bu çalışmada verilen bazı sonuçlar Çizelge 3’te özetlenmeye çalışılmıştır. Azotlu gübre üretimi esnasında ortaya çıkan başlıca sera gazları, amonyak sentezinde kullanılan doğalgazın yakılması sonucu ortaya çıkan CO₂ ve nitrik asit üretimi sırasında salınan N₂O’dur. Fosforlu gübrelerin üretimleri esnasında fosil yakıt kullanımına bağlı olarak salınan CO₂ ile hammaddelerin taşınması esnasında salınan CO₂ üretimdeki temel sera gazı olmuştur.

Çizelge 3. Bazı gübrelerin sera gazı emisyon faktörleri (Wood & Cowie, 2004 [28]’den uyarlanmıştır)

Çizelge 3 incelendiğinde farklı çalışmalar arasında her bir gübre ürünü için emisyon faktörleri açısından belirgin farklılıkların olduğu görülecektir. Görülen bu farkların tesis farklılıkları, emisyon kontrol mekanizmaları ve hammadde girdilerindeki farklardan kaynaklandığı bildirilmiştir.

İnorganik ve organik gübre üretimi ve kullanımından kaynaklanan sera gazı emisyonlarının incelendiği bir çalışmada birçok özgün çalışmanın arasından seçim yapılarak 200’den fazla makale veri tabanı olarak kullanılmış ve sonuçları paylaşılmıştır [33]. Çalışmada gübre üretimi esnasında emisyon faktörleri değerlendirilmiştir. Sentetik azotlu gübrelerin üretiminde gübre tipine ve üretim esnasında kullanılan hidrojen kaynağına bağlı olarak emisyon faktörünün 1 kg N başına 1 ila 10 kg CO₂ eşd. arasında değiştiği bildirilmiştir. Fosforlu gübre üretimi için bildirilen emisyon faktörü 1-1,5 kg CO₂-eşd.kg^-1 P₂O₅ arasında değişirken, potasyumlu gübre üretiminden kaynaklanan emisyonlar hakkında yetersiz bilgi olduğu ifade edilmiştir. Araştırmacılar genellikle hammadde farklılıkları ve ülkeler arasındaki uygulama farklılıklarına bağlı olarak emisyon faktörlerinde değişimler olduğunu vurgulamıştır.

Aynı çalışmanın sonuçlarına göre kompost üretimi esnasında oluşan emisyonlar çok geniş bir aralıkta değişim göstermiştir. Bir ton katı atık için bulunan emisyon faktörü 1-2300 kg CO₂ eşdeğeri arasında bildirilmiştir. Nakliyeden kaynaklanan emisyonların, tüm gübre türleri için genelde çok düşük olduğu görülmüştür

Organik gübrelerin özellikle uzun dönem depolama esnasında yüksek emisyon yaptıkları bildirilmiştir. Sıvı organik atıkların veya gübrelerin depolanması esnasında CH₄ emisyonları azalırken N₂O emisyonlarında artışların olduğu ifade edilmiştir. Sentetik gübrelerin veya kompostun depolanmasından kaynaklanan emisyonların yok denecek kadar az olduğu bildirilmiş olmakla birlikte kompostun depolanması ile ilgili çok az veri olduğu da belirtilmiştir.

Hayvan Gübreleri Aracılığıyla Gerçekleşen Sera Gazı Salınımları

Hayvan gübreleri tarımsal kaynaklı sera gazı emisyonları arasında önemli bir paya sahiptir. Hayvan gübresi yönetimi, otlaklarda kalan hayvan gübresi ve toprağa uygulanan hayvan gübreleri toplamda tarım kaynaklı sera gazı salınımlarının yaklaşık % 22’sine neden olmaktadır [2]. Hayvancılık faaliyetleri sonucunda oluşan hayvan gübresi kaynaklı emisyonlar metan (CH₄) ve nitröz oksit (N₂O) gazlarıdır [34]. Hayvan gübreleri aracılığıyla salınan sera gazları birçok faktöre göre büyük değişkenlik göstermektedir. Birleşmiş Milletler Çevre Programı tarafından insan faaliyetlerinin neden olduğu iklim değişikliğinin risklerini değerlendirmek üzere karar verici sıfatla kurulmuş olan IPCC, sera gazı emisyonları için ulusal envanterlerin tahmininde kullanılacak metodolojileri sunmaktadır. Bu amaçla IPCC’nin “Ulusal Sera gazı Emisyon Envanteri Raporuna dayanarak ve farklı hayvanlar için ortalama yıllık sıcaklığın 20 C^o esas alındığı CH₄ gazı emisyon faktörleri Çizelge 4’de verilmiştir. Çizelgede sığır, domuz ve manda için Doğu Avrupa’ya ait değerler dikkate alınırken, diğer hayvanlar için gelişmiş ülkelerin değerleri kullanılmıştır.

Çizelge 4. Hayvan gübresi yönetiminde metan gazı emisyon faktörü (IPCC 2006 [35]’den uyarlanmıştır)

Artan insan nüfusuyla birlikte gıda ihtiyacını karşılamak amacıyla özellikle kapalı sistem yetiştirilen hayvan sayıları da artış göstermektedir. Hayvanlardan elde edilen gübreler ekilebilir tarım alanlarında yaygın olarak kullanılır. Toprak sağlığını iyileştirici olarak büyük önemi bulunan bu ürünler aynı zamanda doğrudan veya dolaylı olarak sera gazı emisyonuna katkıda bulunurlar. Farklı ülkelerden elde edilen hayvan gübrelerine ait potansiyel sera gazı emisyon miktarları Çizelge 5’te sunulmuştur.

Çizelge 5. Bazı ülkelerde üretilen hayvan gübrelerinden potansiyel karbondioksit (CO₂), metan (CH₄) ve azot oksit (N₂O) emisyonu miktarı (Thangarajan ve ark., 2013 [36]’den uyarlanmıştır)

Kaynaklar

1. FAO, (2020). Emissions due to agriculture. Global, regional and country trends 2000–2018. FAOSTAT Analytical Brief Series No 18. Rome

2. FAOSTAT, (2023). https://www.fao.org/faostat/en/#data/GT

3. IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth AssessmentReport of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 996 pp.

4. FAO, (2011) “Climate Change Mitigation Finance for Smallholder Agriculture”. A guide book to harvesting soil carbon sequestration benefits.

5. Ritchie, H., Roser M., & Rosado, P., (2020). "CO₂ and Greenhouse Gas Emissions". Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from: 'https://ourworldindata.org/co2-and-greenhouse-gas-emissions

6. IPCC, (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. [Stocker, T. F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S. K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P. M. Midgley (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1585 pp.

7. Environmental Protection Agency (EPA), (2022). Ecosystem Effects of Ozone Pollution. https://www.epa.gov/ground-level-ozone-pollution/ecosystem-effects-ozone-pollution (accessed 12.03.2023.)

8. Kayıkçıoğlu, H.H., & Okur, N., (2012). Sera gazı salınımında tarımın rolü. Adnan Menderes Üni. Zir. Fak. Dergisi, 9(2): 25-38

9. Tilstra, A., El-Khaled, Y.C., Roth, F. et al. (2019). Denitrification Aligns with N2 Fixation in Red Sea Corals. Sci Rep 9, 19460 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-55408-z

10. Gregorich, E., Janzen, H. H., Helgason, B., & Ellert, B. (2015). Nitrogenous Gas Emissions from Soils and Greenhouse Gas Effects. Advances in Agronomy, 39–74. doi:10.1016/bs.agron.2015.02.004

11. Betzelberger, A.M., Yendrek, C.R., Sun, J., Leisner, C.P., Nelson, R.L., Ort, D.R., & Ainsworth, E.A., (2012). Ozone exposure response for U.S. soybean cultivars: linear reductions in photosynthetic potential, biomass, and yield. Plant Physiol. 160, 1827e1839

12. Snyder, C.S., Bruulsema, T.W., Jensen, T.L., & Fixen. P.E. (2009). Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects. Agriculture, Ecosystems and Environment, 133: 247–266

13. Erisman, J. W., Sutton, M. A., Galloway, J., Klimont, Z., & Winiwarter, W. (2008). How a century of ammonia synthesis changed the world. Nature Geoscience, 1(10), 636–639. doi:10.1038/ngeo325

14. Stehfest, E., & Bouwman, L., (2006). N₂O and NO emission from agricultural fields and soils under natural vegetation: summarizing available measurement data and modeling of global annual emissions. Nutr. Cycling Agroecosyst. 74, 207e228

15. Linquist, B., van Groenigen, K.J., Adviento-Borbe, M.A., Pittelkow, C., & van Kessel, C., (2012). An agronomic assessment of greenhouse gas emissions from major cereal crops. Global Change Biol. 18, 194e209

16. Gellings, C. W., & Parmenter, K. E. (2016). Energy efficiency in fertilizer production and use. Efficient Use and Conservation of Energy; Gellings, CW, Ed.; Encyclopedia of Life Support Systems, 123-136

17. FAO, (2014). Agriculture, Forestry and Other Land Use Emissions by Sources and Removals by Sinks. FAO Statistics Division Working Paper Series ESS/14-02

18. Zhang, W. -f., Dou, Z. -x., He, P., Ju, X.-T., Powlson, D., Chadwick, D., … Zhang, F.-S. (2013). New technologies reduce greenhouse gas emissions from nitrogenous fertilizer in China. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(21), 8375–8380. doi:10.1073/pnas.1210447110

19. Chai, R., Ye, X., Ma, C., Wang, Q., Tu, R., Zhang, L., & Gao, H. (2019). Greenhouse gas emissions from synthetic nitrogen manufacture and fertilization for main upland crops in China. Carbon Balance and Management, 14(1). doi:10.1186/s13021-019-0133-9

20. Jarecki, M. K., Parkin, T. B., Chan, A. S. K., Hatfield, J. L., & Jones, R. (2008). Greenhouse Gas Emissions from Two Soils Receiving Nitrogen Fertilizer and Swine Manure Slurry. Journal of Environmental Quality, 37(4), 1432–1438. doi:10.2134/jeq2007.0427

21. Inselsbacher, E., Wanek, W., Ripka, K., Hackl, E., Sessitsch, A., Strauss, J., & Zechmeister-Boltenstern, S. (2010). Greenhouse gas fluxes respond to different N fertilizer types due to altered plant-soil-microbe interactions. Plant and Soil, 343(1-2), 17–35. doi:10.1007/s11104-010-0597-6

22. Association of American Plant Food Control Officials, (2013). AAPFCO Official Publication 65. AAPFCO, Little Rock, AR.

23. Halvorson, A. D., Snyder, C. S., Blaylock, A. D., & Del Grosso, S. J. (2014). Enhanced-Efficiency Nitrogen Fertilizers: Potential Role in Nitrous Oxide Emission Mitigation. Agronomy Journal, 106(2), 715. doi:10.2134/agronj2013.0081

24. Zhang, Z. S., Chen, J., Liu, T. Q., Cao, C. G., & Li, C. F. (2016). Effects of nitrogen fertilizer sources and tillage practices on greenhouse gas emissions in paddy fields of central China. Atmospheric Environment, 144, 274–281. doi:10.1016/j.atmosenv.2016.09.0

25. Modak, J. M. (2002). Haber process for ammonia synthesis. Resonance, 7(9), 69-77.

26. Kongshaug, G. 1998. Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions in Fertilizer Production. IFA Technical Conference, Marrakech, Morocco, 28 September-1 October, 1998, 18pp.

27. Gellings, C. W., & Parmenter, K. E. (2016). Energy efficiency in fertilizer production and use. Efficient Use and Conservation of Energy; Gellings, CW, Ed.; Encyclopedia of Life Support Systems, 123-136.

28. Wood, S. W., & Cowie, A. (2004). A review of greenhouse gas emission factors for fertiliser production.http://www.sciencetheearth.com/uploads/2/4/6/5/24658156/2004_wood_a_review_of_greenhouse_gas_emission_factors.pdf

29. Davis, J. & Haglund, C. (1999). Life Cycle Inventory (LCI) of Fertiliser Production. Fertiliser Products Used in Sweden and Western Europe. SIK-Report No. 654. Masters Thesis, Chalmers University of Technology

30. Kramer, K.J., Moll, H.C. & Nonhebel, S. (1999). Total Greenhouse Gas Emissions Related to the Dutch Crop Production System. Agriculture, Ecosystems and Environment, 72, 9-16

31. Elsayed, M. A., Matthews, R. & Mortimer, N. D. (2003). Carbon and Energy Balances for a Range of Biofuels Options. Report by Resources Research Unit, Sheffield Hallam University for DTI Sustainable Energy Programmes

32. Kuesters, J. & Jenssen, T. (1998). Selecting the Right Fertilizer from an Environmental Life Cycle Perspective. IFA Technical Conference, Marrakech, Morocco, 28 September-1 October, 1998, 7pp.

33. Walling, E., & Vaneeckhaute, C. (2020). Greenhouse gas emissions from inorganic and organic fertilizer production and use: A review of emission factors and their variability. Journal of Environmental Management, 276, 111211. doi:10.1016/j.jenvman.2020.11121

34. Kara, G. , Yalınız, İ. & Sayar, M. (2019). Konya İli Hayvansal Gübre Kaynaklı Sera Gazı Emisyonları Durumu . Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi , 2 (2) , 57-60 . Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/ucbad/issue/47445/599015

35. IPCC, 2006. Intergovernmental Panel on Climate Change Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/.

36. Thangarajan, R., Bolan, N. S., Tian, G., Naidu, R., & Kunhikrishnan, A. (2013). Role of organic amendment application on greenhouse gas emission from soil. Science of The Total Environment, 465, 72–96. doi:10.1016/j.scitotenv.2013.01.031