Ötrofikasyon

bilgipedi.com.tr sitesinden
Ötrofikasyon, Çin'in Sichuan eyaletinde Chengdu yakınlarındaki bir nehirde bunun gibi alg patlamalarına neden olabilir. Bu tür çoğalmalar genellikle zararlı alg çoğalmalarıdır.

Ötrofikasyon, bir su kütlesinin tamamının veya bir kısmının mineraller ve besin maddeleriyle, özellikle de azot ve fosforla giderek zenginleşmesi sürecidir. "Fitoplankton üretkenliğinde besin kaynaklı artış" olarak da tanımlanmıştır. Çok düşük besin seviyesine sahip su kütleleri oligotrofik, orta düzeyde besin seviyesine sahip olanlar ise mezotrofik olarak adlandırılır. İleri ötrofikasyon, distrofik ve hipertrofik koşullar olarak da adlandırılabilir. Ötrofikasyon tatlı su veya tuzlu su sistemlerini etkileyebilir. Tatlı su ekosistemlerinde neredeyse her zaman aşırı fosfordan kaynaklanır. Öte yandan kıyı sularında, katkıda bulunan ana besin maddesinin azot veya azot ve fosforun birlikte olması daha muhtemeldir. Bu, konuma ve diğer faktörlere bağlıdır.

Doğal olarak meydana geldiğinde ötrofikasyon, besin maddelerinin, özellikle fosfor bileşiklerinin ve organik maddenin su kütlelerinde biriktiği çok yavaş bir süreçtir. Bu besinler, kayalardaki minerallerin bozunması ve çözünmesinden ve kayalardan besinleri aktif olarak temizleyen likenlerin, yosunların ve mantarların etkisinden kaynaklanır. Antropojenik veya "kültürel ötrofikasyon" genellikle çok daha hızlı bir süreç olup, arıtılmamış veya kısmen arıtılmış kanalizasyon, endüstriyel atık su ve tarım uygulamalarından kaynaklanan gübre dahil olmak üzere çok çeşitli kirletici girdilerden bir su kütlesine besin maddelerinin eklendiği bir süreçtir. Su kirliliğinin bir türü olan besin kirliliği, yüzey sularının ötrofikasyonunun birincil nedenidir; bu durumda genellikle azot veya fosfor gibi aşırı besin maddeleri alg ve su bitkilerinin büyümesini teşvik eder.

Ötrofikasyonun yaygın bir görünür etkisi alg patlamalarıdır. Alg patlamaları, su kütlesini kullanmak isteyenler için sadece bir sıkıntı olabilir ya da su kütlelerinde önemli ekolojik bozulmaya neden olabilecek zararlı alg patlamalarına dönüşebilir. Bu süreç, alglerin bakteriyel bozunmasından sonra su kütlesinde oksijen azalmasıyla sonuçlanabilir.

Ötrofikasyonun önlenmesi ve tersine çevrilmesine yönelik yaklaşımlar arasında kanalizasyon kaynaklı noktasal kirliliğin en aza indirilmesi ve tarım ve diğer noktasal olmayan kirlilik kaynaklarından kaynaklanan besin kirliliğinin en aza indirilmesi yer almaktadır. Haliçlerde kabuklu deniz ürünleri, deniz yosunu yetiştiriciliği ve göllerde jeomühendislik de bazıları deneysel aşamada olmak üzere kullanılmaktadır. Ötrofikasyon teriminin hem bilim insanları hem de kamu politikalarını belirleyenler tarafından yaygın bir şekilde kullanıldığını ve sayısız tanımı olduğunu belirtmek önemlidir.

Potomac Nehri Siyanobakteriden kaynaklanan yüksek ötrofikasyona maruz kalmaktadır.

Ötrofikasyon, göl gibi herhangi bir büyük su ekosisteminde, başta karalardan gelenler olmak üzere, çeşitli nedenlerle besin maddelerinin büyük oranda artması sonucu, plankton ve alg varlığının aşırı şekilde çoğalmasıdır. Bu durum sudaki çözülmüş oksijen miktarını azaltarak uzun vadede su ekosisteminin ölümüne neden olabilir.

Sebepler ve mekanizmalar

1. Toprağa fazla besin maddesi uygulanır. 2. Bazı besin maddeleri toprağa sızar ve daha sonra yüzey suyuna karışır. 3. Bazı besin maddeleri toprak üzerinden su kütlesine akar. 4. Fazla besin maddeleri alg patlamasına neden olur. 5. Alg patlaması ışık nüfuzunu azaltır. 6. Alg patlamasının altındaki bitkiler ölür çünkü fotosentez yapmak için güneş ışığı alamazlar. 7. Sonunda alg patlaması ölür ve gölün dibine çöker. Bakteri toplulukları solunum için oksijen kullanarak kalıntıları ayrıştırmaya başlar. 8. Su kütlesi düzenli olarak dikey olarak karıştırılmazsa, ayrışma suyun oksijeninin tükenmesine neden olur. Balık gibi daha büyük yaşam formları ölür.

Artan biyokütle üretimi

Ötrofikasyon, bir su kütlesinde, çoğunlukla fosfat ve nitrat olmak üzere bitki besin maddelerinin artan konsantrasyonlarının neden olduğu biyokütle oluşumunun artması sürecidir. Artan besin konsantrasyonları, hem makrofit hem de fitoplankton olmak üzere su bitkilerinin büyümesinin artmasına yol açar. Daha fazla bitki materyali besin kaynağı olarak kullanılabilir hale geldikçe, omurgasızlarda ve balık türlerinde artışlar meydana gelir. Süreç devam ettikçe su kütlesinin biyokütlesi artar ve biyolojik çeşitlilik azalır. Daha şiddetli ötrofikasyonla birlikte, fazla biyokütlenin bakteriyel bozunması oksijen tüketimiyle sonuçlanır ve bu da dip tortu ve daha derin sulardan başlayarak bir hipoksi durumu yaratabilir. Hipoksik bölgeler, soğuk oksijen bakımından fakir hipolimniyon ve sıcak oksijen bakımından zengin epilimniyon tabakalaşması nedeniyle yaz mevsiminde derin su göllerinde yaygın olarak bulunur.

Güçlü ötrofik tatlı sular, şiddetli alg patlamaları veya makrofit aşırı büyümelerini takiben derinlikleri boyunca hipoksik hale gelebilir. Benzer şekilde deniz sistemlerinde de hem artan besin konsantrasyonları hem de su kütlelerinin atmosferle temasının kesilmesi, oksijenin tükenmesine yol açarak bu suları balıklar ve omurgasızlar için yaşanmaz hale getirebilir.

Fosfor, bitkilerin yaşaması için gerekli bir besin maddesidir ve çoğu tatlı su ekosisteminde bitki büyümesi için sınırlayıcı faktördür. Fosfat toprak partiküllerine sıkıca yapışır, bu nedenle çoğunlukla erozyon ve yüzey akışı ile taşınır. Göllere taşındıktan sonra, fosfatın suya ekstraksiyonu yavaştır, dolayısıyla ötrofikasyonun etkilerini tersine çevirmek zordur.

Deniz ekosistemlerinde azot ve demir, alg biyokütlesinin birikimi için birincil sınırlayıcı besin maddeleridir, ancak daha genel olarak deniz sistemlerinde azot, fosfor ve demirin tümü sınırlayıcı olabilir. Herhangi bir zamanda herhangi bir su sistemindeki üretkenliğin sınırlandırılması, dış kaynaklardan besin tedarikinin yanı sıra su kütlesi içindeki besin geri dönüşüm oranına göre değişir. Besin maddelerinin üretkenliği sınırlandırması aynı zamanda besin maddelerinin ve alglerin fiziksel olarak o sistemden veya bölgeden dışarı atılma hızına da bağlıdır. Buna ek olarak ışık da önemli bir faktördür, bu nedenle üretkenlik derinlikte ve ışık seviyelerinin düşük olduğu ılıman kış aylarında düşük olacaktır.

Besin kaynakları

Fazla fosfatın kaynakları deterjanlardaki fosfatlar, endüstriyel/evsel akıntılar ve gübrelerdir. Fosfat içeren deterjanların 1970'lerde aşamalı olarak kullanımdan kaldırılmasıyla birlikte, endüstriyel/evsel akıntı, kanalizasyon ve tarım ötrofikasyona katkıda bulunan başlıca unsurlar olarak ortaya çıkmıştır. Doğal azot fiksasyonunun yanı sıra azotun ana kaynakları tarımsal akış (gübreler ve hayvansal atıklardan), kanalizasyon ve yanma veya hayvansal atıklardan kaynaklanan azotun atmosferik birikimidir.

Antropojenik besin kirliliği kaynakları

Bir zamanlar birçok deterjanın bileşeni olan sodyum trifosfat, ötrofikasyona önemli bir katkıda bulunmuştur.

Türleri

Kültürel ötrofikasyon

Kültürel ötrofikasyon, insanların suya eklediği besin maddelerinin, ışık ve hava değişimini engelleyebilen alglerin aşırı büyümesine neden olmasından kaynaklanır. Algler sonunda bakteriler tarafından parçalanarak anoksik koşullara ve "ölü bölgelere" neden olur.
Göle deşarj edilen arıtılmamış atık su nedeniyle büyük bir kültürel ötrofikasyon akışı yaşayan Valencia Gölü'nün havadan görünümü.

Kültürel veya antropojenik ötrofikasyon, insan faaliyetleri nedeniyle doğal ötrofikasyonu hızlandıran süreçtir. Arazinin temizlenmesi ve kasaba ve şehirlerin inşa edilmesi nedeniyle, arazi akışı hızlanır ve fosfat ve nitrat gibi daha fazla besin maddesi göllere ve nehirlere ve daha sonra kıyı haliçlerine ve koylara verilir. Kültürel ötrofikasyon, insan faaliyetlerinden kaynaklanan aşırı besin maddelerinin su kaynaklarına karışarak besin maddesi kirliliği yaratması ve aynı zamanda doğal ötrofikasyon sürecini hızlandırmasıyla ortaya çıkmaktadır. Bu sorun, tarımda kimyasal gübrelerin kullanılmaya başlanmasının ardından (1900'lerin ortalarındaki yeşil devrim) daha belirgin hale gelmiştir. Fosfor ve azot, suyu zenginleştirerek bazı su bitkilerinin, özellikle de alglerin hızla büyümesine ve yüksek yoğunluklarda çiçek açmasına izin verdiği için kültürel ötrofikasyona neden olan iki ana besin maddesidir. Alg patlamaları bentik bitkileri gölgeleyerek genel bitki topluluğunu değiştirebilir. Algler öldüğünde, bakteriler tarafından parçalanmaları oksijeni ortadan kaldırır ve potansiyel olarak anoksik koşullar oluşturur. Bu anoksik ortam su kütlesindeki aerobik organizmaları (örneğin balıklar ve omurgasızlar) öldürür. Bu durum karasal hayvanları da etkileyerek etkilenen suya (örneğin içme kaynağı olarak) erişimlerini kısıtlar. Besin açısından zengin koşullarda gelişebilen alg ve su bitkisi türlerinin seçimi, tüm su ekosistemlerinde ve bunların besin ağlarında yapısal ve işlevsel bozulmaya neden olarak habitat ve tür biyoçeşitliliğinin kaybına yol açabilir.

Gübrelenmiş tarlalardan, çimlerden ve golf sahalarından akan sular, arıtılmamış kanalizasyon ve atık su ve azot kirliliği yaratan yakıtların içten yanması dahil olmak üzere insan faaliyetlerinden kaynaklanan aşırı besin maddelerinin çeşitli kaynakları vardır. Kültürel ötrofikasyon tatlı su ve tuzlu su kütlelerinde meydana gelebilir, sığ sular en hassas olanlardır. Kıyı şeritlerinde ve sığ göllerde, tortular rüzgar ve dalgalar tarafından sık sık yeniden askıya alınır, bu da tortulardan üstteki suya besin salınımına neden olarak ötrofikasyonu artırabilir. Bu nedenle kültürel ötrofikasyonun neden olduğu su kalitesindeki bozulma, tüketim için içme suyu temini, endüstriyel kullanımlar ve rekreasyon dahil olmak üzere insan kullanımlarını olumsuz etkileyebilir.

Doğal ötrofikasyon

Ötrofikasyon genellikle insan faaliyetlerinden kaynaklansa da, özellikle göllerde doğal bir süreç de olabilir. Paleolimnologlar artık iklim değişikliği, jeoloji ve diğer dış etkilerin de göllerin doğal verimliliğini düzenlemede kritik öneme sahip olduğunu kabul etmektedir. Birkaç göl de tersine bir süreç (meiotrofikasyon) göstermekte, besin açısından fakir girdilerin gölün besin açısından daha zengin su kütlesini yavaşça elimine etmesiyle zamanla daha az besin açısından zengin hale gelmektedir. Bu süreç, ilk doldurulduklarında yüksek oranda ötrofik olma eğiliminde olan ancak zamanla daha oligotrofik hale gelebilen yapay göllerde ve rezervuarlarda görülebilir. Doğal ve antropojenik ötrofikasyon arasındaki temel fark, doğal sürecin çok yavaş olması ve jeolojik zaman ölçeklerinde meydana gelmesidir.

Etkileri

Ötrofikasyon, yörüngeden görüntülenen Hazar Denizi'nin kuzey kesiminde artan bulanıklık olarak belirgindir.

Ekolojik etkiler

Ötrofikasyonun şu ekolojik etkileri olabilir: fitoplankton biyokütlesinde artış, makrofit türlerinin kompozisyonunda ve biyokütlesinde değişiklikler, çözünmüş oksijenin azalması, balık ölümlerinde artış, arzu edilen balık türlerinin kaybı.

Biyoçeşitliliğin azalması

Bir ekosistem besin maddelerinde artış yaşadığında, bundan ilk olarak birincil üreticiler yararlanır. Su ekosistemlerinde algler gibi türler nüfus artışı yaşar (alg patlaması olarak adlandırılır). Alg patlamaları, dipte yaşayan organizmalar için mevcut güneş ışığını sınırlar ve sudaki çözünmüş oksijen miktarında geniş dalgalanmalara neden olur. Oksijen, aerobik solunum yapan tüm bitkiler ve hayvanlar için gereklidir ve gün ışığında fotosentez yapan bitkiler ve algler tarafından yenilenir. Ötrofik koşullar altında, çözünmüş oksijen gün boyunca büyük ölçüde artar, ancak hava karardıktan sonra solunum yapan algler ve artan ölü alg kütlesiyle beslenen mikroorganizmalar tarafından büyük ölçüde azaltılır. Çözünmüş oksijen seviyeleri hipoksik seviyelere düştüğünde, balıklar ve diğer deniz hayvanları boğulur. Sonuç olarak balık, karides ve özellikle hareketsiz dip sakinleri gibi canlılar ölür. Aşırı durumlarda, bakterilerin büyümesini teşvik eden anaerobik koşullar ortaya çıkar. Bunun meydana geldiği bölgeler ölü bölgeler olarak bilinir.

Yeni türlerin istilası

Ötrofikasyon, normalde sınırlayıcı olan bir besin maddesini bollaştırarak rekabetçi salınıma neden olabilir. Bu süreç ekosistemlerin tür kompozisyonunda değişimlere neden olur. Örneğin, azottaki bir artış, yeni, rekabetçi türlerin istila etmesine ve orijinal sakin türlerle rekabet etmesine izin verebilir. Bunun New England tuz bataklıklarında meydana geldiği gösterilmiştir. Avrupa ve Asya'da, adi sazan genellikle doğal olarak Ötrofik veya Hipereötrofik alanlarda yaşar ve bu koşullarda yaşamaya adapte olmuştur. Doğal yayılım alanı dışındaki alanların ötrofikasyonu, balığın tanıtıldıktan sonra bu alanları kolonize etmedeki başarısını kısmen açıklamaktadır.

Zehirlilik

Ötrofikasyondan kaynaklanan bazı zararlı alg patlamaları, bitkiler ve hayvanlar için toksiktir. Zehirli bileşikler besin zincirine girerek hayvan ölümlerine yol açabilir. Tatlı su alg patlamaları çiftlik hayvanları için tehdit oluşturabilir. Algler öldüğünde veya yenildiğinde, hayvanları öldürebilen ve insanlar için tehdit oluşturabilen nöro ve hepatotoksinler salınır. Alg toksinlerinin insanlara geçmesine örnek olarak kabuklu deniz ürünleri zehirlenmesi verilebilir. Alg patlamaları sırasında ortaya çıkan biyotoksinler kabuklu deniz hayvanları (midye, istiridye) tarafından alınır ve bu insan gıdalarının toksisite kazanmasına ve insanları zehirlemesine yol açar. Örnekler arasında paralitik, nörotoksik ve ishalli kabuklu deniz ürünleri zehirlenmesi yer almaktadır. Diğer deniz hayvanları da bu tür toksinler için vektör olabilir; ciguatera vakasında olduğu gibi, toksini biriktiren ve daha sonra insanları zehirleyen tipik olarak yırtıcı bir balıktır.

Ekonomik etkiler

Ötrofikasyon ve zararlı alg patlamalarının artan su arıtma maliyetleri, ticari balıkçılık ve kabuklu deniz ürünleri kayıpları, rekreasyonel balıkçılık kayıpları (hasat edilebilir balık ve kabuklu deniz ürünlerinde azalma) ve azalan turizm geliri (su kütlesinin algılanan estetik değerinde azalma) nedeniyle ekonomik etkileri olabilir. Su arıtma maliyetleri, su şeffaflığındaki azalma (artan bulanıklık) nedeniyle artabilir. İçme suyu arıtımı sırasında renk ve koku ile ilgili sorunlar da yaşanabilir.

Sağlık etkileri

İnsan sağlığına etkileri arasında içme suyunda aşırı nitrat (mavi bebek sendromu); içme suyunda dezenfeksiyon yan ürünleri bulunmaktadır. Zararlı alg patlamasından etkilenen suda yüzmek deri döküntülerine ve solunum sorunlarına neden olabilir.

Farklı su kütleleri için nedenler ve etkiler

Tatlı su sistemleri

Su ekosistemlerine eklenen besin maddelerine verilen yanıtlardan biri de mikroskobik alglerin hızla büyüyerek alg patlaması yaratmasıdır. Tatlı su ekosistemlerinde, yüzen alg patlamalarının oluşumu genellikle azot bağlayan siyanobakterilerdir (mavi-yeşil algler). Çözünebilir azot sınırlayıcı hale geldiğinde ve fosfor girdileri önemli düzeyde kaldığında bu sonuç tercih edilir. Besin kirliliği alg patlamalarının ve güneş ışığı, alan ve oksijen için aşırı kalabalık rekabete yol açan diğer su bitkilerinin aşırı büyümesinin başlıca nedenidir. Eklenen besinler için artan rekabet, tüm ekosistemlerde ve besin ağlarında potansiyel bozulmaya, habitat kaybına ve türlerin biyolojik çeşitliliğine neden olabilir.

Aşırı verimli ötrofik göllerde, nehirlerde ve akarsularda makrofitler ve algler öldüğünde, ayrışırlar ve bu organik maddenin içerdiği besinler mikroorganizmalar tarafından inorganik forma dönüştürülür. Bu ayrışma süreci oksijeni tüketerek çözünmüş oksijen konsantrasyonunu azaltır. Azalan oksijen seviyeleri de balık ölümlerine ve biyolojik çeşitliliği azaltan bir dizi başka etkiye yol açabilir. Besin maddeleri anoksik bir bölgede, genellikle su kolonunun tabakalaşmasıyla kesilen daha derin sularda yoğunlaşabilir ve ancak ılıman bölgelerde veya türbülanslı akış koşullarında sonbahar dönüşü sırasında tekrar kullanılabilir hale gelebilir. Göle giren suyun taşıdığı ölü algler ve organik yük dibe çöker ve anaerobik sindirime uğrayarak metan ve CO2 gibi sera gazlarını açığa çıkarır. Metan gazının bir kısmı Methylococcus capsulatus gibi anaerobik metan oksidasyon bakterileri tarafından oksitlenebilir ve bu da zooplankton için bir besin kaynağı sağlayabilir. Böylece, su kütlesinde yeterli çözünmüş oksijen bulunmasına bağlı olarak fitoplankton ve zooplankton için birincil besin kaynağı oluşturmak üzere kendi kendini idame ettiren bir biyolojik süreç gerçekleşebilir.

Sucul bitki örtüsü, fitoplankton ve alg patlamalarının artması ekosistemin normal işleyişini bozarak balık ve kabuklu deniz hayvanlarının hayatta kalması için gerekli olan oksijen eksikliği gibi çeşitli sorunlara neden olur. Yüzey sularında yoğun alg büyümesi daha derin suları gölgeleyebilir ve bentik barınak bitkilerinin canlılığını azaltarak daha geniş ekosistem üzerinde etkiler yaratabilir. Ötrofikasyon aynı zamanda nehirlerin, göllerin ve estetik zevklerin değerini de azaltır. Ötrofik koşulların içme suyu arıtımını engellediği durumlarda sağlık sorunları ortaya çıkabilir.

Fosfor, kanalizasyon borularından kaynaklanan "noktasal kaynaklı" kirliliğe maruz kalan göllerdeki ötrofikasyon vakalarında genellikle ana suçlu olarak kabul edilir. Alg konsantrasyonu ve göllerin trofik durumu, sudaki fosfor seviyelerine iyi bir şekilde karşılık gelir. Ontario'daki Deneysel Göller Bölgesi'nde yapılan çalışmalar, fosfor ilavesi ile ötrofikasyon oranı arasında bir ilişki olduğunu göstermiştir. Ötrofikasyonun ilerleyen aşamaları, yalnızca fosfor konsantrasyonu ile sınırlı olan azot bağlayıcı siyanobakteri patlamalarına yol açmaktadır.

Kıyı suları

Ölçülen Körfez hipoksi bölgesi haritası, 25-31 Temmuz 2021-LUMCON-NOAA
Dünya okyanuslarında oksijen minimum bölgeleri (OMZ'ler) (mavi) ve kıyı hipoksisi olan alanlar (kırmızı).

Ötrofikasyon kıyı sularında yaygın bir olgudur. Kıyı sularında, azot genellikle deniz sularının temel sınırlayıcı besin maddesidir (fosforun genellikle sınırlayıcı besin maddesi olduğu tatlı su sistemlerinin aksine). Bu nedenle, tuzlu sulardaki ötrofikasyon sorunlarını anlamak ve kontrol etmek için azot seviyeleri fosfor seviyelerinden daha önemlidir. Haliçler, tatlı su ve tuzlu su arasındaki arayüz olarak, hem fosfor hem de azot sınırlı olabilir ve genellikle ötrofikasyon belirtileri gösterir. Haliçlerdeki ötrofikasyon genellikle dip suyunda hipoksi veya anoksiye yol açarak balık ölümlerine ve habitatın bozulmasına neden olur. Kıyı sistemlerindeki kabarma, besin açısından zengin derin suları, besinlerin algler tarafından asimile edilebileceği yüzeye taşıyarak üretkenliğin artmasını da teşvik eder.

Kıyı sularına azot bakımından zengin kirliliğin antropojenik kaynaklarına örnek olarak deniz kafes balıkları yetiştiriciliği ve kömürden kok kömürü üretiminden kaynaklanan amonyak deşarjları verilebilir. Karadan yüzeysel akışa, balık yetiştiriciliğinden kaynaklanan atıklara ve endüstriyel amonyak deşarjlarına ek olarak, atmosferik sabit azot açık okyanusta önemli bir besin kaynağı olabilir. Bu, okyanusun harici (geri dönüştürülmemiş) azot kaynağının yaklaşık üçte birini ve yıllık yeni deniz biyolojik üretiminin %3'üne kadarını oluşturabilir.

Kıyı suları, kapalı haliçlerden kıta sahanlığının açık sularına kadar geniş bir deniz habitatı yelpazesini kapsar. Kıyı sularındaki fitoplankton üretkenliği hem besin hem de ışık kaynağına bağlıdır ve ikincisi, sediman resüspansiyonunun genellikle ışık penetrasyonunu sınırladığı kıyıya yakın sularda önemli bir sınırlayıcı faktördür.

Besin maddeleri kıyı sularına karadan nehir ve yeraltı suları yoluyla ve ayrıca atmosfer yoluyla sağlanmaktadır. Nispeten besin açısından zengin derin okyanus sularının karışması yoluyla açık okyanustan da önemli bir kaynak vardır. Okyanustan gelen besin girdileri insan faaliyetleri tarafından çok az değiştirilir, ancak iklim değişikliği şelf kırılması boyunca su akışlarını değiştirebilir. Buna karşın, azot ve fosfor besin maddelerinin karadan kıyı bölgelerine girişi küresel olarak insan faaliyetleriyle artmıştır. Artışların boyutu, havzalardaki insan faaliyetlerine bağlı olarak yerden yere büyük farklılıklar göstermektedir. Üçüncü bir temel besin maddesi olan çözünmüş silisyum, esas olarak nehirlerde ve açık denizde tortu ayrışmasından elde edilir ve bu nedenle insan faaliyetlerinden çok daha az etkilenir.

Kıyı ötrofikasyonunun etkileri

Bu artan azot ve fosfor besin girdileri kıyı bölgeleri üzerinde ötrofikasyon baskısı oluşturmaktadır. Bu baskılar, havza faaliyetlerine ve ilgili besin yüküne bağlı olarak coğrafi olarak değişmektedir. Kıyı bölgesinin coğrafi konumu, besin yükünün seyreltilmesini ve atmosferle oksijen alışverişini kontrol ettiği için bir diğer önemli faktördür. Bu ötrofikasyon baskılarının etkileri birkaç farklı şekilde görülebilir:

  1. Genel fitoplankton aktivitesinin bir ölçüsü olarak klorofil miktarlarının, artan besin girdileri nedeniyle dünya çapında birçok kıyı bölgesinde arttığına dair uydu izlemesinden elde edilen kanıtlar vardır.
  2. Fitoplankton türlerinin kompozisyonu, artan besin yükleri ve temel besin maddelerinin oranlarındaki değişiklikler nedeniyle değişebilir. Özellikle azot ve fosfor girdilerindeki artışlar, silisyum girdilerindeki çok daha küçük değişikliklerle birlikte, azot ve fosforun silisyuma oranında değişiklikler yaratır. Bu değişen besin oranları fitoplankton türlerinin kompozisyonunda değişikliklere yol açmakta, özellikle diyatomlar gibi silis bakımından zengin fitoplankton türlerini diğer türlere kıyasla dezavantajlı hale getirmektedir. Bu süreç, Kuzey Denizi (ayrıca bkz. OSPAR Sözleşmesi) ve Karadeniz gibi bölgelerde rahatsız edici alg patlamalarının gelişmesine yol açar. Bazı durumlarda besin zenginleşmesi zararlı alg patlamalarına (HAB) yol açabilir. Bu tür patlamalar doğal olarak meydana gelebilir, ancak besin zenginleşmesi ve HAB'lar arasındaki nedensel bağlantı açık olmasa da, bunların besin zenginleşmesinin bir sonucu olarak arttığına dair iyi kanıtlar vardır.
  3. Oksijen azalması Baltık gibi bazı kıyı denizlerinde binlerce yıldır mevcuttur. Bu tür bölgelerde su kolonunun yoğunluk yapısı, su kolonunun karışmasını ve buna bağlı olarak derin suyun oksijenlenmesini ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Bununla birlikte, bu tür izole derin sulara bakteriyel olarak parçalanabilir organik madde girdilerindeki artışlar, okyanuslardaki bu tür oksijen tükenmesini daha da kötüleştirebilir. Bu düşük çözünmüş oksijen alanları son yıllarda küresel olarak artmıştır. Bunlar genellikle besin zenginleşmesi ve bunun sonucunda ortaya çıkan alg patlamaları ile bağlantılıdır. İklim değişikliği genellikle su sütunu tabakalaşmasını artırma eğiliminde olacak ve böylece bu oksijen azalması sorununu daha da kötüleştirecektir. Bu tür kıyı oksijen tükenmesine bir örnek, 1950'lerden bu yana 5000 mil kareden daha geniş bir alanda mevsimsel anoksi alanının geliştiği Meksika Körfezi'dir. Bu anoksiyi tetikleyen artan birincil üretim, Mississippi nehrinden sağlanan besinlerle beslenmektedir. Benzer bir süreç Karadeniz'de de belgelenmiştir.

Sorunun kapsamı

Bir kanalda ötrofikasyon

Araştırmalar Asya'daki göllerin %54'ünün; Avrupa'da %53'ünün; Kuzey Amerika'da %48'inin; Güney Amerika'da %41'inin ve Afrika'da %28'inin ötrofik olduğunu göstermiştir. Güney Afrika'da CSIR tarafından uzaktan algılama kullanılarak yapılan bir çalışma, incelenen rezervuarların %60'ından fazlasının ötrofik olduğunu göstermiştir.

Dünya Kaynakları Enstitüsü, dünyada Batı Avrupa, ABD'nin Doğu ve Güney kıyıları ve Doğu Asya, özellikle de Japonya'daki kıyı bölgelerinde yoğunlaşan 375 hipoksik kıyı bölgesi tespit etmiştir.

Küresel hedefler

Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Hedefleri çerçevesi, ötrofikasyonun deniz ortamları için zararlı etkilerini kabul etmektedir. Sürdürülebilir Kalkınma Hedefi 14 (su altındaki yaşam) kapsamında bir Kıyı Ötrofikasyonu ve Yüzen Plastik Enkaz Yoğunluğu Endeksi (ICEP) oluşturmak için bir zaman çizelgesi oluşturmuştur. SDG 14'ün özellikle bir hedefi vardır: "2025 yılına kadar, özellikle kara kökenli faaliyetlerden kaynaklanan, deniz çöpü ve besin kirliliği de dâhil olmak üzere her türlü deniz kirliliğinin önlenmesi ve önemli ölçüde azaltılması".

Önleme

Siyanobakteri açısından zengin bir Soda gölü olan Mono Gölü'nün ötrofikasyonu.

Kanalizasyondan kaynaklanan noktasal kaynak kirliliğinin en aza indirilmesi

Finlandiya'da fosfor giderme önlemleri 1970'lerin ortalarında başlamış ve endüstriyel ve kentsel deşarjlarla kirlenen nehir ve gölleri hedef almıştır. Bu çabalar %90 oranında bir giderim verimliliğine sahip olmuştur. Yine de, hedeflenen bazı noktasal kaynaklar, azaltma çabalarına rağmen akışta bir azalma göstermemiştir.

Noktasal bir kirlilik kaynağı olan ham kanalizasyon ile kültürel ötrofikasyonu düzeltmenin birçok farklı yolu vardır. Örneğin, kanalizasyon arıtma tesisleri biyolojik besin giderimi için iyileştirilebilir, böylece alıcı su kütlesine çok daha az azot ve fosfor deşarj ederler. Bununla birlikte, iyi bir ikincil arıtmayla bile, kanalizasyon arıtma tesislerinden çıkan nihai atıkların çoğu nitrat, nitrit veya amonyak olarak önemli konsantrasyonlarda nitrojen içerir. Bu besin maddelerinin giderilmesi pahalı ve genellikle zor bir süreçtir.

Kanalizasyonun deşarjını ve arıtılmasını düzenleyen yasalar, çevredeki ekosistemlerde besin maddelerinin önemli ölçüde azaltılmasını sağlamıştır. Su kütlelerinin noktasal olmayan kaynaklı besin yüklemesine en büyük katkıyı arıtılmamış evsel atık sular yaptığından, özellikle gelişmekte olan ülkelerde evsel atık suların arıtılmasının yetersiz olduğu yüksek oranda kentleşmiş alanlara arıtma tesislerinin sağlanması gerekmektedir. Hem evsel hem de endüstriyel kaynaklardan gelen atık suyun güvenli ve verimli bir şekilde yeniden kullanılmasına yönelik teknoloji, ötrofikasyonla ilgili politikalar için öncelikli bir konu olmalıdır.

Tarım kaynaklı besin maddesi kirliliğinin en aza indirilmesi

Tarımın neden olduğu kültürel ötrofikasyonu düzeltmeye yardımcı olmanın birçok yolu vardır. Güvenli tarım uygulamaları sorunu çözmenin bir numaralı yoludur. Bazı güvenlik önlemleri şunlardır:

  1. Besin Yönetimi Teknikleri - Gübre kullanan herkes gübreyi doğru miktarda, yılın doğru zamanında, doğru yöntem ve yerleştirme ile uygulamalıdır.
  2. Yıl Boyu Toprak Örtüsü - Örtü bitkisi, toprağın çıplak kaldığı dönemleri önleyecek ve böylece büyüme mevsimi geçtikten sonra bile erozyonu ve besin maddelerinin akışını ortadan kaldıracaktır.
  3. Tarla Tamponlarının Dikilmesi - Tarlaların kenarlarına ağaçlar, çalılar ve otlar dikerek yüzey akışının yakalanmasına ve su yakındaki bir su kütlesine ulaşmadan önce bazı besin maddelerinin emilmesine yardımcı olun.
  4. Koruma Amaçlı Toprak İşleme - Arazinin sürülme sıklığı ve yoğunluğunun azaltılması, besin maddelerinin toprağa emilme şansını artıracaktır.

Noktasal olmayan kirliliğin en aza indirilmesi

Noktasal olmayan kirlilik, yönetilmesi en zor besin kaynağıdır. Ancak literatür, bu kaynaklar kontrol edildiğinde ötrofikasyonun azaldığını göstermektedir. Belirsiz kaynaklardan sucul ekosistemlere girebilecek kirlilik miktarını en aza indirmek için aşağıdaki adımlar önerilmektedir.

Nehir kıyısı tampon bölgeleri

Araştırmalar, noktasal olmayan kirliliğin kaynak ile su arasında durdurulmasının başarılı bir önleme aracı olduğunu göstermektedir. Nehir kıyısı tampon bölgeleri, akan bir su kütlesi ile arazi arasındaki arayüzlerdir ve kirleticileri filtrelemek amacıyla su yollarının yakınında oluşturulmuştur; tortu ve besinler su yerine burada biriktirilir. Çiftliklerin ve yolların yakınında tampon bölgeler oluşturmak, besin maddelerinin çok uzağa gitmesini önlemenin bir başka olası yoludur. Yine de çalışmalar atmosferik azot kirliliğinin etkilerinin tampon bölgenin çok ötesine ulaşabildiğini göstermiştir. Bu da en etkili önleme yönteminin birincil kaynaktan geldiğini göstermektedir.

Önleme politikası

Gübre ve hayvan atıklarının tarımsal kullanımını düzenleyen bir politika uygulanmalıdır. Japonya'da çiftlik hayvanları tarafından üretilen azot miktarı, tarım endüstrisinin gübre ihtiyacını karşılamak için yeterlidir. Bu nedenle, hayvan sahiplerine, durgun bırakıldığında yeraltı sularına sızacak olan hayvan atıklarını tarladan toplamalarını emretmek mantıksız değildir.

Ötrofikasyonun önlenmesi ve azaltılmasına ilişkin politika dört sektöre ayrılabilir: Teknolojiler, halkın katılımı, ekonomik araçlar ve işbirliği. Teknoloji terimi, yeni teknolojilerin benimsenmesinden ziyade mevcut yöntemlerin daha yaygın bir şekilde kullanılmasına atıfta bulunarak gevşek bir şekilde kullanılmaktadır. Daha önce de belirtildiği gibi, noktasal olmayan kirlilik kaynakları ötrofikasyona katkıda bulunan başlıca unsurlardır ve etkileri yaygın tarımsal uygulamalarla kolayca en aza indirilebilir. Bir su havzasına ulaşan kirletici miktarının azaltılması, orman örtüsünün korunması ve su havzasına sızan erozyon miktarının azaltılması yoluyla sağlanabilir. Ayrıca, arazi bozulmasını en aza indirmek için sürdürülebilir tarım uygulamaları kullanılarak arazinin verimli ve kontrollü kullanımı yoluyla, bir su havzasına ulaşan toprak akışı ve azot bazlı gübre miktarı azaltılabilir. Atık bertaraf teknolojisi ötrofikasyonun önlenmesinde bir başka faktörü oluşturmaktadır.

Ötrofikasyonun etkili bir şekilde önlenmesi için halkın rolü önemli bir faktördür. Bir politikanın etkili olabilmesi için halkın soruna katkılarının ve etkilerini azaltabilecekleri yolların farkında olması gerekir. Atıkların geri dönüşümü ve ortadan kaldırılmasına katılımı teşvik etmek için oluşturulan programların yanı sıra akılcı su kullanımı konusunda eğitim, kentleşmiş alanlarda ve komşu su kütlelerinde su kalitesini korumak için gereklidir.

"Diğerlerinin yanı sıra mülkiyet hakları, su piyasaları, mali ve finansal araçlar, ücret sistemleri ve sorumluluk sistemlerini içeren ekonomik araçlar, kirlilik kontrolü ve su tahsisi kararları için kullanılan yönetim araçları setinin giderek önemli bir bileşeni haline gelmektedir." Temiz, yenilenebilir, su yönetimi teknolojilerini uygulayanlara yönelik teşvikler, kirliliğin önlenmesini teşvik etmenin etkili bir yoludur. Hükümetler, çevre üzerindeki olumsuz etkilerle ilgili maliyetleri içselleştirerek daha temiz bir su yönetimini teşvik edebilirler.

Bir su kütlesi, su havzasının çok ötesine ulaşan bir dizi insan üzerinde etkili olabileceğinden, ötrofikasyona yol açabilecek kirletici maddelerin sızmasını önlemek için farklı kuruluşlar arasında işbirliği gereklidir. Eyalet hükümetlerinden su kaynakları yönetimine ve sivil toplum kuruluşlarına kadar uzanan ve yerel halka kadar inen kurumlar, su kütlelerinin ötrofikasyonunu önlemekten sorumludur. Amerika Birleşik Devletleri'nde ötrofikasyonu önlemeye yönelik en iyi bilinen eyaletler arası çaba Chesapeake Körfezi'dir.

Azot testi ve modellemesi

Toprak Azot Testi (N-Test), çiftçilerin mahsullere uygulanan gübre miktarını optimize etmelerine yardımcı olan bir tekniktir. Bu yöntemle tarlaları test eden çiftçiler, gübre uygulama maliyetlerinin düştüğünü, çevredeki kaynaklara kaybolan azotun azaldığını veya her ikisinin de gerçekleştiğini görmüştür. Toprağı test ederek ve ihtiyaç duyulan minimum gübre miktarını modelleyerek, çiftçiler kirliliği azaltırken ekonomik faydalar elde etmektedir.

Organik tarım

Organik olarak gübrelenmiş tarlalar, geleneksel olarak gübrelenmiş tarlalara kıyasla "zararlı nitrat sızıntısını önemli ölçüde azaltabilir". Ötrofikasyon etkileri bazı durumlarda organik üretimde konvansiyonel üretime göre daha yüksektir.

Tersine çevirme ve iyileştirme

Ötrofikasyondan kurtulma

Midyeler, besin biyo-ekstraktörü olarak hareket eden organizmalara örnektir

Besin girdilerinin azaltılması restorasyon için kilit bir ön koşuldur, ancak iki uyarı vardır: Birincisi, özellikle besin maddelerinin sedimanlarda depolanması nedeniyle uzun zaman alabilir. İkinci olarak, restorasyon girdilerin basit bir şekilde tersine çevrilmesinden daha fazlasını gerektirebilir, çünkü bazen birkaç istikrarlı ancak çok farklı ekolojik durum vardır. Ötrofik göllerin iyileşmesi yavaştır, genellikle birkaç on yıl gerektirir.

Besin maddesi etkilerini zararlı ekolojik etkilerden uzaklaştırmak için doğal süreçleri değiştirerek veya geliştirerek sucul sistemlerdeki besin maddesi kirliliğiyle başa çıkmak için yenilikçi çözümler düşünülmüştür. Besin iyileştirme, çevresel iyileştirmenin bir şeklidir, ancak yalnızca azot ve fosfor gibi biyolojik olarak aktif besinlerle ilgilidir. "İyileştirme", genellikle insan sağlığının korunması için kirliliğin veya kirleticilerin giderilmesi anlamına gelir. Çevresel iyileştirmede besin maddesi giderme teknolojileri, kirleticileri yakalamak ve biyolojik olarak bozmak için canlı materyal kullanan biyofiltrasyonu içerir. Örnekler arasında yeşil kuşaklar, nehir kıyısı alanları, doğal ve inşa edilmiş sulak alanlar ve arıtma havuzları yer almaktadır. Bu alanlar en yaygın olarak madencilik, rafineri faaliyeti veya arazi geliştirme sonrası arazi ıslahı için atık su, yağmur suyu akışı veya kanalizasyon arıtımı gibi antropojenik deşarjları yakalar. Biyofiltrasyon, kirleticileri (besin maddeleri dahil) yakalamak, absorbe etmek ve sonunda canlı dokuya dahil etmek için biyolojik asimilasyonu kullanır. Besin gideriminin bir başka şekli de kirleticileri gidermek için mikroorganizmaları kullanan biyoremediasyondur. Biyoremediasyon, doğal zayıflama veya içsel biyoremediasyon olarak kendi kendine gerçekleşebilir veya biyostimülasyon adı verilen bir strateji olan gübre ilavesiyle teşvik edilebilir.

Besin biyoekstraksiyonu, kültürlenmiş bitki ve hayvanları içeren biyoremediasyondur. Besin biyo-ekstraksiyonu veya biyo-hasat, doğal su kütlelerinden azot ve diğer besin maddelerini uzaklaştırmak amacıyla kabuklu deniz hayvanları ve deniz yosunu yetiştirme ve hasat etme uygulamasıdır. İstiridye resifleri tarafından nitrojen gideriminin, diğer besin ticareti senaryolarına benzer şekilde, nitrojen emisyon kısıtlamalarıyla karşı karşıya kalan kaynaklar için net faydalar sağlayabileceği öne sürülmüştür. Özellikle, istiridyeler haliçlerdeki nitrojen seviyelerini emisyon sınırlarının uygulanmasına yol açacak eşiklerin altında tutarsa, istiridyeler kaynakları aksi takdirde maruz kalacakları uyum maliyetlerinden etkili bir şekilde kurtarır. Birçok çalışma, istiridye ve midyelerin haliçlerdeki azot seviyelerini önemli ölçüde etkileme kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, çalışmalar deniz yosununun azot seviyelerini iyileştirme potansiyelini ortaya koymuştur.

Haliçlerde kabuklu deniz ürünleri

Haliçlerdeki ötrofikasyonu durdurmak ve tersine çevirmek için önerilen çözümlerden biri, istiridye ve midye gibi kabuklu deniz hayvanları popülasyonlarını restore etmektir. İstiridye resifleri su kolonundaki nitrojeni uzaklaştırır ve askıda katı maddeleri filtreleyerek zararlı alg patlamalarının veya anoksik koşulların olasılığını veya kapsamını azaltır. Filtre besleme faaliyetinin, fitoplankton yoğunluğunu kontrol ederek ve kabuklu deniz ürünleri hasadı yoluyla sistemden uzaklaştırılabilen, tortulara gömülebilen veya denitrifikasyon yoluyla kaybedilebilen besin maddelerini tutarak su kalitesi için faydalı olduğu düşünülmektedir. Kabuklu deniz ürünleri yetiştiriciliği yoluyla deniz suyu kalitesinin iyileştirilmesi fikrine yönelik temel çalışmalar Odd Lindahl ve arkadaşları tarafından İsveç'te midyeler kullanılarak yürütülmüştür. Amerika Birleşik Devletleri'nde Doğu, Batı ve Körfez kıyılarında kabuklu deniz ürünleri restorasyon projeleri yürütülmüştür. Kabuklu deniz hayvanları kullanarak besin iyileştirme konusunda daha geniş bir açıklama için besin kirliliği bölümüne bakınız.

Deniz yosunu yetiştiriciliği

Deniz yosunu yetiştiriciliği, iklim değişikliğini hafifletmek ve iklim değişikliğine uyum sağlamak için bir fırsat sunmaktadır. Yosun gibi deniz yosunları da fosfor ve azotu emer ve bu nedenle denizin kirli kısımlarından aşırı besin maddelerini uzaklaştırmak için yararlıdır. Bazı ekili deniz yosunları çok yüksek üretkenliğe sahiptir ve büyük miktarlarda N, P, CO2 emebilir, büyük miktarda O2 üretebilir ve ötrofikasyonun azaltılmasında mükemmel bir etkiye sahiptir. Büyük ölçekte deniz yosunu yetiştiriciliğinin kıyı sularındaki ötrofikasyon sorununa iyi bir çözüm olabileceğine inanılmaktadır.

Göllerde jeomühendislik (kimyasal fosfor giderimi)

Bir göle fosfor sorbentinin uygulanması - Hollanda

Jeo-mühendislik, ekosistemde istenen ekolojik tepkiyi elde etmek için biyojeokimyasal süreçlerin, genellikle fosfor döngüsünün manipüle edilmesidir. Jeo-mühendislik teknikleri tipik olarak su sütunundaki organizmalar için mevcut fosforu (yani fosfat) kimyasal olarak etkisiz hale getirebilen ve aynı zamanda sedimandan fosfat salınımını (iç yükleme) engelleyebilen malzemeler kullanır. Fosfat, başta siyanobakteriler olmak üzere alg büyümesine katkıda bulunan ana faktörlerden biridir, bu nedenle fosfat azaltıldığında algler aşırı büyüyemez. Bu nedenle, jeomühendislik malzemeleri ötrofik su kütlelerinin iyileşmesini hızlandırmak ve alg patlamasını yönetmek için kullanılır. Literatürde metal tuzları (örn. şap, alüminyum sülfat), mineraller, doğal killer ve yerel topraklar, endüstriyel atık ürünler, modifiye killer (örn. lantan modifiye bentonit) ve diğerleri gibi çeşitli fosfat sorbentleri bulunmaktadır. Fosfat sorbenti genellikle su kütlesinin yüzeyine uygulanır ve fosfatı azaltarak gölün dibine çöker, bu tür sorbentler ötrofikasyon ve alg patlamasını yönetmek için dünya çapında uygulanmıştır (örneğin Phoslock ticari adı altında).

Ötrofikasyonun giderilmesinde kullanılan bir yöntem de içme suyu arıtımında koagülasyon sürecinde yaygın olarak kullanılan bir tuz olan alüminyum sülfat ile kimyasal fosfor giderimidir. Alüminyum sülfat ya da yaygın olarak kullanılan adıyla "şap" fosfor yükünü azaltmak için kullanılır. Büyük ölçekli bir çalışmada, 114 göl, fosfor azaltımında şapın etkinliği açısından izlenmiştir. Tüm göllerde şap, fosforu 11 yıl boyunca etkili bir şekilde azaltmıştır. Uzun ömürlülükte çeşitlilik olsa da (derin göllerde 21 yıl ve sığ göllerde 5,7 yıl), sonuçlar şapın göllerdeki fosforu kontrol etmedeki etkinliğini ifade etmektedir. Şap uygulaması derin göllerin yanı sıra önemli miktarda dış fosfor yüklemesi olan göllerde daha az etkilidir.

Tarih

Ötrofikasyon, 20. yüzyılın ortalarında Avrupa ve Kuzey Amerika göllerinde ve rezervuarlarında bir su kirliliği sorunu olarak kabul edilmiştir. 1970'lerde Ontario, Kanada'daki Deneysel Göller Bölgesi'nde (ELA) yürütülen çığır açan araştırmalar, tatlı su kütlelerinin fosforla sınırlı olduğuna dair kanıtlar sağlamıştır. ELA tüm ekosistem yaklaşımını ve kültürel ötrofikasyona odaklanan uzun vadeli, tüm gölleri kapsayan tatlı su araştırmalarını kullanmaktadır.

Terminoloji

Etimoloji

"Ötrofikasyon" terimi Yunanca "iyi beslenmiş" anlamına gelen eutrophos kelimesinden gelmektedir.

Terimin diğer kullanımları

Karasal ötrofikasyon

Ötrofikasyon genellikle sucul sistemlere atıfta bulunurken, bazı yazarlar karasal ekosistemler için "karasal ötrofikasyon" terimini kullanmıştır. Bu, "bir ekosistemin sınırlayıcı bir besin maddesi ile zenginleşmesi" olarak tanımlanır ve karasal ekosistemlerde azot birikiminden kaynaklanabilir. Örneğin, atmosferik CO2 gübrelemesi, boreal orman biyomunun ötrofikasyonunu daha da kötüleştirebilir.

Zararları

Ötrofikasyon sulak alan ekosistemlerini bozarak burada yaşayan kuş, balık ve diğer canlıların azalmasına ya da yok olmasına neden olabilir. Ötrofikasyonun ileri safhalarında oksijen tükeneceği için ilgili sistem önce bataklığa sonra çayıra dönüşerek su formundan kara formuna geçer.