Doğal göl-kara ekotonlarından ıslak-kuru toprak değişkenliği boyunca salıverilen metan, karbondioksit ve nitroz oksit dış akılarının mekânsal-zamansal dinamiklerinin modellenmesi
Modeling of spatio-temporal dynamics of  methane, carbon dioxide and nitrogen oxide effluxes emitted from natural lake-land ecotones along the wet-to-dry soil gradient
Yazar: PELİN ERTÜRK ARI
Danışman: PROF. DR. NUSRET KARAKAYA ; PROF. DR. FATİH EVRENDİLEK
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyojeokimya = Biogeochemical ; Kuraklık = Drought ; Sera gazı = Greenhouse gases ; İklim değişikliği = Climate change

Özet:
Küresel ölçekte birçok göl, su çekilmesi, arazi kullanımı ve iklim değişikliği gibi nedenlerle kuruma tehdidiyle karşı karşıyadır. Kuruma süreciyle birlikte havayla temas eden göl sedimanları karbondioksit (CO2), metan (CH4) ve nitröz oksit (N2O) akıları açısından sıcak noktalar haline gelebilmektedir. Kuruyan ve atmosferik oksijene maruz kalan göl sedimanlarından kaynaklanan CO2, CH4 ve N2O akılarının ölçümü günümüze kadar önemli ölçüde ihmal edildiği için, küresel karbon (C) ve azot (N) bütçelerinin doğru hesaplanmasında önemli belirsizlikler oluşturmaktadır. Bu çalışma kapsamında, Türkiye'nin batı kesiminde yer alan 20 gölde ıslak-kuru gradyanı (değişimi), günlük zaman dilimi gradyanı (sabah-öğleden sonra) ve ekolojik coğrafi bölge gradyanı (enlem-boylam; 5 ayrı coğrafi bölge) boyunca CO2, CH4 ve N2O sediman dış akı dinamikleri ölçülmüş ve bu akıları doğrusal ve doğrusal olmayan şeklde etkileyen çevresel faktörler teşhis edilmiştir. Günlük ortalama CO2, CH4 ve N2O akıları sırasıyla, ıslak sedimanlardan 3,79 ± 6,71; 0,54 ± 1,30 ve 0,006± 0,007 ve kuru sedimanlardan 24,22 ± 74,94; 0,04 ± 0,06 ve 0,004 ± 0,008 mmol m-2 h-1 olarak ölçülmüştür. Sedimanın fizikokimyasal özelliklerinin ıslak-kuru gradyan, gün içi zaman gradyanı ve mekânsal kategorik değişkenler ile birlikte değerlendirilerek sediman CO2, CH4 ve N2O akıları üzerindeki nispi etkileri açıklanmıştır. ANN ve Monte Carlo yeniden örnekleme yöntemine dayalı model yaklaşımı ile CO2, CH4 ve N2O akılarının güdüleyicilerinin önem seviyeleri fizikokimyasal özellikleri, zamansal ve mekânsal parametrelerle ve bu parametrelerin etkileşimlerinin etkileriyle birlikte açıklanmıştır. Buna göre SPI3, ıslak-kuru gradyan, PO43--P (mg L-1), enlem ve RP (mV) açıklayıcı değişkenleri kuruyan tatlı su sedimanları CH4 ve CO2 akıları oluşum mekanizmalarını açıklamada en önemli faktörler olarak öne çıkmıştır. N2O akıları için ise bu faktörler SPI3, SHC (%), enlem ve PO43--P (mg L-1)  şeklindedir.

Abstract:
Globally, many lakes are facing the threat of drying up due to water withdrawal, land use and climate change. During the drying process, lake sediments exposed to air can be become hot spots for carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) fluxes. Measurement of CO2, CH4 and N2O fluxes emiited from the air-exposed dry lake sediments has been largely neglected to date, resulting in significant uncertainties in the accurate calculation of global carbon (C) and nitrogen (N) budgets. In this study, CO2, CH4 and N2O sediment external flux dynamics along a wet-dry gradient (variation), daily time gradient (morning-afternoon) and ecological geographic gradient (latitude-longitude; 5 different geographic regions) in 20 lakes located in western part Turkey were measured and both linear and non-linear environmental drivers controlling the fluxes nonlinearly identified. The mean daily fluxes of CO2, CH4 and N2O were 3,79 ± 6,71, 0,54 ± 1,30 and 0,006 ± 0,007 from wet sediments and 24,22 ± 74,94, 0,04 ± 0,06 and 0,004 ± 0,008 mmol m-2 h-1  from dry sediments, respectively. The relative effects of sediment physicochemical properties on sediment CO2, CH4 and N2O fluxes are explained by evaluating them together with the wet-dry gradient, diurnal time gradient and spatial categorical variables. With the model approach based on ANN and Monte Carlo resampling method, the importance levels of the drivers of CO2, CH4 and N2O fluxes are explained together with their physicochemical properties, temporal and spatial parameters and the effects of their interactions. Accordingly, the explanatory variables of SPI3, wet-dry gradient, PO43--P (mg L-1), latitude and RP (mV) stand out as the most important factors in explaining the formation mechanisms of CH4 and CO2 fluxes in drying freshwater sediments. For the N2O fluxes, the most important drivers are SPI3, SHC (%), latitude and PO43--P (mg L-1).