Durusu kumul ağaçlandırmasında topraktaki organik karbon miktarının tahmininde bazı modellerin karşılaştırılması
Comparison of some models on soil organic carbon estimation in durusu coastal sand dune plantations
Yazar: ALPER GÜN ÖZTURNA
Danışman: PROF. DR. DOĞANAY TOLUNAY
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Orman Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering
Dizin: Modelleme = Modelling ; Organik karbon = Organic carbon ; Orman ekolojisi = Forest ecology ; Pinus pinaster = Pinus pinaster ; Toprak = Soil

Özet:
Karbon, ormanlarda bitkisel kütle, ölü örtü, ölü odun ve toprak havuzlarında depolanabilmektedir. Bu nedenle ormanlar dünyadaki en önemli karbon havuzlarıdır. Ormanlar, fotosentezle atmosferdeki CO2'yi önce bitkisel kütlede bağlaması ve ölen ağaç bileşenleri ile karbonun ölü örtü, ölü odun ve topraklarda birikmesiyle iklim değişikliğinin azaltılmasına katkı sağlamaktadır. Son yıllarda net sıfır karbon emisyonu yaklaşımı önem kazanmış ve çoğu ülke, önümüzdeki otuz yıl içinde bu hedefe ulaşacağını açıklamıştır. Net sıfır karbon emisyonu, insan etkinlikleriyle atmosfere salınan sera gazlarıyla karbon yutak alanlarında atmosferden alınan CO2 miktarının eşit olmasıdır. Bu nedenle ülkelerin tüm karbon yutak alanlarındaki karbon stok değişimlerini belirlemesi gerekmektedir. Sera gazları ulusal envanterlerinde, aralarında Türkiye'nin de olduğu çok sayıda ülke, orman ekosistemlerinde sadece canlı ağaçlardaki karbon stok değişimlerini raporlayabilmektedir. Ölü örtü, ölü odun ve TOK havuzlarında ise hesaplama yapılamamaktadır. Bu havuzlardaki stok değişimleri ya stok değişimi yöntemiyle hesaplanabilmekte ya da veri mevcudiyetine göre modelleme çalışmalarıyla tahmin edilmektedir. Dünya genelinde TOK havuzlarını tahmin etmek için geliştirilmiş çok sayıda model bulunmaktadır. Orman ekosistemlerindeki ağaçların büyümesi, ölü örtü dökümü ve ölü örtünün ayrışmasını esas alarak geliştirilen bu modellerin çalıştırılabilmesi için bu olaylara dair verilere ihtiyaç bulunmaktadır. Farklı ülke ya da bölgeler için geliştirilen modellerin yeni bir bölge ya da ülkede test edilmesi, doğrulanması ve kalibrasyonu gerekmektedir. Model girdileri olarak adlandırılan ve çoğunlukla yaşa bağlı hacim ya da bitkisel kütle verileri, ölü örtü döküm ve ayrışma oranlarının çalışma alanına özgü geliştirilmesi modellerin tahmin başarısını arttırmaktadır.
Ülkemizde orman TOK havuzlarındaki stok değişimlerinin modellerle tahmin edildiği çalışmalar oldukça sınırlıdır. Bu eksikliği gidermek için Kanada Orman Sektörü Karbon Bütçe Modeli (CBM-CFS3) ve Orman Bitkisel Kütlesi ve Ölü Organik Madde Karbonu (FBDC) isimli modellerin ülkemizde test edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla İstanbul ilinin Arnavutköy ilçesine bağlı Durusu (Terkos) Kumulundaki fıstık çamı (Pinus pinea L.) ve sahil çamı (Pinus pinaster Ait.) ağaçlandırmalarında çalışılması planlanmıştır. Çalışma alanı olarak kumul ağaçlandırmasının seçilmesinin nedeni 50 yıl öncesine kadar boş olan ve dolayısıyla toprak organik karbon stokları oldukça düşük olan kumulların ağaçlandırmayla TOK havuzlarında karbon birikimi olacağının varsayılmasıdır. Çalışmada fıstık çamı ve sahil çamı ağaçlandırmalarından 3 farklı meşcere tipinden 7 tekrarlı olarak örnek alanlar seçilmiştir. Bu alanlarda 1 yıl süreyle ölü örtü dökümü takip edilmiş ve çeşitli ağaç bileşenlerinin (ibre, ince ve kalın dal, gövde kabuğu, gövde, kılcal kök, ince kök, kalın kök ve kök kütüğü) ayrışma oranları belirlenmiştir. Ayrıca çalışma alanına özgü olarak geliştirilmiş yaşa bağlı hacim denklemlerinden kabuksuz ticari gövde odunu ve bitkisel kütle denklemleri oluşturulmuştur. Modellerin varsayılan değerlerinin, çalışma alanına özgü bitkisel kütle, ölü örtü döküm oranı ve ayrışma katsayılarının ve büyüme çarpanlarının kullanıldığı dört farklı simülasyonla tahmin edilen TOK ve diğer havuzlardaki karbon stokları, ölçülen karbon stoklarıyla karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak her dört simülasyonda TOK havuzu özelinde modellerin tahminlerinin ölçülen değerlerin altında kaldığı belirlenmiştir. Ancak bu durumun modellerden değil çalışma alanındaki yetişme ortamı koşullarının değişkenliğinden, uygulanan dikim aralıkları ve düzensiz aralamalar nedeniyle ağaç sayısının örnek alanlar arasındaki farklılığından ve çalışma alanının geçmişindeki devrik ve böcek zararı gibi kayıtların tutulmamış olmasından kaynaklandığı değerlendirilmektedir. Örnek alanların aynı bonitet ve benzer silvikültürel uygulama geçmişine sahip alanlardan oluşmasına ek olarak ölü örtü dökümü ve ayrışma çalışmalarının uzun yıllar devam ettirilmesi halinde her iki modelin de tahmin başarısının yükseleceği öngörülmektedir. CBM-CFS3 modelinin, ülkemize özgü kabuksuz ticari gövde odunu hacim verileri üretilmesi halinde aynı yaşlı ormanlarda kullanılabileceği düşünülmektedir. Dünya genelinde yaygın olarak kullanılmasa da FBDC modeli için veri teminin daha kolay olmasının modelin başlıca avantajı olduğu değerlendirilmiştir. Ülkemizde gelecek yıllarda TOK havuzlarındaki karbon stok değişimlerinin belirlenebilmesi için modellerin ihtiyaç duyduğu girdilerin üretilmesine yönelik araştırmalara ihtiyaç vardır.

Abstract:
In forest ecosystems, carbon can be sequestrated in biomass, litter, dead wood and soils. Therefore, forests are the most important carbon sinks in the world. Forests contribute to mitigation of climate change with capturing the atmospheric CO2 by photosynthesis and storing it in the aforementioned pools. In recent years, net zero emissions approach has gained importance and most countries have pledged to reach net zero within the next thirty years. Net zero CO2 emissions are achieved when anthropogenic CO2 emissions are balanced globally by anthropogenic CO2 removals over a specified period. For this reason, countries need to determine the carbon stock changes in all carbon sinks. In their national greenhouse gas inventories, many countries, including Turkey, can only report carbon stock changes in living trees in forest ecosystems. Calculations cannot be made for litter, dead wood and soil organic carbon (SOC) pools. The stock changes in these pools can either be calculated using stock change methods or estimated by modelling studies according to the availability of data. Numerous models have been developed to estimate SOC pool stocks around the world. In order to run these models, which were developed based on tree growth litterfall and decomposition; representitive data on these circumstances are needed. Models developed for various countries or regions need to be tested, verified and calibrated for additional trials located in a different region or country. The site-specific development of age-related volume and/or biomass data alongside the litterfall and decomposition rates, which are the essential of model inputs, increases the estimation success of the models.
Studies on SOC pool estimation by models are very limited in Turkey. In order to eliminate this deficiency, it is aimed to test the Carbon Budget Model of the Canadian Forest Sector (CBM-CFS3) and Forest Biomass and Dead organic matter Carbon (FBDC) models in our country. For this purpose, it is aimed to run both models in stone pine (Pinus pinea L.) and maritime pine (Pinus pinaster Ait.) afforestations in Durusu (Terkos) coastal dune of Istanbul. The reason for choosing Durusu as the study area was the assumption of dunes have very limited SOC contents. It is assumed that the dunes, which were empty until approximately 50 years ago, would accumulate carbon over time with afforestation. Plots were selected from 3 different development stages of both species, with 7 replicates. In each plot, litterfall was measured for 1 year as well as the annual decomposition rates of various biomass components (needles, fine and coarse branches, stembark, stemwood and 4 compartments of roots as fine, thin, coarse and stump). In addition, gross merchantable stemwood volume and biomass coefficients were developed from age-related equations, specifically for the study area. Afterwards, the estimated carbon stocks in SOC and other pools were compared with the measured carbon stocks. The comparisons made in 4 different simulations; are comprised of model defaults, site-specific inputs (biomass, litterfall and decomposition rates, climate) and 2 sets of growth multipliers (plot specific and develeopment stage-specific). As a result, it was determined that the model estimations for the SOC pool were less than the measured values in all four simulations. However, it is considered that underestimations were derived from the variability of the site conditions, not the models. The differences in stand densities due to irregular spacing and thinning practices in addition to the lack of information about various disturbance types (insect damages, snagfalls etc) are also thought to be possible sources of this uncertainty. It is predicted that the estimation success of both models will increase in plots with same site condidions, similar silvicultural treatment histories alongside long-term litterfall and decomposition studies. If country-specific gross merchantable stem volume data are produced, it is thought that CBM-CFS3 can be used nationally in even-aged forests. Although it still is not widely performed, it has been evaluated that the main advantage of FBDC is the ease in obtaining input data. In our country, there is a need for research to generate inputs required by the models in order to estimate the carbon stocks and stock changes in SOC pools better.