Durusu kumul ağaçlandırmasında ağaç kütlesinde depolanan karbon miktarının farklı modeller ile tahmini
Estimation of tree carbon stocks with different models in durusu coastal sand dune plantations
Yazar: SERVET PEHLİVAN
Danışman: PROF. DR. DOĞANAY TOLUNAY
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Toprak İlmi ve Ekoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Geçmişte Durusu Kumulu İstanbul'un önemli su kaynaklarından olan Durusu (Terkos) Gölü'nü tehdit eder konumdaydı. Ancak 1960'lı yıllarda başlayan ağaçlandırma faaliyetleri ile Durusu Kumulu stabil hale getirildi ve bu tehdit hali sona erdirildi. Ağaçlandırma faaliyetleri nihayetinde ayrıca, önemli bir karbon yutak alanı daha kazanılmış oldu.
 
Bu çalışmada Durusu Kumulu'nda fıstık çamı (Pinus pinea L.) ve sahil çamı (Pinus pinaster Ait.) türleri ile ağaçlandırılmış olan alanlarda ağaç bitkisel kütlesinde biriken karbon miktarı irdelenmiş ve çeşitli modeller vasıtasıyla gelecekte olması muhtemel senaryolara bağlı olarak karbon birikiminin zamansal değişimi tahmin edilmeye çalışılmıştır.

Bu amaçla her iki ağaç türü ile ağaçlandırılmış alanlardan alınan 49'ar adet örnek alan ile bu örnek alanlardan kesilen toplam 127 adet (63 adet fıstık çamı – 64 adet sahil çamı) örnek ağaç verisinden yararlanılmıştır. İlk olarak örnek alanlardaki tüm ağaçların göğüs yüksekliği çapları, boyları ve tepe boyutları ölçülmüş ve örnek alanı temsil eden orta ağaç kesilmiştir. Kesilen örnek ağaçlarda seksiyon usulüne göre tüm gövde çapları ile ağaç boyu ölçüldükten sonra gövde odunu, ibre, dal ve kök biçiminde sınıflandırılmış ağaç bileşenlerinin kütleleri ölçülmüştür.

Çalışmada her iki ağaç türü için ağaç kütlesinin hesaplanmasında kullanılmak üzere HA (kabuklu gövde odunu hacim ağırlığı), BEF (bitkisel kütle genişletme faktörü) ve kök kütlesini kabuklu gövde odunu kütlesine göre tahmin etmeye yarayan FKök faktörleri geliştirilmiştir. Daha sonra örnek alanların dikili kabuklu gövde hacimleri ile dikili ağaçların toplam bitkisel kütleleri hesaplanmıştır. Ağaç bitkisel kütlesinin karbon içeriği ise LULUCF ve AFOLU rehberlerinde önerildiği gibi bitkisel kütlenin %51'i olarak kabul edilmiştir.

Karbon modellemesi yapabilmek için meşcerenin yıllık cari hacim artımının ve ağaç bileşenlerinin toplam bitkisel kütleye katılma oranlarının zamansal değişimini bilmek gerekmektedir. Bu amaçla örnek alan ölçümlerinden elde edilen verilere bağlı olarak her iki ağaç türü için de yıllık cari hacim artımları ve hacim artım yüzdeleri zamana bağlı olarak hesaplanmıştır. Ayrıca ağaç bileşenlerinin de toplam bitkisel kütledeki katılım oranlarının değişimini tahmin eden regresyon denklemleri geliştirilmiştir.

Fıstık çamı ve sahil çamı için HA değerleri sırasıyla 0,465 t/m3 ve 0,454 t/m3 bulunmuştur. Ortalama BEF katsayıları ise ibre için 0,185 (fıstık çamı) ve 0,185 (sahil çamı), dal için 0,889 (fıstık çamı) ve 0,384 (sahil çamı) olarak hesaplanmıştır. FKök faktörleri ise fıstık çamı için 0,528 olarak, sahil çamı için ise 0,382 olarak hesaplanmıştır. Fıstık çamı meşcereleri en yüksek yıllık cari hacim artımı 10,2 m3/ha ile 35 yaşında yaparken, sahil çamı ise 21,8 m3/ha ile 40 yaşında yapmaktadır. Fıstık çamı meşcerelerinin en yüksek hacim artım yüzdesi %8,0 (20 yaşında) iken en düşük hacim artım yüzdesi %2,5 (50 yaşında) bulunmuştur. Sahil çamında ise en yüksek ve en düşük hacim artım yüzdeleri sırasıyla %11,2 (15 yaşında) ve %3,2 (50 yaşında)'dir.

Bu aşamadan sonra her iki ağaç türü için birim alanda depolancak karbon miktarı CO2Fix V3.2 ve EFISCEN V4.1 modelleri kullanılarak tahmin edilmiştir. Bu tahminler 6 farklı senaryoya bağlı olarak 50 yıllık idare süresi ile toplam 150 yıl süre için yapılmıştır. Buna göre 50 yılın sonunda sahil çamının her senaryoya göre fıstık çamından daha fazla karbon depolayacağı sonucuna ulaşılmıştır. CO2Fix modeline göre 50 yılın sonunda fıstık çamı meşcerelerinin depolayacağı en düşük karbon miktarı 34,3 tC/ha (Senaryo 6) ve en yüksek 191,5 tC/ha (Senaryo 1) olarak tahmin edilmiştir. Sahil çamı meşcerelerinde ise CO2Fix modeli en düşük 55,3 tC/ha (Senaryo 6) ve en yüksek 264,6 tC/ha (Senaryo 1) karbon depolanacağı sonucuna ulaşmıştır. EFISCEN modeline göre ise fıstık çamı meşcereleri en düşük 37,1 tC/ha (Senaryo 6), en yüksek 134,2 tC/ha (Senaryo 1) karbon depolayabilmektedir. Aynı modelin sahil çamı meşcereleri için tahmin ettiği en düşük karbon miktarı 51,1 tC/ha (Senaryo 6) iken, en yüksek karbon miktarının ise 191,1 tC/ha (Senaryo 1) olacağı sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
In the past, Durusu Coastal Dune was in a position to threaten Durusu (Terkos) Lake, which was a major water source of Istanbul. Later, with the afforestation activities that started in the 1960's, Durusu Coastal Dune was stabilized and threaten of dune was concluded. At the end of the afforestation activities, an important area regarding as a carbon sink was also acquired.

In this study, the amount of carbon accumulated in the tree biomass of the Stone pine (Pinus pinea L.) and Maritime pine (Pinus pinaster Ait.) stands was investigated in the Durusu Coastal Dune. Various models were used to estimate the temporal change of carbon accumulation due to the possible scenarios in the future.

For this purpose, a total of 127 sample trees (63 from stone pine stands and 64 from maritime pine stands) were sampled from 49 afforested sample areas for each species. First; diameter at breast height, total height and crown dimensions of all the trees in sample areas were measured, and the representative tree in each sample was destructively cut. After the length and diameters of the trunk were measured according to the section method, the masses of various tree components (classified in the form of stem sections, needles, branches and roots) were weighted.

In the study, volume weight (for stem over bark) and BEF (biomass expansion factors) for calculating the tree volumes and Froot factor to estimate the root weight according to the stem over bark weight were developed for both tree species. Then, the total stem over bark volumes and total plant masses of the sample areas were calculated. As suggested in the LULUCF and AFOLU guidelines, the carbon content of the trees was accepted as 51% of the tree volumes.

To make carbon modelling, it is necessary to know the current annual increment of the stand volume and the temporal variation of the total tree biomass addition rates of the tree components. For this purpose, the current annual increment and percentage of current annual volume increment for both tree species are calculated on the basis of the sampling values obtained from the sample area measurements. In addition, regression equations have been developed to estimate the change in participation rates of the tree components to the total tree biomass.

The mean volume weight values for stone pine and maritime pine were found as 0.465 t/m3 and 0.454 t/m3, respectively. The mean BEF coefficients were calculated as 0.185 (stone pine) and 0.185 (maritime pine) for needles, 0.889 (stone pine) and 0.384 (maritime pine) for branches. Froot factors were calculated as 0.528 for stone pine and 0.382 for maritime pine. Stone pine stands have the highest current annual volume increment of 10.2 m3/ha at the age of 35, while the maritime pine stands have 21.8 m3/ha at the age of 40. The highest percentage of current annual volume increment of stone pine stands was 8.0% (at 20 years old) while the lowest percentage of current annual volume increment was 2.5% (at 50 years old). In maritime pine stands, the highest and lowest percentage of current annual volume increment are 11.2% (at 15 years old) and 3.2% (at 50 years old), respectively.

After this step, the carbon mass in the stand level for both tree species were estimated by using CO2Fix V3.2 and EFISCEN V4.1 computer models. These estimates were made for totally 150 years with a period of 50 years rotation lenght depending on 6 different scenarios. According to this, at the end of 50 years, the maritime pine stands have reached the result of storing more carbon from stone pine according to each scenario. At the end of 50 years, according to the CO2Fix model the lowest carbon amount of the stone pine stands as 34.3 tC/ha (Scenario 6) and the highest carbon amount as 191.5 tC/ha (Scenario 1) was estimated. For maritime pine stands, the lowest carbon amount was 55.3 tC/ha (Scenario 6) and the highest carbon amount was 264.6 tC/ha (Scenario 1), in the estimations of the CO2Fix model. According to the EFISCEN model, stone pine stands can store 37.1 tC/ha (Scenario 6) and 134.2 tC/ha (Scenario 1) of carbon. The lowest carbon estimate for the maritime pine stands of the same model was 51.1 tC/ha (Scenario 6) while the highest storage carbon amount was 191.1 tC/ha (Scenario 1).