Besin kirliliği - Nutrient pollution
Su kirliliğinin bir biçimi olan besin kirliliği, aşırı besin girdisi ile kirlenmeyi ifade eder . Bu birincil nedenidir Ötrofikasyona bir yüzey sularında fazla besin maddeleri, genellikle burada, , nitrojeni veya fosfor , teşvik yosun büyümesini. Besin kirlilik kaynakları şunlardır yüzey akışını tarım alanları ve otlaklar, gelen ifrazatların septik tanklar ve besi ve emisyon yanmasından. Ham kanalizasyon , besin maddelerinde yüksek olduğu için kültürel ötrofikasyona büyük katkıda bulunur. Ham lağım suyunun büyük bir su kütlesine bırakılması, lağım boşaltımı olarak adlandırılır ve hala tüm dünyada gerçekleşir. Çevredeki aşırı reaktif nitrojen bileşikleri, birçok büyük ölçekli çevresel kaygıyla ilişkilidir. Bunlar Ötrofikasyonu bir yüzey sularında , zararlı alg çiçek , hipoksi , asit yağmuru , ormanlarda azot doygunluk ve iklim değişikliği .
1910'lardaki ve 1940'lardaki tarımsal patlamadan bu yana, gıda talebindeki artışı karşılamak için tarımsal üretim, büyük ölçüde gübre kullanımına dayanmaktadır. Gübre , toprağın daha verimli olmasına yardımcı olan doğal veya kimyasal olarak değiştirilmiş bir maddedir. Bu gübreler yüksek miktarda fosfor ve azot içerir, bu da toprağa fazla miktarda besin girmesine neden olur. Azot , fosfor ve potasyum , ticari gübrelerdeki "Büyük 3" birincil besinlerdir, bu temel besinlerin her biri bitki beslenmesinde önemli bir rol oynar. Zaman azot ve fosfor tam büyüyen bitkiler tarafından kullanılmayan, bunlar tarım alanları ve olumsuz etki hava ve akış aşağı su kalitesi ile kaybolabilir. Bu besinler sonunda su ekosistemlerine girebilir ve artan ötrofikasyona katkıda bulunur. Çiftçiler, ister organik ister sentetik olsun, gübrelerini yaydıklarında, gübrenin çoğu, aşağı havzada toplanan kültürel ötrofikasyon oluşturan akışa dönüşecektir.
Besin kirletici deşarjlarını azaltmaya yönelik hafifletme yaklaşımları arasında besin iyileştirme, besin ticareti ve besin kaynağı paylaştırma yer alır.
besinler
| Bir kısmı serisi üzerinde |
| Kirlilik |
|---|
 |
| Gıda türleri | Ötrofikasyon emisyonları ( 100g protein başına g PO 4 3- eşd.) |
|---|---|
| Biftek |
365.3
|
| Çiftlik balığı |
235.1
|
| Çiftlik kabukluları |
227.2
|
| Peynir |
98.4
|
| Kuzu ve koyun eti |
97.1
|
| Domuz eti |
76.4
|
| Kümes hayvanları |
48.7
|
| Yumurtalar |
21.8
|
| yer fıstığı |
14.1
|
| bezelye |
7.5
|
| soya peyniri |
6.2
|
(NRCS_Photo_Gallery).jpg)
Azot
Kullanımı , sentetik gübre , yanan fosil yakıtlar , ve tarımsal hayvan üretiminde , özellikle de konsantre edilmiş hayvan besleme işlemleri (CAFO), reaktif azot büyük miktarlarda ekledik biyosferden . Küresel olarak, nitrojen dengeleri oldukça verimsiz bir şekilde dağılmıştır, bazı ülkelerde fazlalar ve diğerlerinde açıklar vardır, bu da özellikle eski ülkelerde bir dizi çevresel soruna neden olur. Dünyadaki çoğu ülke için, verim açıklarını kapatmak ve nitrojen kirliliğini azaltmak arasındaki ödünleşim ya çok azdır ya da hiç yoktur.
Fosfor
Fosfor kirliliği , özellikle toprak erozyonu ile birleştiğinde, aşırı gübre ve gübre kullanımından kaynaklanır . Fosfor ayrıca belediye kanalizasyon arıtma tesisleri ve bazı endüstriler tarafından da boşaltılır .
İnsanoğlu , başta tarımsal gübre üretimi ve uygulaması olmak üzere, yeryüzündeki fosfor döngü oranını dört kat artırmıştır . 1950 ve 1995 yılları arasında , başta ekili araziler olmak üzere, Dünya yüzeyine tahmini olarak 600.000.000 ton fosfor uygulandı.
Çevresel etkiler
Fazla besinler, potansiyel olarak aşağıdakilere yol açacak şekilde özetlenmiştir:
- Nüfus etkileri: alglerin aşırı büyümesi ( zararlı alg patlamaları );
- Topluluk etkileri: tür kompozisyonu değişimleri (baskın takson);
- Ekolojik etkiler: besin ağı değişiklikleri, ışık sınırlaması;
- Biyojeokimyasal etkiler: aşırı organik karbon (ötrofikasyon); çözünmüş oksijen eksiklikleri ( çevresel hipoksi ); toksin üretimi;
- İnsan sağlığına etkileri: içme suyunda aşırı nitrat ( mavi bebek sendromu ); içme suyunda dezenfeksiyon yan ürünleri ;
- Biyoçeşitlilik etkileri: aşırı alg patlamaları ( biyoçeşitlilik kaybı ).
Yüksek besin akışı kaynakları
Tek bir havzadaki besin kirliliğinin başlıca kaynakları , hakim arazi kullanımlarına bağlıdır . Kaynaklar nokta kaynaklar , nokta olmayan kaynaklar veya her ikisi olabilir:
- Tarım : hayvansal üretim veya ekinler
- Kentsel/banliyö: yollardan ve otoparklardan yağmur suyu akışı ; çimlerde aşırı gübre kullanımı; belediye kanalizasyon arıtma tesisleri; motorlu taşıt emisyonları
- Endüstriyel: hava kirliliği emisyonları (örneğin elektrik santralleri ), çeşitli endüstrilerden atık su deşarjları.
Bazı hava kirliliği kaynaklarından kaynaklanan besin kirliliği, hava kirleticilerinin uzak kaynaklardan uzun mesafeli taşınması nedeniyle yerel arazi kullanımlarından bağımsız olarak meydana gelebilir.
Ötrofikasyonun oluşmasını en iyi nasıl önleyebileceğini ölçmek için, besin yüklemesine katkıda bulunan belirli kaynaklar tanımlanmalıdır. İki yaygın besin ve organik madde kaynağı vardır : nokta ve nokta olmayan kaynaklar.
Nokta kaynakları
Nokta kaynakları doğrudan bir etkiye atfedilebilir. Nokta kaynaklarda besin atığı doğrudan kaynaktan suya gider. Nokta kaynaklarının düzenlenmesi nispeten kolaydır.
Noktasal olmayan kaynaklar
Noktasal olmayan kaynak kirliliği ("yaygın" veya "akış" kirliliği olarak da bilinir), kötü tanımlanmış ve dağınık kaynaklardan gelen kirliliktir. Noktasal olmayan kaynakların düzenlenmesi zordur ve genellikle mekansal ve zamansal olarak ( mevsim , yağış ve diğer düzensiz olaylarla ) değişir .
Azot taşınmasının, gelişme miktarı da dahil olmak üzere, havzalardaki çeşitli insan faaliyeti göstergeleri ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Ploughing içinde tarım ve geliştirme besin yükleme en fazla katkıyı aktivitelerdir.
toprak tutma
İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan besinler toprakta birikme eğilimindedir ve yıllarca orada kalır. Miktarı gösterilmiştir fosfor yüzeye kayıp toprakta fosfor miktarı ile lineer bir artış sular. Böylece topraktaki besin yüklemesinin çoğu sonunda suya doğru yol alır. Nitrojen de benzer şekilde onlarca yıllık bir devir süresine sahiptir.
Yüzey suyuna akış
İnsan faaliyetlerinden kaynaklanan besinler, karadan yüzey veya yeraltı sularına gitme eğilimindedir. Özellikle nitrojen, fırtına kanalizasyonları , kanalizasyon boruları ve diğer yüzeysel akış biçimleri yoluyla uzaklaştırılır . Akış ve sızıntı suyundaki besin kayıpları genellikle tarımla ilişkilendirilir . Modern tarım, üretimi en üst düzeye çıkarmak için genellikle besin maddelerinin tarlalara uygulanmasını içerir. Bununla birlikte, çiftçiler sıklıkla ekinler veya meralar tarafından alınandan daha fazla besin uygularlar. Tarımdan besin ihracatını en aza indirmeyi amaçlayan düzenlemeler, tipik olarak kanalizasyon arıtma tesislerine ve diğer nokta kaynaklı kirleticilere uygulananlardan çok daha az katıdır. Ayrıca ormanlık alanlardaki göllerin de yüzey akışının etkisi altında olduğuna dikkat edilmelidir. Akış, mineral nitrojeni ve fosforu detritustan temizleyebilir ve sonuç olarak yavaş, doğal ötrofikasyona yol açan su kütlelerini besleyebilir.
Atmosferik çökelme
Amonyak buharlaşması ve azot oksit üretimi nedeniyle havaya azot salınır . Yanma bölgesinin fosil yakıt atmosfer azot kirliliğine büyük bir insan tarafından başlatılan bir katkıda bulunmaktadır. Atmosferik nitrojen iki farklı süreçle yeryüzüne ulaşır; birincisi yağmur veya kar gibi ıslak çökelme, ikincisi ise havada bulunan partikül ve gazlar olan kuru çökelmedir. Atmosferik çökelme (örneğin asit yağmuru şeklinde ), özellikle yüksek derecede sanayileşmiş bölgelerde sudaki besin konsantrasyonunu da etkileyebilir.
Diğer kaynaklar
Artan besin konsantrasyonlarına neden olan herhangi bir faktör potansiyel olarak ötrofikasyona yol açabilir. Ötrofikasyonu modellemede, su yenileme hızı kritik bir rol oynar; durgun suyun , yenilenen su kaynakları olan vücutlardan daha fazla besin toplamasına izin verilir. Sulak alanların kurutulmasının besin konsantrasyonunda bir artışa ve ardından ötrofikasyon patlamalarına neden olduğu da gösterilmiştir .
Besin kirletici deşarjlarının azaltılması
Besin iyileştirme
Besin etkilerini zararlı ekolojik etkilerden uzaklaştırmak için doğal süreçleri değiştirerek veya geliştirerek su sistemlerindeki besin kirliliği ile başa çıkmak için yenilikçi çözümler tasarlanmıştır. Besin iyileştirme, bir çevresel iyileştirme şeklidir, ancak yalnızca nitrojen ve fosfor gibi biyolojik olarak aktif besinlerle ilgilidir . “İyileştirme”, genellikle insan sağlığının korunması için kirliliğin veya kirleticilerin ortadan kaldırılması anlamına gelir. Gelen çevresel iyileştirme besin kaldırma teknolojileri içerir Biyofiltrasyon yakalama ve biyolojik olarak degrade kirleticiler için yaşayan malzemeyi kullanır. Örnekler arasında yeşil kuşaklar, nehir kenarı alanları, doğal ve inşa edilmiş sulak alanlar ve arıtma havuzları sayılabilir . Bu alanlar, madencilik, rafineri faaliyeti veya arazi geliştirme sonrasında arazi ıslahı için en yaygın olarak atık su, yağmur suyu akışı veya kanalizasyon arıtma gibi antropojenik deşarjları yakalar. Biyofiltrasyon , kirleticileri (besinler dahil) yakalamak, emmek ve nihayetinde canlı dokuya dahil etmek için biyolojik asimilasyonu kullanır . Besin gidermenin başka bir şekli, kirleticileri gidermek için mikroorganizmaları kullanan biyoremediasyondur . Biyoremediasyon, doğal zayıflama veya içsel biyoremediasyon olarak kendi başına gerçekleşebilir veya biyostimülasyon adı verilen bir strateji olan gübrelerin eklenmesiyle teşvik edilebilir.
Besin biyoekstraksiyonu, kültürlenmiş bitki ve hayvanları içeren biyoremediasyondur. Besin biyoekstraksiyonu veya biyohasat, doğal su kütlelerinden nitrojen ve diğer besin maddelerini uzaklaştırmak amacıyla kabuklu deniz ürünleri ve deniz yosunu yetiştirme ve hasat etme uygulamasıdır . İstiridye resifleri tarafından nitrojen uzaklaştırılmasının, diğer besin ticareti senaryolarına benzer şekilde, nitrojen emisyon kısıtlamaları ile karşı karşıya kalan kaynaklar için net faydalar sağlayabileceği öne sürülmüştür. Spesifik olarak, istiridyeler haliçlerdeki nitrojen seviyelerini emisyon limitlerinin uygulanmasına yol açacak eşiklerin altında tutarlarsa, istiridyeler kaynakları, aksi takdirde maruz kalacakları uyum maliyetlerinden etkin bir şekilde kurtarır. Çeşitli araştırmalar, istiridye ve midyelerin haliçlerdeki nitrojen seviyelerini önemli ölçüde etkileme kapasitesine sahip olduğunu göstermiştir . Ek olarak, çalışmalar deniz yosununun azot seviyelerini iyileştirme potansiyelini göstermiştir.
besin ticareti
Besin ticaret türüdür su kalitesi ticareti , bir piyasa tabanlı politika aracı geliştirmek veya su kalitesini korumak için kullandı. Su kalitesi ticareti 2005 civarında ortaya çıktı ve bir havzadaki farklı kirlilik kaynaklarının aynı kirleticiyi kontrol etmek için çok farklı maliyetlerle karşı karşıya kalabileceği gerçeğine dayanıyor. Su kalitesi ticareti, kirlilik kontrolü için düşük maliyetli kaynaklardan, kirlilik kontrol maliyeti yüksek olan kaynaklardan gönüllü olarak kirlilik azaltma kredilerinin değişimini içerir ve aynı ilkeler, besleyici su kalitesi ticareti için de geçerlidir. Temel ilke , genellikle ticaret programına katılım için düzenleyici bir gereklilik ile bağlantılı olan “ kirleten öder ” ilkesidir .
2013 Orman Eğilimleri raporu, su kalitesi ticaret programlarını özetledi ve üç ana fon sağlayıcı türü buldu: su havzası korumasından yararlananlar, etkilerini telafi eden kirleticiler ve doğrudan fayda sağlayamayan, ancak bir kuruluş adına kirlilik azaltma kredilerini finanse eden "kamu malı ödeyenler". hükümet veya STK . 2013 itibariyle, ödemeler ezici bir çoğunlukla hükümetler ve STK'lar gibi kamu malı ödeyenler tarafından başlatıldı.
Besin kaynağı paylaştırma
Besin kaynağı paylaştırma, zayıflama veya arıtmanın ardından su kütlelerine giren çeşitli sektörlerden besin yükünü tahmin etmek için kullanılır. Tarım , tipik olarak Avrupa'daki su kütlelerindeki başlıca nitrojen kaynağıdır, oysa birçok ülkede haneler ve endüstriler fosforun baskın katkıları olma eğilimindedir. Su kalitesinin aşırı besin maddelerinden etkilendiği durumlarda , yük kaynağı paylaştırma modelleri, kirlilik kaynaklarını belirleyerek su kaynaklarının orantılı ve pragmatik yönetimini destekleyebilir. Yük paylaştırma modellemesine yönelik iki geniş yaklaşım vardır, (i) akış içi izleme verilerine dayalı olarak menşei paylaştıran yük odaklı yaklaşımlar ve (ii) dağınık veya noktasal olmayan kaynak kirliliği , emisyon miktarlarının modeller kullanılarak hesaplandığı kaynak odaklı yaklaşımlar tipik olarak benzer özelliklere sahip havzalardan gelen ihracat katsayılarına dayanmaktadır. Örneğin, Kaynak Yükü Dağıtma Modeli (SLAM), nokta deşarjları (kentsel atık su, endüstri ve atık sular) hakkındaki bilgileri entegre ederek akış içi izleme verileri olmaksızın İrlanda havzalarındaki yüzey sularına nitrojen ve fosfor kaynaklarının nispi katkısını tahmin ederek ikinci yaklaşımı benimser. fosseptik sistemleri), yaygın kaynaklar (mera, ekilebilir, ormancılık, vb.) ve hidrojeolojik özellikler dahil olmak üzere havza verileri.
Ülke örnekleri
Amerika Birleşik Devletleri
Eyalet çevre kurumları tarafından yapılan anketlere göre, tarımsal noktasal olmayan kaynak (NPS) kirliliği, ABD genelinde su kalitesi bozulmalarının en büyük kaynağıdır. NPS kirliliği, federal Temiz Su Yasası (CWA) kapsamında deşarj izinlerine tabi değildir . EPA ve eyaletler, çiftçilerin uygulamalarını ayarlamaları ve yüzey akışını azaltmaları için teşvikler oluşturmak için hibeler, ortaklıklar ve gösteri projeleri kullandı .
Besin politikasının geliştirilmesi
Devletlerin besin kriterleri ve standartları geliştirmesi için temel gereksinimler 1972 Temiz Su Yasası'nda zorunlu kılınmıştı. Bu su kalitesi programının uygulanması hem EPA hem de eyaletler için büyük bir bilimsel, teknik ve kaynak yoğun zorluk olmuştur ve geliştirme 21. yüzyılda da devam etmektedir.
EPA, 1978'de, on yıllardır artan ulusal nitrojen kirliliği sorununu ele almaya başlamak için bir atık su yönetimi yönetmeliği yayınladı. 1998'de ajans, besin kriterlerini geliştirmeye odaklanan bir Ulusal Besin Stratejisi yayınladı .
2000 ve 2010 yılları arasında EPA nehirler/akarsular, göller/rezervuarlar, haliçler ve sulak alanlar için federal düzeyde besin kriterleri yayınladı; ve ilgili rehberlik. ABD genelinde 14 ekolojik bölge için "ekolojik" besin kriterleri bu yayınlara dahil edildi. Eyaletler, EPA tarafından yayınlanan kriterleri doğrudan benimseyebilse de, birçok durumda eyaletlerin sahaya özgü koşulları yansıtacak şekilde kriterleri değiştirmesi gerekir. 2004'te EPA, toplam nitrojen (TN), toplam fosfor (TP), klorofil a (chl-a) ve berraklık için sayısal kriterler (daha az spesifik anlatı kriterlerinin aksine) için beklentilerini belirtti ve "karşılıklı olarak kabul edilenleri" oluşturdu. devlet kriterlerinin geliştirilmesi için planlar üzerine. 2007 yılında ajans, besin kriterlerinin geliştirilmesi konusunda eyaletler arasında ilerlemenin düzensiz olduğunu belirtti. EPA, sayısal kriterlere yönelik beklentilerini yineledi ve devletlerin kendi kriterlerini geliştirme çabalarına destek sözü verdi.
EPA , 2007 yılında su havzası tabanlı NPDES'e izin verdikten sonra, besin maddelerinin uzaklaştırılmasına olan ilgi ve bölgesel Toplam Maksimum Günlük Yük (TMDL) sınırlamalarına ulaşılması , besin ticareti planlarının geliştirilmesine yol açmıştır.
2008'de EPA, devletin besin standartlarını geliştirmeye yönelik çabaları hakkında bir ilerleme raporu yayınladı. Eyaletlerin çoğu, nehirler ve akarsular için sayısal besin kriterleri geliştirmemişti; göller ve rezervuarlar; sulak alanlar ve haliçler (haliçleri olan eyaletler için). Aynı yıl, EPA, besin kirliliğini azaltmanın ilerlemesini izlemek ve değerlendirmek için eyalet ve EPA uzmanlarından oluşan bir Besin Yenilikleri Görev Grubu (NITG) kurdu. 2009'da NTIG, artan besin kirliliği nedeniyle su kalitesinin ülke çapında bozulmaya devam ettiği endişesini dile getiren ve eyaletler tarafından besin standartlarının daha güçlü bir şekilde geliştirilmesini tavsiye eden "Acil Eylem Çağrısı" adlı bir rapor yayınladı.
2011'de EPA, devletlerin besin standartlarını tam olarak geliştirme ihtiyacını yineledi, nitratlar için içme suyu ihlallerinin sekiz yılda ikiye katlandığını, ülke çapındaki tüm nehirlerin yarısının orta ila yüksek seviyelerde nitrojen ve fosfor olduğunu ve zararlı alg patlamalarının arttığını belirtti. . Ajans, devletlerin besin maddelerinin azaltılması için öncelikler ve havza düzeyinde hedefler geliştirmesi için bir çerçeve belirledi.
Tahliye izinleri
ABD'deki birçok nokta kaynaklı boşaltıcı, kendi havzalarındaki en büyük besin kaynakları olmasa da, Ulusal Kirletici Boşaltma Eliminasyon Sistemi (NPDES) aracılığıyla verilen izinlerinde besin atıksu sınırlamalarına uymak zorundadır . CWA. Washington DC'deki Blue Plains Gelişmiş Atık Su Arıtma Tesisi gibi bazı büyük belediye kanalizasyon arıtma tesisleri, yasal gerekliliklere uymak için biyolojik besin giderme (BNR) sistemleri kurmuştur. Diğer belediyeler, besin maddelerini kontrol etmek için mevcut ikincil arıtma sistemlerinin operasyonel uygulamalarında ayarlamalar yapmışlardır .
Büyük hayvancılık tesislerinden (CAFO) yapılan tahliyeler de NPDES izinleriyle düzenlenmektedir. Birçok su havzasındaki başlıca besin kaynağı olan çiftlik alanlarından yüzey akışı, NPS kirliliği olarak sınıflandırılır ve NPDES izinleriyle düzenlenmez.
TMDL programı
Bir Günlük Maksimum Toplam Yük (GMTY) hala mücadale su kalitesi standartlarını karşılarken su vücut alabilmesini (besin dahil) bir kirletici maksimum miktarda reçete düzenleyici bir plandır. Spesifik olarak Yasanın 303. Bölümü, her eyaletin kirleticiler tarafından bozulan her su kütlesi için bir TMDL raporu oluşturmasını gerektirir. TMDL raporları, kirletici düzeylerini ve kirletici azaltma hedeflerine ulaşmak için stratejileri tanımlar. EPA, TMDL'leri kirletici kaynaklarının her birine tahsis edilen bir "kirletici bütçe" oluşturmak olarak tanımladı. Birçok kıyı su kütlesi için ana kirletici sorun, besin aşırı zenginleşmesi olarak da adlandırılan aşırı besin maddeleridir.
Bir TMDL, bir su kütlesinde bulunan ve besin seviyeleriyle doğrudan ilgili olan minimum çözünmüş oksijen (DO) seviyesini belirleyebilir. ( Bkz. Sucul Hipoksi .) 2010 yılında, ülke çapında TMDL'lerin yüzde 18'i, organik zenginleştirme/oksijen tükenmesi, zararlı bitkiler, alg büyümesi ve amonyak dahil olmak üzere besin seviyeleri ile ilgiliydi.
TMDL'ler, bir havza içindeki tüm nokta kaynaklı ve nokta kaynaklı olmayan kirleticileri tanımlar. TMDL'leri nokta kaynaklarla uygulamak için atık yük tahsisleri NPDES izinlerine dahil edilir. NPS deşarjları genellikle gönüllü bir uyum senaryosundadır.
In Long Island Sound , GMTY geliştirme süreci etkin Enerji ve Çevre Koruma Connecticut Bölümü ve Çevre Koruma New York Eyalet Departmanı bir düzenleyici ve yasal çerçeve içine 58,5 oranında azot azaltma hedefini dahil etmek.
Ayrıca bakınız
Referanslar
-
Bu makale , Kongre Araştırma Hizmeti belgesindeki kamu malı materyali içermektedir : "Kongre Raporu: Tarım: Terimler, Programlar ve Kanunlar Sözlüğü, 2005 Baskısı" (PDF) .
- EPA. "Tarımsal Akıştan Su Kalitesinin Korunması." Mart 2005. Belge No. EPA 841-F-05-001. Bilgi sayfası.