Besin elementi döngüsü (nutrient cycling), azot ve fosfor gibi maddelerin haliç ekosistemine girişi, sistem içinde dönüştürülmesi ve biyolojik üretim süreçlerine katılmasıyla ilişkili temel bir ekosistem işlevidir. Bu çalışma, Güney Afrika'nın Algoa Bay bölgesindeki Swartkops ve Sundays River haliçlerinin çözünmüş inorganik fosfat (DIP) ve çözünmüş inorganik azot (DIN) yüklerini azaltma işlevine ekonomik bir değer vermek için yerel atıksu arıtma tesislerinin (wastewater treatment works, WWTW) maliyet ve giderim verilerini vekil ölçüt olarak kullanmaktadır. Araştırmacılar 1994–2022 dönemindeki haliç su kalitesi verilerini WWTW maliyetleriyle birleştirerek, aynı miktardaki besin elementinin yapay arıtma altyapısıyla giderilmesinin topluma ne kadara mal olacağını tahmin etmiştir.

Sonuçlar iki haliçte birbirinden çok farklı yönlerde değişim göstermektedir. Swartkops River haliçinin tahmini besin döngüsü değeri 1994'te ZAR8,6 milyon iken 2022'de ZAR123,4 milyona yükselmiştir. Sundays River haliçindeki değer ise aynı dönemde ZAR29,9 milyondan ZAR7,9 milyona düşmüştür. İki haliç birlikte değerlendirildiğinde kaynak Tablo 3 toplamı 1994'te ZAR38,5 milyon, 2022'de ZAR131,4 milyondur. 2022 için kullanılan USD1 = ZAR18,4519 dönüşümüyle toplam değer yaklaşık USD7,12 milyondur.

Bu değerler haliçlerin piyasada satılan bir ürününün fiyatı değildir. Hesaplanan ekonomik değer, haliçlerin DIP ve DIN giderimiyle yaptığı ekolojik işin, aynı miktardaki giderimin WWTW altyapısıyla gerçekleştirilmesi durumunda ortaya çıkacak maliyet üzerinden tahmin edilen parasal karşılığıdır. Ayrıca yüksek değer otomatik olarak daha sağlıklı bir ekosistem anlamına gelmez; özellikle Swartkops'taki yükseliş, daha yüksek besin elementi yükleri ve artan antropojenik baskıyla birlikte değerlendirilmiştir.

Haliçlerde Besin Döngüsü Nedir?

Haliçlerde besin döngüsü, organik ve inorganik maddelerin tatlı su ile deniz ortamının kesiştiği sistemlere taşınması, azot ve fosfor gibi besin elementlerinin farklı kimyasal ve biyolojik süreçlerden geçmesi ve canlı üretimine katılmasıdır. Çalışma açısından kritik bileşen, yüksek miktardaki çözünmüş inorganik azot ve fosforun haliç boyunca azalabilmesi ve böylece kıyı sularına taşınan besin yükünün sınırlandırılmasıdır.

Neden DIP ve DIN önemlidir?

DIP, çözünmüş inorganik fosfatı; DIN ise çözünmüş inorganik azotu ifade eder. Kaynak, DIN kapsamındaki azot formlarını NO₃⁻ + NO₂⁻ ve NH₄⁺ olarak ele almaktadır.

Yetersiz arıtılmış veya arıtılmamış atıksuyun haliçlere girmesi DIP ve DIN konsantrasyonlarını artırabilir. Kaynak, yüksek besin elementi seviyelerinin yüksek sıcaklık ve su kolonundaki tabakalaşma gibi başka koşullarla birlikte zararlı alg çoğalmalarını ve hipoksik koşulları destekleyebileceğini; kıyı sularında oksijen tüketimi ve deniz canlılarının kaybı gibi sonuçlarla ilişkili olabileceğini açıklamaktadır.

Haliçlerin ekolojik işlevi burada ekonomik analizle birleştirilmektedir: Bir WWTW, atıksudaki besin elementlerini azaltmak için sermaye, işletme ve bakım maliyeti gerektirirken, haliç içindeki doğal süreçler de besin yükünü dönüştürme ve azaltma yönünde işlev görmektedir. Araştırmanın temel sorusu, bu doğal işlevin yerel arıtma maliyetleriyle ifade edildiğinde yaklaşık parasal karşılığının ne olduğudur.

Araştırma boşluğu

Kaynağa göre Güney Afrika haliçlerinde rekreasyon, su kalitesi, tatlı su girişleri ve başka ekosistem hizmetleri için ekonomik değerleme çalışmaları yapılmış olmakla birlikte, haliçlerdeki besin döngüsü hizmetine ilişkin bilinen yerel bir ekonomik değerleme bulunmamaktaydı. Bu veri eksikliği nedeniyle başka ülkelerde hesaplanmış ekosistem hizmeti değerlerinin yerel sisteme aktarılması, yani veri transferi yaklaşımı kullanılabilmektedir.

Ancak kaynak, bu yaklaşımın ciddi bağlam sorunları doğurabileceğini göstermektedir. Birleşik Krallık'ta raporlanan besin döngüsü değeri USD579.632/ha iken Hollanda'daki örnek USD2.661/ha düzeyindedir. Birbirine coğrafi olarak görece yakın iki Avrupa bağlamında bile çok büyük fark bulunması, ekolojik yapı, ekonomik koşullar ve yöntem farklılıklarının sonuçları güçlü biçimde değiştirebildiğini göstermektedir.

Veri Transferi Yerine Yerel WWTW Verilerinin Kullanılması Neden Önemlidir?

Yerel WWTW verileri, başka bir ülkenin ekolojik ve ekonomik koşullarından aktarılmış hektar başına bir değeri doğrudan kullanmak yerine, aynı bölgedeki arıtma maliyetlerini ve giderim performansını kullanarak haliç hizmetinin parasal karşılığını yerel bağlama bağlar. Yöntem kusursuz değildir ve eksik çevresel zaman serilerine dayanır; ancak araştırmacılar bu yaklaşımın bağlamsal olarak veri transferinden daha uygun bir vekil değerleme sunduğunu savunmaktadır.

Çalışma alanları

Her iki çalışma alanı da Güney Afrika'nın Eastern Cape bölgesindeki Algoa Bay çevresindedir ve sürekli açık, dalga etkisindeki haliçler olarak tanımlanmaktadır. Swartkops River haliçi yaklaşık 33°50′G, 25°36′D konumunda, Gqeberha yakınında Swartkops River'ın Algoa Bay'e ulaştığı yerde bulunur. Sundays River haliçi ise Colchester yakınında yaklaşık 33°42′53″G, 25°50′54″D konumundadır.

Swartkops sistemi tuz bataklıkları, gelgit arası çamur düzlükleri ve kum bankaları gibi çeşitli habitatları barındırmaktadır. Sundays River haliçi ise kaynakta özellikle rekreasyon, teknecilik ve olta balıkçılığı açısından anılmaktadır. Habitat kompozisyonu ekonomik değerlemede önemlidir; çünkü farklı ekotipler besin döngüsüne farklı ölçülerde katkıda bulunabilir.

Hektar başına değer neden kullanılan alan tanımına bağlıdır?

Bir haliç için tek ve değişmez bir alan paydası yoktur. Yalnız açık su alanı kullanılabileceği gibi tuz bataklığı, sazlık, sualtı makrofitleri, kum-çamur bankaları, taşkın ovası ve kıyı habitatları da alan tanımına dâhil edilebilir. Bu nedenle aynı toplam ekonomik değerin hektar başına karşılığı, seçilen mekânsal kapsam değiştiğinde değişir.

Araştırmacıların 2022 için vurguladığı hektar başına değerler en küçük alan paydası olan açık su üzerinden hesaplanmıştır. Buna göre Swartkops için yıllık değer ZAR344.692/ha, yani USD18.681/ha; Sundays River için ZAR32.245/ha, yani USD1.747/ha'dır.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Besin Döngüsünün Ekonomik Değeri Bu Çalışmada Nasıl Hesaplandı?

Çalışma, haliç başı ile haliç ağzındaki DIP ve DIN konsantrasyon farkından yıllık giderilen besin yükünü tahmin eder; ardından aynı besin miktarının yerel WWTW'lerde giderilmesinin kilogram başına maliyetini hesaplar ve bu birim maliyeti haliç tarafından giderildiği tahmin edilen toplam besin miktarına uygular. Böylece ortaya çıkan parasal değer bir piyasa fiyatı değil, haliç ekosistem hizmetinin WWTW maliyeti üzerinden hesaplanan vekil ekonomik değeridir.

Üç veri grubu

Yöntem üç temel veri grubunu birleştirir:

• Algoa Bay'deki WWTW'lerin işletme ve sermaye maliyetleri,
• haliçlerin yıllık olarak giderdiği tahmin edilen besin elementi miktarı,
• Algoa Bay'deki beş WWTW'nin yıllık olarak giderdiği tahmin edilen besin elementi miktarı.

Haliçlerdeki besin yükü veri tabanı 1994–2022 arasında yayımlanmış çalışmalardan oluşturulmuştur. Araştırmacılar Swartkops haliç başı için 12, Sundays River haliç başı için 5 ortalama DIP/DIN konsantrasyonu; haliç ağızları için zaman içinde Swartkops'ta 5 ve Sundays River'da 3 ortalama gözlem derlemiştir.

Veri seti eksiksiz değildir. Bazı yıllar için veri yoktur; ölçümler µM, mg/L ve kg/yıl gibi farklı birimlerle raporlanmıştır. Örnekleme noktalarının tam konumları, ortalamaların dayandığı örnek sayıları ve örneklemenin yıl içindeki zamanı da çalışmalar arasında değişmektedir. Bu heterojenlik, çalışmanın en önemli belirsizlik kaynaklarından biridir.

Sekiz zaman serisi

Veri tabanı aşağıdaki sekiz seriden oluşmaktadır:

1. Swartkops haliç başı DIP,
2. Swartkops haliç ağzı DIP,
3. Swartkops haliç başı DIN,
4. Swartkops haliç ağzı DIN,
5. Sundays River haliç başı DIP,
6. Sundays River haliç ağzı DIP,
7. Sundays River haliç başı DIN,
8. Sundays River haliç ağzı DIN.

Bütün ortalama konsantrasyonlar karşılaştırılabilir hâle getirilmek amacıyla µM birimine dönüştürülmüş, ardından haliç başı ile ağız arasındaki fark hesaplanmıştır.

Denklem 1: Haliç tarafından giderilen DIP yükü

Kaynağın DIP için kullandığı temel bağıntı şöyledir:

\[ \text{kg DIP removed} = \frac{DIP_{\mu M}^{Head}-DIP_{\mu M}^{Mouth}}{10^{6}} \times \frac{\text{Molar Mass}_{P}}{1000} \times MAR(L) \]

Denklem neyi hesaplar? Haliç başı ile ağız arasındaki ortalama çözünmüş inorganik fosfat konsantrasyonu farkını kullanarak sistem tarafından giderildiği kabul edilen yıllık DIP miktarını kilogram cinsinden tahmin eder.

Değişkenlerin rolü: \(DIP_{\mu M}^{Head}\) haliç başındaki; \(DIP_{\mu M}^{Mouth}\) haliç ağzındaki ortalama konsantrasyondur. Molar Mass_P fosfora ilişkin molar kütleyi, \(MAR(L)\) ise litre cinsinden ortalama yıllık akışı ifade eder. \(10^6\) ve 1000 terimleri kaynak denkleminin konsantrasyon ve kütle dönüşüm basamaklarıdır.

Aynı hesaplama mantığı DIN için de uygulanmaktadır. DIN hesabında nitrat, nitrit ve amonyum azotu birlikte dikkate alınmaktadır.

Eksik zaman serilerinin işlenmesi

Sekiz veri serisinin her biri mevcut gözlem noktalarıyla çizilmiş ve en iyi uyum eğrileri oluşturulmuştur. Araştırmacılar bu eğrileri, yayımlanmış ortalama değerlerden hareketle geçmiş dönem besin konsantrasyonu akışını hesaplamada kullanmıştır. Dolayısıyla serinin tüm yılları doğrudan ölçülmüş veri noktalarından oluşmamaktadır; modelleme/uyum eğrisi ile tamamlanan bölümler bulunmaktadır.

WWTW'nin kilogram başına giderim maliyeti

İkinci aşamada araştırmacılar WWTW'lerde bir kilogram DIP veya DIN gideriminin maliyetini hesaplamıştır. Kaynakta DIP için verilen Denklem 2 şöyledir:

\[ \frac{ZAR}{\text{kg DIP removed}} = \frac{ZAR}{L_{\text{treated}}} \Bigg/ \left( \frac{\text{kg DIP in}}{L_{\text{treated}}} - \frac{\text{kg DIP out}}{L_{\text{treated}}} \right) \]

Bu denklem, arıtılan su başına maliyeti giriş ve çıkış arasındaki DIP giderim yoğunluğuna böler. Böylece WWTW'nin bir kilogram DIP'yi uzaklaştırmasının parasal maliyeti elde edilir. DIN için aynı hesaplama yapısı kullanılmaktadır.

Son aşamada bu WWTW birim giderim maliyeti, haliç tarafından giderildiği tahmin edilen toplam DIP ve DIN miktarına uygulanmıştır. Sonuç, haliçte doğal olarak gerçekleşen besin döngüsü işinin toplum tarafından yapay arıtma altyapısıyla ikame edilmesi durumundaki maliyetin tahmini karşılığıdır.

Ekonomik değer zaman içinde nasıl değişti?

Kaynak-içi sayısal not: Tablo 3'te 2001 ve 2002 toplamları, görünür bileşenlerin bir ondalıklı basamakla doğrudan toplanmasından küçük farklar göstermektedir. Verianla tablosu kaynakta yayımlanan toplamları aynen korur; görünmeyen ara hassasiyet veya yuvarlama hakkında yeni varsayım yapılmamıştır.

Swartkops haliçindeki ZAR8,6 milyondan ZAR123,4 milyona yükseliş yaklaşık %1330 büyüklüğünde bir artış olarak raporlanmaktadır. USD karşılığı 1994'te USD466.076 iken 2022'de yaklaşık USD6,7 milyondur.

Sundays River haliçinde yön tersidir: ZAR29,9 milyonluk 1994 değeri 2022'de yaklaşık ZAR7,9 milyona düşmektedir. Aynı değerler kaynakta yaklaşık USD1,6 milyon ve USD428.140 olarak verilmektedir.

WWTW ve haliç giderim göstergeleri

Kaynak, WWTW giderim göstergesinin 1994'te 43,9'dan 2022'de 23,4'e düşmesini yaklaşık %47 azalma; iki haliç için karşılık gelen göstergenin 0,2'den 1,5'e yükselmesini ise düşük başlangıç tabanından yaklaşık %650 artış olarak yorumlamaktadır.

Birim bütünlüğü uyarısı: Yukarıdaki tabloda “mL/yıl” ve “kg/mL” ifadeleri kaynak Tablo 4'te basıldığı biçimde korunmuştur. Kaynak bu notasyonun başka bir hacim ölçeğini temsil edip etmediğini açıklamadığından Verianla metni birimleri kendiliğinden değiştirmemektedir.

Swartkops'taki Yüksek Ekonomik Değer Daha Sağlıklı Bir Haliç Anlamına mı Gelir?

Hayır. Çalışmanın ekonomik değer metriği, haliç tarafından giderildiği tahmin edilen besin yükünün WWTW maliyetiyle karşılığını ölçmektedir; dolayısıyla daha yüksek besin yükü ve daha fazla giderim işi parasal değeri artırabilir. Yazarlar Swartkops'taki güçlü değer artışını yükselen DIP ve DIN konsantrasyonları ve azalan WWTW etkinliğiyle birlikte değerlendirerek sistem üzerinde artan antropojenik baskıya işaret etmektedir.

Swartkops için yorum

Kaynak, Swartkops'ta besin döngüsü değerinin 1994–2022 arasında güçlü biçimde yükselmesini artan DIP ve DIN konsantrasyonlarıyla ilişkilendirmektedir. Yazarlar bu artışın Gqeberha'daki sanayi genişlemesi ve gayriresmî yerleşimlerin büyümesiyle bağlantılı olmasının muhtemel olduğunu belirtmektedir. Bu ifade bir kontrollü nedensellik analizi sonucu değildir; makalenin tartışma bölümündeki bilimsel yorumdur.

Sundays River için yorum

Sundays River'daki değerin azalması için çalışma üç olası ve birbirini dışlamayan açıklama sunmaktadır:

• tarımsal düzenlemelerin sıkılaşması ve uygulamanın tarımsal kirletici girişlerini azaltmış olabileceği,
• Orange–Fish–Sundays Rivers su transfer sisteminin akışı değiştirerek besin konsantrasyonlarını seyreltmiş olabileceği,
• Addo Elephant National Park'ın genişlemesi ve 2018'de ilan edilen Marine Protected Area dâhil koruma faaliyetlerinin besin girdilerini azaltmış olabileceği.

Çalışma bu üç mekanizmadan hangisinin ne kadar paya sahip olduğunu ayrıştıran nedensel bir analiz gerçekleştirmemektedir.

Veri transferi karşılaştırmasının verdiği ders

Uluslararası çalışmalardan doğrudan aktarılan değerler USD2.661/ha ile USD579.632/ha arasında son derece geniş bir aralık üretmektedir. Kaynak, alan tanımlarını açık su paydasına göre uyarladığında bile karşılaştırmalı aralığın USD4.624/ha ile USD9.377/ha olduğunu belirtmektedir. Swartkops'un USD18.681/ha değeri bu üst sınırın yaklaşık iki katı iken Sundays River'ın USD1.747/ha değeri alt sınırın yaklaşık %37'si kadardır.

Bu farklılık, tek bir uluslararası hektar değerinin başka bir haliçe doğrudan aktarılmasının güvenilir bir yerel değerleme vermeyebileceğini göstermektedir. Ekolojik yapı, besin yükü, yerel arıtma altyapısı, nüfus, sanayi ve yönetim koşulları ekonomik sonuca birlikte etki etmektedir.

Çalışmanın desteklediği ve desteklemediği sonuçlar

Başlıca yöntemsel sınırlılıklar

Çalışmanın sonuçlarının yorumlanmasında veri kısıtları merkezi önemdedir. İdeal bir değerleme, haliç başı ve ağzında ekolojik olarak karşılaştırılabilir noktalardan yıllar boyunca düzenli biçimde alınmış çok sayıda DIP ve DIN ölçümü; WWTW giriş ve çıkışlarında düzenli besin konsantrasyonu ölçümleri; değişen arıtma hacimleri ve kilogram başına giderim maliyetlerinin zaman içindeki güvenilir kayıtlarını gerektirirdi.

Bu düzeyde bütünleşik bir veri tabanı mevcut değildir. Kullanılan çevresel ölçümler farklı yıllardan, farklı örnekleme konumlarından, farklı mevsimlerden ve farklı birim sistemlerinden gelmektedir. Bazı yıllar tamamen eksiktir. Bu nedenle çalışma, mevcut kısıtlı veriyi yerel WWTW verileriyle birleştiren pragmatik bir yaklaşım sunmaktadır; sonuçlar yüksek hassasiyetli doğrudan ekolojik muhasebe gibi değerlendirilmemelidir.

Kaynağın kendi ifadesiyle veri transferi hızlı ve düşük maliyetli olsa da bağlamsal farklılıklar nedeniyle zayıf tahminler üretebilir. Yerel WWTW vekil yöntemi de eksik kayıtlar nedeniyle sınırlıdır, fakat araştırmacılar yerel bağlama daha ilgili olduğunu değerlendirmektedir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Finansman: Çalışma Algoa Bay Marine Spatial Planning Community of Practice kapsamında South African National Research Foundation tarafından 129498 numaralı destekle, Belmont Forum MARISCO projesi tarafından 03F0836A numaralı destekle ve One Ocean Hub tarafından NE/S008950/1 numaralı destekle desteklenmiştir.

Yazar katkıları: Rozanne Peacock araştırma, metodoloji, biçimsel analiz, ilk taslak yazımı ve gözden geçirme/düzenleme görevlerini; Matthew A. Orolowitz kavramsallaştırma, görselleştirme, biçimsel analiz ve ilk taslak yazımını; James N. Blignaut kavramsallaştırma, doğrulama, denetim ve gözden geçirme/düzenlemeyi; Bernadette Snow proje yönetimi, finansman edinimi ve gözden geçirme/düzenlemeyi üstlenmiştir.

Kaynak-içi tutarlılık notu: Tablo 3'te 2001 ve 2002 toplamlarında görünür yuvarlanmış bileşenlerle küçük aritmetik farklar vardır. Ayrıca sonuç metni 1994 toplamını yaklaşık ZAR38,4 milyon ve USD2,08 milyon olarak verirken Tablo 3 ve sonuç bölümünün devamında yaklaşık ZAR38,5 milyon ve USD2,09 milyon ifadeleri de yer almaktadır. Verianla bu farklılıkları sessizce tek değere dönüştürmemiş; tabloda kaynak Tablo 3 değerlerini korumuştur.

Birim notu: Kaynak Tablo 4'te hacim ve giderim göstergeleri “mL/year” ve “kg/mL” olarak yazılmıştır. Kaynak bu gösterimin ölçeğini ayrıca açıklamadığından birim değiştirilmeden korunmuş ve yorum sınırı açıkça belirtilmiştir.

Yöntemsel sınır: Sonuçlar çeşitli yıllar ve çalışmalardan derlenmiş heterojen su kalitesi kayıtlarına, uyum eğrilerine ve WWTW maliyet/giderim verilerinin vekil kullanımına dayanmaktadır. Bu nedenle ekonomik değerler doğrudan piyasa işlemi, tam biyofiziksel besin bütçesi veya nedensel etki ölçümü olarak yorumlanmamalıdır.