{"id":14998,"date":"2026-05-07T12:43:45","date_gmt":"2026-05-07T12:43:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/aslihan-ural-janssen\/"},"modified":"2026-05-07T12:44:03","modified_gmt":"2026-05-07T12:44:03","slug":"aslihan-ural-janssen","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/aslihan-ural-janssen\/","title":{"rendered":"ASLIHAN URAL JANSSEN"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":14999,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-14998","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Integrated modeling of nutrient emissions to air and water","samenvatting":"In Europa zijn intensieve landbouw en verstedelijking belangrijke bronnen van nutri\u00ebntenemissies naar de lucht en het oppervlaktewater (rivieren en kustwateren). Verhoogde emissies van stikstof (N) en fosfor (P) kunnen schadelijke effecten hebben op de menselijke gezondheid en het milieu. Ge\u00efntegreerde nutri\u00ebntenanalyses die zowel lucht als oppervlaktewater omvatten, zijn tot op heden beperkt beschikbaar, met name op stroomgebiedschaal voor de Europese Unie (EU) en het Verenigd Koninkrijk (VK). Dit belemmert een beter begrip van hotspots van lucht- en waterverontreiniging, hun oorzaken en toekomstige trends. Daardoor is het lastig om stroomgebiedsspecifieke reducties te identificeren die nodig zijn om toekomstige verontreiniging te voorkomen. Ge\u00efntegreerde modellen zijn noodzakelijk om deze kennislacunes te vullen, maar bestaan nauwelijks voor gecombineerde beoordelingen van lucht- en oppervlaktewaterverontreiniging voor EU-stroomgebieden, inclusief het VK.\n\nOndanks de vooruitgang van het EU-beleid zijn nutri\u00ebntenbeheer strategie\u00ebn nodig die gelijktijdig lucht- en waterverontreiniging verminderen. De effecten van dergelijke strategie\u00ebn zijn echter nog nauwelijks onderzocht voor Europese stroomgebieden en toekomstige perioden, waarbij rekening wordt gehouden met sociaaleconomische ontwikkelingen en klimaatverandering (drijvende krachten achter mondiale verandering). De groeiende bevolking en de toenemende vraag naar landbouwproductiviteit vergroten de noodzaak van hernieuwbare alternatieven, zoals bio-based meststoffen (BBFs), ter vervanging van niet-hernieuwbare kunstmest. BBFs kunnen potentieel bijdragen aan het verminderen van nutri\u00ebntenverontreiniging door het terugwinnen van nutri\u00ebnten uit dierlijke mest en zuiveringsslib. De milieueffecten van BBFs worden echter vaak geanalyseerd op kleine schaal en doorgaans specifiek voor lucht- of waterverontreiniging. Bovendien is het gecombineerde effect van BBFs en andere nutri\u00ebntenbeheer strategie\u00ebn op lucht- en waterverontreiniging onder aardsysteemveranderingen op EU-niveau onvoldoende onderzocht. Hierdoor ontbreekt een samenhangend beleid voor de adoptie en implementatie van BBF-producten in de EU en het VK.\n\nHet hoofddoel van dit proefschrift is daarom het vergroten van inzicht in stroomgebiedsspecifieke patronen van nutri\u00ebntenemissies naar de lucht en het oppervlaktewater, en het verkennen van de rol van BBFs en andere nutri\u00ebntenbeheer strategie\u00ebn bij het terugdringen van toekomstige nutri\u00ebntenverontreiniging onder mondiale veranderingen in de EU en het VK.\n\nDaartoe worden drie subdoelen (S) gerealiseerd:\nS1: Het kwantificeren van de bijdrage van landbouwactiviteiten aan lucht-, rivier- en kustwaterverontreiniging, met de nadruk op nutri\u00ebnten in Europese stroomgebieden (Hoofdstuk 2);\nS2: Het beoordelen van toekomstige riviertransporten van N en P en het identificeren van benodigde reducties om kust-eutrofi\u00ebring in Europa te voorkomen onder mondiale verandering (Hoofdstuk 3);\nS3: Het kwantificeren van de effecten van het gebruik van teruggewonnen N uit mestverwerking en teruggewonnen P uit zuiveringsslib, het verhogen van N- en P-gebruikeffici\u00ebnties in de landbouw en het verbeteren van rioolwaterzuiveringinstallaties om toekomstige nutri\u00ebntenemissies naar de lucht, de nutri\u00ebntentoevoer naar rivieren en het nutri\u00ebntentransport naar kustwateren in Europa te reduceren (Hoofdstuk 4).\n\nDit proefschrift bestaat uit vijf hoofdstukken. Hoofdstuk 1 onderbouwt de onderzoeksdoelstellingen. Hoofdstuk 2 beschrijft de modelontwikkeling voor het recente verleden (S1). Hoofdstukken 3 en 4 richten zich op modeltoepassingen voor de toekomst onder respectievelijk sociaaleconomische en klimatologische ontwikkelingen (S2), en voor verschillende scenario\u2019s inclusief BBFs en andere nutri\u00ebntenbeheer strategie\u00ebn (S3). Hoofdstuk 5 bevat de synthese en discussie van de onderzoeksresultaten, gevolgd door een toekomstperspectief. Hieronder wordt het onderzoek uit Hoofdstukken 2\u20134 samengevat.\n\nHoofdstuk 2 (S1) presenteert het nieuw ontwikkelde MARINA-Nutrients-model voor Europa (Models to Assess River Inputs of pollutaNts to seAs for Nutrients). Het model kwantificeert jaarlijkse N-emissies naar de lucht vanuit landbouwactiviteiten, de toevoer van N en P naar rivieren en hun transport naar kustwateren vanuit punt- en diffuse bronnen. Diffuse bronnen omvatten het gebruik van kunstmest en dierlijke mest op landbouwgrond, biologische N\u2082-fixatie door vegetatie, atmosferische N-depositie op land, uitspoeling van organische stof en verwering van P-houdende mineralen. Puntbronnen bestaan uit rioolstelsels. Het model is toegepast op 601 (deel)stroomgebieden voor de periode 2017\u20132020. Nieuwe modelinzichten laten zien dat bijna twee vijfde van de reactieve N-emissies naar de lucht vanuit de landbouw afkomstig is van dierlijke huisvesting en opslag. Landbouw \u2013 met name het gebruik van kunstmeststoffen en dierlijke mest \u2013 en rioolstelsels zijn op EU-niveau verantwoordelijk voor 55% van de N- en 67% van de P-belasting van rivieren. Bijna een derde van het Europese stroomgebiedsoppervlak bestaat uit verontreinigingshotspots (lucht, water of beide), die samen meer dan de helft van de N-emissies naar de lucht en nutri\u00ebntenverontreiniging in rivieren veroorzaken. Bovendien woont 59% van de totale bevolking in het studiegebied in deze hotspots. Hotspots zijn gedefinieerd als stroomgebieden waar de totale N-emissie naar de lucht en nutri\u00ebnteninput naar rivieren hoger is dan het 80e percentiel.\n\nHoofdstuk 3 (S2) beschrijft de benodigde reducties van toekomstige nutri\u00ebntentransporten via rivieren om kust-eutrofi\u00ebring in 2050 te voorkomen. Hiervoor is een toekomstig basisscenario ontwikkeld en een backcasting-benadering toegepast. Het basisscenario combineert de verhaallijnen van Shared Socio-economic Pathway 5 (fossiele brandstof-gedreven ontwikkeling) en Representative Concentration Pathway 8.6 (extreme klimaatverandering) en is doorgerekend met het MARINA-Nutrients-model. Met behulp van de Indicator for Coastal Eutrophication Potential (ICEP) wordt een doelstelling voor lage eutrofi\u00ebring vastgesteld. De resultaten tonen aan dat de nutri\u00ebntentransport naar Europese zee\u00ebn in 2050 naar verwachting met 13\u201328% zal toenemen ten opzichte van 2017\u20132020. Dierlijke mest en kunstmest dragen naar verwachting voor 35% bij aan de toekomstige N-export via rivieren, terwijl de resterende bijdragen voornamelijk afkomstig zijn van rioolstelsels (22%), atmosferische N-depositie op landbouwgrond (14%) en uitspoeling van organische stof (10%). Rioleringssystemen zijn naar verwachting verantwoordelijk voor 70% van de toekomstige P-export. Het voorkomen van kust-eutrofi\u00ebring vereist voor de tien meest vervuilde rivieren een reductie van meer dan 47% voor N en tot 77% voor P in 2050 ten opzichte van 2017\u20132020. In deze stroomgebieden zal naar verwachting 42% van de bevolking wonen, die mogelijk wordt getroffen door kust-eutrofi\u00ebring.\n\nHoofdstuk 4 (S3) biedt nieuwe inzichten in de effecten van BBFs op het verminderen van toekomstige nutri\u00ebntenemissies naar de lucht en nutri\u00ebntentoevoer naar oppervlaktewateren in de EU en het VK, in combinatie met andere nutri\u00ebntenbeheer strategie\u00ebn. De onderzochte BBFs zijn teruggewonnen stikstof uit mestverwerking (ReNuRe) en teruggewonnen fosfor uit behandeld zuiveringsslib (RPSS). Zes scenario\u2019s voor 2050 zijn ontwikkeld, waaronder het gebruik van BBFs alleen en in combinatie met verhoogde nutri\u00ebntengebruikseffici\u00ebnties in de landbouw en verbeterde rioolwaterzuivering. Deze scenario\u2019s zijn doorgerekend met het geactualiseerde MARINA-Nutrients-model voor 2050. De resultaten laten zien dat de inzet van ReNuRe -producten in combinatie met een verhoogde N-gebruikseffici\u00ebntie een synergetische optie is, resulterend in reducties van 30% in N-emissies naar de lucht, 23% in N-toevoer naar rivieren en 20% in N-transport naar kustwateren ten opzichte van het toekomstig basisscenario. Door het combineren van RPSS, verhoogde P-gebruikseffici\u00ebntie en verbeterde rioolwaterzuivering worden reducties van 68% in P-input naar rivieren en 62% in P-export naar kustwateren verwacht. De resultaten tonen aan dat RPSS alleen al kan voorzien in de fosfor mestbehoefte van de EU en het VK in 2050.\n\nHoofdstuk 5 synthetiseert de onderzoeksresultaten en behandelt deze aan de hand van een SWOT-analyse (Strengths, Weaknesses, Opportunities, Threats). De sterke punten omvatten een nieuw ge\u00efntegreerd nutri\u00ebntenmodel voor lucht en oppervlaktewater, vertrouwensopbouwende benaderingen en het gebruik van verschillende typen scenario\u2019s (predictief, exploratief en normatief). De zwakke punten zijn onder meer de hotspotdefinitie, de stationaire modelbenadering, ontbrekende (lokale) bronnen en het ontbreken van andere BBF-typen. Kansen zijn er voor diepgaandere analyses van toekomstige trends in lucht- en waterverontreiniging, onder andere door de flexibele soft-coupling-opzet van het MARINA-Nutrients-model en de interacties tussen BBFs en andere nutri\u00ebntenbeheer strategie\u00ebn. Bedreigingen hebben betrekking op onzekerheden in de modelleringsketen, mogelijke afwegingen en beleidsmatige barri\u00e8res voor de implementatie van BBFs. Op basis hiervan worden perspectieven op BBFs en hun rol in het verminderen van lucht- en waterverontreiniging besproken vanuit milieu, agronomische, technologische, beleidsmatige en sociaaleconomische invalshoeken.\n\nConcluderend laat dit proefschrift zien dat nutri\u00ebntenverontreiniging in stroomgebieden van de EU en het VK naar verwachting in de toekomst zal toenemen, waardoor aanzienlijke reducties van N- en P-emissies noodzakelijk zijn. Tegelijkertijd bestaan er synergetische oplossingen om nutri\u00ebntenemissies naar zowel de lucht als het oppervlaktewater te verminderen en toekomstige kust-eutrofi\u00ebring te voorkomen. BBFs vormen een veelbelovende strategie waarvan het reductiepotentieel vaak wordt onderschat. Het proefschrift benadrukt dat BBFs vooral effectief zijn wanneer zij worden gecombineerd met hogere nutri\u00ebntengebruikseffici\u00ebnties en verbeterde rioolwaterzuivering. Dit biedt belangrijke kansen om de milieudoelstellingen van de EU en de duurzame ontwikkelingsdoelen voor schone lucht en schoon water te ondersteunen.","summary":"Intensive agriculture and urbanization are important sources of nutrient emissions to the air and surface waters (rivers and coastal waters) in Europe. Elevated levels of nitrogen (N) and phosphorus (P) emissions can cause impacts on human health and the environment. Integrated nutrient assessments of both air and surface waters are, so far, limited, especially on the basin scale for the European Union (EU) and the United Kingdom (UK). This hinders a better understanding of air and water pollution hotspots, their causes and future trends. As a result, it is not easy to identify basin-specific required reductions to avoid future pollution. Integrated models are needed to fulfill these knowledge gaps, but hardly exist for both air and surface water pollution assessments for the EU basins and the UK.\n\nDespite the progress of the EU policies, nutrient management strategies to reduce both air and water pollution simultaneously are needed. However, their effects have not been explored for European basins and future years while considering socioeconomic developments and climate change (global change drivers). Increasing population and demand for agricultural productivity urge the renewable alternatives such as bio-based fertilizers (BBFs) to replace nonrenewable synthetic fertilizers. BBFs could potentially reduce nutrient pollution through nutrient recovery from animal manure and municipal sewage sludge. However, the environmental effects of BBFs are often analyzed at small scales and for either air or water pollution. Additionally, the combination of BBFs with other nutrient management strategies to reduce air and water pollution is poorly understood at the EU level under global change. Consequently, there is a lack of a comprehensive policy for the adoption and implementation of these BBF products in the EU and the UK.\n\nThe main objective of this PhD thesis is, therefore, to enhance our understanding of basin-specific nutrient emissions to the air and surface waters, and explore the role of BBFs and other nutrient management strategies to reduce future nutrient pollution under global change across the EU and the UK.\n\nTo this end, three research sub-objectives (SO) are achieved:\n\u2022 SO1: To quantify the contribution of agricultural activities to air, river and coastal water pollution simultaneously with a focus on nutrients in European basins (Chapter 2);\n\u2022 SO2: To assess the future river exports of N and P, and identify required reductions to avoid coastal eutrophication in Europe under global change (Chapter 3);\n\u2022 SO3: To quantify the effects of using recovered N from manure processing and recovered P from treated sewage sludge, increasing N and P use efficiencies in agriculture, and improving sewage treatments on reducing future nutrient emissions to the air, and losses to rivers and coastal waters of Europe (Chapter 4).\n\nThis PhD thesis contains five chapters. Chapter 1 justifies the research objectives. Chapter 2 provides model development for the recent past (SO1). Chapters 3 and 4 focus on model applications for future under socioeconomic developments and climate change (SO2) and under different scenarios including BBFs and other nutrient management strategies (SO3). Chapter 5 provides the synthesis of research outcomes and their discussion, followed by a future outlook. Below, I summarize the research carried out for Chapters 2-4.\n\nChapter 2 (SO1) presents the newly developed MARINA-Nutrients model for Europe, which is short for Models to Assess River Inputs of pollutaNts to seAs for Nutrients. The model quantifies the annual N emissions to the air from agricultural activities, inputs of N and P to rivers, and their exports to coastal waters from point and diffuse sources. Diffuse sources include the application of synthetic fertilizers and animal manure on agricultural land, biological N2 fixation by vegetation and atmospheric N deposition on land, leaching of organic matter and weathering of P-contained minerals. Point sources are sewage systems. The model is applied for 601 (sub)basins in 2017-2020. New modeling insights reveal that almost two-fifths of reactive N emissions to the air from agriculture are from animal housing and storage. Agriculture \u2013mainly the application of synthetic fertilizers and manure\u2013 and sewage systems are responsible for 55% of N and 67% of P in rivers, respectively, at the EU level. Nearly a third of the European basin area is pollution hotspots (air, water, or both), producing over half of N emissions to the air and nutrient pollution in rivers. Moreover, 59% of the total population in the study area lives in those hotspots. Such hotspots are basins where total N emission to the air and nutrient inputs to rivers exceed the 80th percentile (the top 20%).\n\nChapter 3 (SO2) provides the required reductions for future river exports of nutrients to avoid coastal eutrophication in 2050. To this end, a future baseline scenario is developed and a backcasting approach is applied. A future baseline scenario combines the storylines of the existing Shared Socio-economic Pathway 5 (fossil-fuel-based) and Representative Concentrative Pathways 8.6 (high-end climate change) and is executed by the MARINA-Nutrients model from Chapter 2. A backcasting approach establishes a target for low eutrophication using an Indicator for Coastal Eutrophication Potential (ICEP). New insights reveal that nutrient export to European seas is expected to increase by 13-28% in 2050 relative to the period of 2017-2020. Manure and fertilizers are projected to contribute to future N export by rivers by 35%, while the remainder is mainly from sewage systems (22%), atmospheric N deposition over agricultural areas (14%), and leaching of organic matter (10%) from agricultural areas. Sewage systems are projected to be responsible for 70% of future P export by rivers. Avoiding future coastal eutrophication requires over 47% less N and up to 77% less P exports individually by the top ten polluted rivers in 2050 relative to the period of 2017-2020. The basins of these polluted rivers are expected to host 42% of the population in 2050, which potentially might be affected by coastal eutrophication.\n\nChapter 4 (SO3) provides novel insights into the effects of BBFs on reducing future nutrient emissions to the air and surface waters across the EU and the UK in combination with other nutrient management strategies. The BBFs considered are REcovered Nitrogen from manURE (ReNuRe) and Recovered P from treated Sewage Sludge (RPSS). Six scenarios are developed for 2050 and include the use of BBFs alone and in combination with increased nutrient use efficiencies in agriculture and improved sewage treatments. These new scenarios are executed by the updated MARINA-Nutrients for Europe for the year 2050. New insights reveal that adopting ReNuRe products with increased N use efficiency is found to be a synergistic option to reduce N emissions to the air (30%), and N inputs to rivers (23%) and N export by rivers to coastal waters (20%) of Europe in 2050 compared to the future baseline scenario (taken from Chapter 3). By combining the use of RPSS, increased P use efficiency and enhanced sewage treatment, 68% less P inputs to rivers and 62% less P export by rivers to coastal waters are projected relative to the future baseline in 2050. Results show that the RPSS alone can fulfill the P fertilizer needs of the EU and the UK by 2050.\n\nChapter 5 provides the synthesis of the research outcomes and discusses them in terms of the strengths (S), weaknesses (W), opportunities (O) and threats (T) using the SWOT approach. Strengths include a novel integrated nutrient model for both air and surface waters, building trust approaches, and different scenario types (predictive, explorative, and normative). The main weaknesses of this research are related to the hotspot definition, a steady-state modeling approach and missing (local) sources, and missing other BBF types. Despite these weaknesses, the thesis offers opportunities for more in-depth analysis of future trends in air and water pollution. These opportunities lie in a soft-coupling design of the MARINA-Nutrients to facilitate model development, its uncalibrated approach that offers the flexibility for scenario development, and interactions between BBFs and other nutrient management strategies to support future pollution control. The thesis has threats that are related to uncertainty along the modeling chain, potential trade-offs, and policy associated barriers for implementing BBFs. Building on these reflections, the main perspectives on BBFs and their role in air and water pollution (reduction) are discussed by synthesizing the existing knowledge and the results of this thesis. These perspectives are associated with the environmental, agronomic, technological, policy and socioeconomic aspects. Additionally, effective implementation and adoption of BBFs across scales requires the integration of the aforementioned aspects. Thus, a future outlook should build on the modeling tool, scientific insights, and solutions of this thesis to further explore not only BBFs but also other strategies to reduce air and water pollution simultaneously.\n\nTo conclude, this PhD thesis shows that nutrient pollution in the EU and the UK basins is expected to increase in the future. As a result, considerable amounts of N and P emissions should be reduced. However, synergetic solutions exist for reducing nutrient emissions to both air and surface waters and avoiding future coastal eutrophication in EU seas. BBFs offer a promising strategy and their reduction potential is often undervalued. The thesis highlights that BBFs are effective in pollution reduction when they are combined with higher nutrient use efficiencies and improved wastewater treatment. This all opens opportunities to support the EU environmental ambitions as well as the sustainable development goals for good air quality and clean water.","auteur":"ASLIHAN URAL JANSSEN","auteur_slug":"aslihan-ural-janssen","publicatiedatum":"1 juni 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/aslihanuraljanssen?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/f9ef7d85-4db2-410a-8344-e2137ffa9f81\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18660","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":15000,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14998","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=14998"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14998\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15001,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/14998\/revisions\/15001"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/14999"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=14998"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=14998"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}