Viljelykiertojen vertailussa voittajina luomu ja biokaasu

TUTKITTUA TIETOA: Kuinka viljelyn ravinnehuolto järjestetään tehokkaasti ja kestävästi? Tanskassa tutkittiin kolmen erilaisen luomuviljelyn toteutustavan hiilijalanjälkeä. Tiloilla toteutettujen pitkäaikaisten kenttäkokeiden perusteella apilanurmen biokaasutus päihitti vertailussa apilanurmen muokkauksen maahan, lietelannan käytön, tavanomaisen viljelyn ja lannoittamattomuuden.

Lannalle haetaan vaihtoehtoja

Luomutuotanto toimii niin Suomessa kuin maailmallakin usein lannan varassa. Luomutiloilla käytetään myös tavanomaisen tuotannon lantaa. Tämä on nähty ongelmallisena esim. Tanskassa, jossa on päätetty luopua tavanomaisen tuotannon lannan käytöstä vuoteen 2021 mennessä. Muutos vaatii ravinteiden hallinnan kehittämistä. Sitä vaatii myös luomun globaali kasvu. Samaan aikaan ilmastovaikutuksista tulee entistä tärkeämpiä kestävyyden kriteerejä.

Silloin kun luomuviljelyssä ei käytetä karjanlantaa, viljelykiertoon sisällytetään pääsääntöisesti palkokasveja. Nämä muokataan maahan kasvattamaan typpivarantoa. Kasviaines hajoaa maassa ja tarjoaa typpeä eri tahtiin kuin viljelykasvilla olisi siitä kysyntää. Typen hävikki saattaa kasvaa ja käytön tehokkuus vähetä.

Ravinteiden kysyntä ja tarjonta voidaan sovittaa paremmin toisiinsa, jos viherlannoite mädätetään ja biokaasutuksen liete levitetään viljelykasvien tarpeiden mukaan. Toinen mahdollisuus on, ettei viljelykierrossa anneta omaa vuoroa viherlannoitusta toteuttaville typensitojakasveille, vaan niitä käytetään kerääjäkasvina muiden viljelykasvien välissä. Normaalisti tällaiset kerääjäkasvit muokataan maahan ennen seuraavaa viljelykasvia. Tällaisessa kierrossa typensitojakasvit ehtivät sitoa vähemmän typpeä. Kerääjäkasvien etu on siinä, ettei typen sitomiseen tarvitse käyttää kokonaista kasvukautta.

Tutkituilla pelloilla sadot ja typen hävikki vaihtelivat suuresti. Kaikissa tapauksissa sadot olivat hyvin riippuvaisia käytetyistä lannoitteista ja lannasta. Eroja löytyi siitä, kuinka viljelykierrot ovat ulkoisten typenlähteiden varassa ja kuinka ne vaikuttavat maaperään. Näin monista vaikuttavista tekijöistä johtuen viljelykiertojen ilmastovaikutuksista puuttuu tietoa. Ilmastonsuojelu on luomuviljelyn keskeinen haaste ja vaihtoehtoisten ravinneratkaisujen yhdistetyt ilmastovaikutukset oli syytä tutkia.

Ilmastonäkökulma viljelykiertojen elinkaareen

Elinkaariarviointi on tunnustettu toimivaksi työkaluksi peltoviljelyn ilmastovaikutuksien arvioinnissa. Luomuviljely perustuu ravinteiden korkeaan kierrätysasteeseen sekä sadon sivuvirtojen ja viherlannoituskasvien hyödyntämiseen. Nämä luomuviljelyn erityispiirteet vaikeuttavat elinkaariarviointia. Viljelykierron eri kasvit sekä niiden sadot ja tuotot kytkeytyvät toisiinsa maan kasvukunnon kautta. Lisäksi peltomaan hiilivarantojen muutokset on syytä huomioida, koska luomuviljely usein kasvattaa niitä.

Tutkimuksessa käytettiin kolmen alueen (Jyndevad, Foulum, ja Flakkebjerg) viljelykierroista vuosina 2006-2008 kerättyä aineistoa. Viljelykiertokokeet on alun perin perustettu näille alueille 1997. Kenttäkokeissa saatiin tutkimustietoa kolmesta erilaisesta luomuviljelyn tavasta, jotka perustuivat lietelantaan, biokaasuun ja kateviljelyyn. Näitä verrattiin toisaalta viljelyyn väkilannoitteiden avulla ja toisaalta viljelyyn ilman mitään lannoitusta. Kateviljelyvaihtoehdon ja biokaasuvaihtoehdon viljelykierroissa oli vuosi apilanurmea ja lietelantaa hyödyntävässä kierrossa vuosi härkäpapua. Kateviljelyssä apilanurmi muokattiin maahan ja biokaasukierrossa siitä tehtiin biokaasua. Mallissa oletettiin, että biokaasun tuotannon sivutuotteet palautetaan pellolle.
Kaikissa viidessä tutkitussa viljelykierrossa typpilannoitus oli ratkaistu eri tavalla. Jokainen viljelykierto oli nelivuotinen sisältäen perunaa, syysvehnää ja kevätruista. Lisäksi osaan viljelykierroista kuului joko myytävä härkäpapu tai viherlannoituksena käytettävä apilanurmi. Kerääjäkasvit kylvettiin joko viljojen tai härkäpavun alle keväällä. Luomuviljelyssä kerääjäkasvit olivat englanninraiheinää joko puhtaana tai seoksena sikurin sekä valko- ja puna-apilan kanssa.

Kuva 1. Tutkimuksessa analysoidut viljelykierrot.

Viljelykierto1

Viljelyssä käytettyjen panosten tuotannon ja peltoviljelyn prosessien ilmastovaikutukset otettiin mukaan laskelmiin, samoin maaperän hiilivarannon muutokset. Biokaasuvaihtoehdossa huomioitiin kaasun tuotantoprosessi. Koska tuotetulla biokaasulla pystyttiin korvaamaan maakaasua, hyvitettiin vastaavan maakaasumäärän ilmastovaikutukset.

Biokaasuntuotanto kutistaa hiilijalanjäljen

Tuloksena oli, että luomun biokaasukierrossa sadon hiilijalanjälki oli huomattavasti muita pienempi. Hehtaaria kohti myös muut luomuvaihtoehdot olivat tavanomaista viljelyä parempia. Saatuun satoon suhteutettuna biokaasua hyödyntävä luomukierto oli ylivoimaisesti paras. Muut olivat melko tarkkaan tasoissa, niiden hiilijalanjälki vaihteli 424 grammasta 474 grammaan hiilidioksidia satokiloa kohti. Laskelmien mukaan biokaasukierto jopa hillitsee ilmastonmuutosta, eli sen tuottaman sadon hiilijalanjälki on hienokseltaan negatiivinen.

Kuva 2. Eri viljelykiertojen hiilijalanjäljet 2006-2008 laskettuina hehtaaria ja satotonnia kohti.

Viljelykierto2

Tulokset toistuivat suurin piirtein samanlaisina kaikilla kolmella alueella. Tavanomainen viljely pärjäsi suhteellisesti parhaiten hiekkaisilla mailla. Yleisesti ottaen karkealla hiekkamaalla vaadittiin enemmän sähköä kuluttavaa kastelua ja saatiin suhteessa pienempiä satoja. Näistä syistä myös sadon hiilijalanjälki nousi muita alueita suuremmaksi.

kuva 3. Sadon hiilijalanjäljen (g CO2 ekv. kg-1) koostumus osatekijöistä eri viljelykierroissa koepelloilla vuosina 2006-2008.

Viljelykierto3

Maaperän hiili on tärkeää huomioida

Monesti viljelyn ilmastovaikutusten tarkastelua yksinkertaistetaan sivuuttamalla maaperän hiili. Tämä tutkimus korosti maaperän hiilen huomioimisen tärkeyttä menetelmällisistä hankaluuksista huolimatta. Maaperän hiilen vaikutuksen lähtökohdat valittiin kuitenkin varovasti, ja toisenlaisilla valinnoilla hiilen merkitys olisi ollut suurempi. Tässä tutkimuksessa arvioitiin maaperän kasvanutta hiilimäärää sadan vuoden aikajänteellä, jolloin hiililisästä arvioitiin pidättyvän 10 %. Kahdenkymmenen vuoden aikajänteellä hiililisästä pidättyisi arviolta 21 %, ja parhaiten hiiltä maaperään lisäävä kateviljelymallin kierron hiilijalanjälki pienenisi selvästi. Lisäksi aiemmissa tutkimuksissa on huomattu, että luomuviljelyssä viljat kasvattavat enemmän juuria kuin tavanomaisessa viljelyssä. Tämä vaikuttaa hiilen kertymiseen maaperään ja sitä kautta viljelykiertojen hiilitaseisiin. Vaikutusta ei ole kuitenkaan huomioitu tässä tutkimuksessa, vaan juurten hiili laskettiin kansainvälisen ilmastopaneelin (IPCC) yleisiä ohjeita seuraten.

Biokaasukierron ja muiden kiertojen ero syntyy biokaasun käytöstä energiantuotannossa. Tutkimuksessa hiilijalanjälki laskettiin sen mukaan, että biokaasulla korvataan maakaasua. Ilmastonsuojelun edetessä fossiilisten polttoaineiden käyttöä vähennetään voimakkaasti seuraavien vuosikymmenten aikana. Kun hiilitaseeltaan paremmat energiantuotantotavat valtaavat alaa, ei ole enää perusteltua olettaa maataloudessa tuotettavan biokaasun korvaavan ainakaan yksinomaan fossiilisia polttoaineita. Edelleen laskelmassa oletetaan, että kaasua käytetään yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa. Pelkässä sähköntuotannossa biokaasukierron etu kutistuu.

Tutkimuksen tekijöiden mukaan on tärkeää analysoida koko viljelykierto ja sisällyttää luomutuotannon arviointiin maaperän hiilen muutokset. Erityisen tärkeää tämä on silloin, kun käytetään viherlannoitusta. Tutkimus korostaa viljelykäytäntöjen merkitystä. Niillä voi olla ratkaiseva vaikutus, kun verrataan luomutuotteen ja tavanomaisen tuotteen hiilijalanjälkiä kiloa kohden. Tässä nähdään selvästi, että luomutuotannon hiilijalanjäljessä on parantamisen mahdollisuuksia.

Lähde: Knudsen ym. 2012: Carbon footprints of crops from organic and conventional arable crop rotations – using a life cycle assessment approach. Journal of Cleaner Production. Volume 64, 1 February 2014, Pages 609–618
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652613004708

 

teksti: Harri Hakala