Ravinnekuormituksen arviointi: ravinnetaseista ravinnetehokkuuteen

Ravinnetaseet kuvaavat systeemiin tulevien ja systeemistä poislähtevien ravinteiden erotuksen. Tähänastisessa tarkastelussa maatalouden ravinteiden käyttöä ei ole kyetty kuvaamaan millään vertailukelpoisella, yhteismitallisella suureella. Ravinnetaseet eivät sellaisenaan sovellu kuvaamaan tilakohtaista ravinteiden hyväksikäyttöä. Keskeisimmät ongelmat liittyvät tulosten tulkintaan ja erilaisten ravinnevirtojen hallintaan. Tutkija Pentti SEuri tarkastelee ravinnetaseiden hyödyntämistä ja ravinnetehokkuuden määrittämistä.

Miten kuvata ravinnetalouden tehokkuutta?

Tähänastisessa tarkastelussa maatalouden ravinteiden käyttöä ei ole kyetty kuvaamaan millään vertailukelpoisella, yhteismitallisella suureella. Ravinnetaseita on ollut tarkoitus käyttää tähän tarkoitukseen, mutta olemassa olevien ravinnetaseiden (peltotase, porttitase, karja(n)tase) käyttöön ja tulkintaan liittyy ratkaisevia heikkouksia ja puutteita.  Ne eivät sellaisenaan sovellu kuvaamaan tilakohtaista ravinteiden hyväksikäyttöä. Keskeisimmät ongelmat liittyvät tulosten tulkintaan ja erilaisten ravinnevirtojen hallintaan. Esim. peltotase antaa lähes poikkeuksetta karjatilalle heikompia taseita; ilmiö johtuu mm. siitä, että erityisesti typen osalta karjanlannan ja väkilannoitteen satovaste poikkeaa oleellisesti toisistaan. Eräänä varteenotettavana vaihtoehtona esittelen kehittämäni uuden ravinnetaseen – primääriravinnetaseen.Ravinnetase= ravinnepanos – ravinnetuotos

Ravinnetaseet kuvaavat systeemiin tulevien ja systeemistä poislähtevien ravinteiden erotuksen. Systeemiksi voidaan valita kulloinkin mielenkiinnon kohteena oleva rajattu systeemi, esim. valtio, valuma-alue, maatila tai peltolohko. Ylijäämäinen ravinnetase (systeemiin tulee enemmän ravinteita kuin poistuu, tase positiivinen) merkitsee potentiaalista ravinnekuormitusta ympäristöön; vastaavasti alijäämäinen ravinnetase (systeemiin tulee vähemmän ravinteita kuin poistuu, tase negatiivinen) kuvastaa maan ravinnemäärän vähenemistä, maan köyhtymistä.

Tase apuna ympäristökuormitusriskin määrittämisessä

Ravinnetase sellaisenaan ei kuitenkaan ota kantaa siihen, toteutuuko kuvattu potentiaalinen ravinnekuormitus todella. Hyvänä esimerkkinä taseen ilmoittaman potentiaalisen ravinnekuormituksen ja toteutuneen ravinnekuormituksen välisestä erosta on fosforilannoitus. Aina 1980-luvulle asti Suomessa ajateltiin yleisesti (tehtyihin havaintoihin nojautuen), että peltoon voi lisätä merkittäviäkin määriä lannoitefosforia ilman mainittavaa ympäristökuormituksen vaaraa, koska ylimääräinen fosfori voi sitoutua maahan ja näin lisätä maan fosforivarantoa. Fosforia voimakkaasti pidättävissä maissa pellon fosforitaseen ja toteutuneen fosforikuormituksen välillä ei välttämättä olekaan löydettävissä juuri minkäänlaista korrelaatiota.

Ravinnetase sellaisenaan ei siis pysty kertomaan systeemin aiheuttamasta ravinnekuormituksesta, mutta ravinnetase on hyödyllinen apuväline arvioitaessa lannoituksen määrää suhteessa saatuun satoon ja pellon ravinteisuuteen.

Tase ei välttämättä kerro tehokkuutta

Toisinaan ravinnetaseen ajatellaan kuvaavan ravinteiden käytön tehokkuutta. Ajatellaan, että pieni ravinnetaseen ylijäämä on parempi/tehokkaampi kuin suuri taseen ylijäämä. Näin ei kuitenkaan välttämättä asianlaita ole. Systeemiin tulevien ravinteiden ja systeemistä (sadon mukana) poistuvien ravinteiden erotuksena ilmaistu tase ei sellaisenaan ota mitään kantaa ravinteiden käytön tehokkuuteen. Syynä on ensisijaisesti se, että näin ilmaistu tase ei ole suhteutettu lainkaan tuotokseen; samaan taseeseen voidaan päästä rajattomalla määrällä erilaisia panos – tuotos –suhteita. Esimerkiksi 20 kg/ha ylijäämäiseen typpitaseeseen päädytään systeemissä, jossa tulevan typen määrä on 40 kg/ha ja sadossa poistuu 20 kg/ha; vaihtoehtoisesti systeemiin voi tulla 100 kg/ha typpeä ja poistua sadon mukana 80 kg/ha. On ilmeistä, että ensimmäisessä systeemissä typen hyödyntäminen on tehottomampaa kuin jälkimmäisessä – vaikka kummassakin tapauksessa typpitase on saman suuruinen.

Mikäli ravinnetasetta halutaan käyttää ravinteiden käytön tehokkuuden kuvaajana, tulee tase suhteuttaa tuotokseen. Yksinkertaisimmillaan tämä voidaan toteuttaa jakamalla tuotoksen (sato) ravinnemäärä systeemiin tulevien ravinteiden määrällä. Aiemmassa esimerkissä ensimmäisessä tapauksessa 20/40=0,5 ja jälkimmäisessä 80/100=0,8; sadalla kertomalla saadaan suhdeluku prosenteiksi, joka voidaan sellaisenaan tulkita hyötysuhteeksi, tai hyödyntämistehokkuudeksi.

Käytän tässä esityksessä käsitettä ”tase” erotuksesta ja vastaavasti käsitettä ”tehokkuus” vastaavien taseiden osalta poistuvien ravinteiden suhteesta tuleviin ravinteisiin. Muodostuu siis käsiteparit, joissa -tase on erotus ja –tehokkuus samojen lukujen suhde (muutettu prosenteiksi kertomalla sadalla:

  • porttitase – porttitehokkuus
  • peltotase – peltotehokkuus
  • karjatase – karjatehokkuus
  • primääritase – primääritehokkuus

Koska kummankin käsitteen lähtötiedot (systeemiin tulevien ravinteiden määrä ja sadossa poistuvien ravinteiden määrä) ovat identtiset, käytän käsiteparista ensisijaisesti tase –nimitystä, jos asian kannalta ei ole merkitystä sillä, onko kyse erotuksesta vai suhteesta.

Yhteismitattomuus vaikeuttaa tulkintaa

Systeemin tuottaman tuotoksen ravinnemäärän suhde systeemiin tuleviin ravinteisiin ei sekään kerro koko totuutta ravinteiden todellisesta hyödyntämistehokkuudesta. Keskeinen ongelma liittyy erilaisten lannoitteiden ja tuotosten yhteismitattomuuteen sekä aineen häviämättömyyteen ja sen myötä aineen ikuiseen kiertokulkuun. Esimerkiksi peltotaseen tarkastelussa väkilannoitetypellä voidaan parhaimmillaan saavuttaa jopa 80 % hyötysuhde, mutta karjanlannan typen osalta jo 40 % hyötysuhdetta voidaan pitää korkeana. Vastaavasti porttitaseen tarkastelussa ero kasvinviljelytilojen ja kotieläintilojen kesken voi olla vielä selvästi suurempi.

Johtopäätöksissä oltava huolellinen

Johtopäätökset, että väkilannoitteen käyttö on tehokkaampaa ja ympäristöystävällisempää kuin karjanlannan, tai että kasvinviljelytilat ovat tehokkaampia ravinteiden hyödyntäjiä kuin kotieläintilat, ovat kuitenkin selvästi virheellisiä. Sellaisessa toimintaympäristössä, missä valtaosa kasvinviljelyn sadosta hyödynnetään kotieläinten rehuna – esim. Suomessa n. 80 % – ei ole mahdollista tarkastella kasvintuotannon ympäristövaikutuksia irrallisena kotieläintuotannosta. Onhan kuitenkin niin, että kasvinviljelytilan sato valtaosaltaan siirtyy seuraavassa hetkessä kotieläintilalle ostorehun muodossa ja tämän saman sadon ravinteet aiheuttavat vielä merkittäviä ympäristövaikutuksia kotieläintilalla. Samasta syystä emme myöskään voi hyödyntää ympäristöperustein millään tavoin havaintoamme, että väkilannoitteiden käyttö on tehokkaampaa kuin karjanlannan käyttö. Niin kauan kuin sadosta valtaosa käytetään karjan rehuna, syntyy myös karjanlantaa osana aineen kiertokulkua ja tehtävänämme on hyödyntää kierrätysravinteet ensin ja vasta sitten turvautua ulkopuolisiin lisäravinteisiin (esim. väkilannoitteet).

Ravinteiden alkuperä

Voidaan todeta, että ympäristön ravinnekuormitus syntyy ensisijaisesti siitä, että systeemiin tulee systeemin ulkopuolelta enemmän ravinteita kuin mitä systeemissä sato pystyy hyödyntämään. Tämän havainnon perusteella voimme jakaa ravinteet kahteen eri ryhmään:

  • a) systeemin ulkopuolelta tulevat ravinteet (primääriravinteet)
  • b) systeemin sisällä jo olevat ravinteet (sekundääriravinteet eli kierrätysravinteet)

Lähtökohtaisesti vain systeemin ulkopuolelta tulevat ravinteet voivat aiheuttaa ravinnekuormitusta. Näin ollen sellainen ravinnetase, joka kuvaa systeemin ulkopuolelta lisättävien ravinteiden määrää suhteessa tuotoksen ravinnemäärään, heijastaa selkeästi systeemin ravinnetehokkuutta ympäristökuormituksen näkökulmasta. Tätä suhdetta (tuotettu sato/primääriravinteiden määrä) kutsutaan primääriravinnesuhteeksi, tai primääriravinnetehokkuudeksi. Mitä enemmän satoa systeemi kykenee tuottamaan yhdellä yksiköllä systeemin ulkopuolelta lisättyä ravinnetta, sitä tehokkaampi ja ympäristöystävällisempi se on.

Koska käsitteet primääriravinne ja primääriravinnetehokkuus ovat melko huonosti tunnetut, vaatii niiden ymmärtäminen muutaman apukäsitteen määrittelyä:

  • 1) primääriravinne (p); ravinne, joka on peräisin tarkasteltavan systeemin ulkopuolelta ja käytetään systeemissä kasvintuotantoon (lannoitteeksi);
  • yksittäistä maatilaa tarkastellessa ostetut väkilannoitteet tai biologisen typensidonnan typpi
  • ovat primääriravinteita, samoin on esim. ostorehusta syntyvän lannan ravinteet primääriravinteita
  • 2) sekundääriravinne (m); (eli kierrätysravinne) ravinne, joka on jo valmiiksi tarkasteltavassa systeemissä käytettävissä kasvintuotantoon; tärkeimmät sekundääriravinteet ovat oman tilan sadosta syntyneen karjanlannan ravinteet
  • 3) kierrätyskerroin (k); kertoo paljonko tilan ravinteista on kiertäviä (sekundääriravinteita); kerroin lasketaan yksinkertaisesti vertaamalla tilan kokonaisravinnemäärää (p+m) pellolla tilan primääriravinteiden määrään: k = (p+m)/p; jos tilalla ei ole kierrätysravinteita, kerroin saa arvon 1,0; mikäli tilalla on kierrätysravinteita, kertoimen arvo on tyypillisesti 1 – 1,5; numeerisen arvon sanallinen tulkinta on: ”kuinka monta kertaa sama ravinne hyödynnetään tilalla”
  • 4) ravinteiden hyödyntämisaste (u) (=peltotehokkuus, sadon ravinteiden suhde pellolle tuleviin ravinteisiin); kertoo, miten paljon peltoon tarjotuista ravinteista sitoutuu satoon; lasketaan jakamalla sadon ravinnemäärä (y) kasvinviljelyn käytössä olevilla ravinteilla (p+m): u = y/(p+m)

Näiden apukäsitteiden avulla voidaan määritellä primääriravinnetehokkuus (PRI), vieläpä kahdella eri tavalla (lopputulos on identtinen):

PRI = y/p
PRI = k*u

Mitä primääriravinnetehokkuus kertoo?

Primääriravinnetehokkuus ilmaisee yksinkertaisesti sen, miten paljon satoa voidaan tuottaa maatalouteen (kasvintuotantoon) lisätyllä ravinnepanoksella. Tämä verranto pohjimmiltaan kuvaa koko maatalouden ravinteiden käytön hyvyyttä (tehokkuutta, hyötysuhdetta): mitä enemmän satoa voidaan tuottaa yhdellä lisätyllä ravinnepanoksella, sitä vähemmän maatalouteen lisätään ravinteita ja sitä vähemmän maatalous kuormittaa ympäristöä.

Ensimmäinen määritelmä (PRI = y/p) lienee melko helposti ymmärrettävissä. Toisen määritelmän (PRI = k*u) lopputulos on täsmälleen sama, mutta se havainnollistaa sitä, mistä kahdesta komponentista ravinteiden hyödyntäminen kokonaisuuden kannalta muodostuu. Ilman kierrätyskerrointa primääriravinnetase olisi identtinen peltotaseen kanssa. Kierrätyskerroin merkitsee sitä, että siltä osin, kun tilalla käytettävistä ravinteista osa on kierrätysravinteita, tila välttää primääriravinteiden käytön. Kierrätysravinteiden avulla korvattu primääriravinteiden käyttö parantaa oikeutetusti tilan ravinnetehokkuutta. Tulos on vertailukelpoinen kaikkien tilojen ja tuotantosuuntien välillä.

Primääriravinnetaseen ja peltotaseen keskeisimmät erot

Koska peltotaseen (ja sen avulla määritelty peltotehokkuus) laskenta ei tee mitään eroa primääriravinteiden ja sekundääriravinteiden kesken, antaa peltotase poikkeuksetta korkeampia hyödyntämisasteita sellaisille systeemeille, joissa käytetään vain väkilannoitetyppeä (karjattomat tilat) verrattuna systeemeihin, joissa karjanlantaa käytetään (karjatilat). Tuloksesta on vedetty valitettavan usein virheellinen johtopäätös, että karjaton viljatila edustaisi tehokkainta ravinteiden hyödyntämissysteemiä. Johtopäätös olisi oikea sellaisessa toimintaympäristössä, jossa karjattomien tilojen sato myös kulutettaisiin kasvinviljelytuotteina ihmisravintona.

Primääriravinnetase kykenee tarkastelemaan ravinteiden todellista hyödyntämisastetta. Kotieläintilat, joilla oman karjanlannan avulla voidaan korvata ostolannoitteita tehokkaasti, saavat myös hyvän primääriravinnetaseen (vaikka siis peltotase olisi heikompi kuin karjattomalla tilalla).

Peltotase ei milloinkaan voi antaa parempaa hyötysuhdetta kuin 100 % (käytännön maksimi n. 80 %), eli pellosta ei voi koskaan pysyvästi korjata sadossa enempää ravinteita kuin mitä sinne on annettu; meillä Suomessa väistämättömät (typen) tappiot ovat noin 20 %, joten yli 80 % peltotaseet perustuvat maan ravinnevarojen kuluttamiseen (ryöstöviljely, typestä puhuttaessa orgaanisen aineksen kuluminen).

Primääriravinnetase sen sijaan voi saada yli 100 prosentin kohoavia arvoja. Tällä ei ole mitään tekemistä ryöstöviljelyn kanssa; kyse on siis siitä, että sama ravinnekilo käytetään uudestaan ja uudestaan sadon tuottamiseen ja näin alun perin tilan ulkopuolelta hankitulla yhdellä ravinnekilolla voidaan tuottaa satomäärä, jossa on yhteensä yli kilo samaa ravinnetta.

Primääriravinnetaseen hyödyntäminen

Suomen peltoviljelyn kokonaissadosta (70 kg/ha typpeä) noin 80 % käytetään karjan rehuksi ja 20 % suoraan ihmisravinnoksi. Rehuksi käytetystä sadon osasta syntyvässä lannassa on noin 50 % kokonaissadon typestä (35 kg/ha typpeä). Näin ollen keskimäärin jokaista satona talteen korjattua typpikiloa kohti syntyy puoli kiloa lannan typpeä.

Koska peltotase määritetään kullakin tilalla, ei tase ota huomioon sitä, että karjattoman viljatilan omalla tilalla syntyvän ravinnekuormituksen lisäksi tilan toiminta aiheuttaa jossakin muualla lisäkuormituksen. Lisäkuormitus aiheutuu siitä, että karjattoman tilan tuottamasta rehusta syntyvä lanta on hyödynnettävä jossakin muualla kuin ko. tilalla. Puolet Suomen viljelysalasta kuuluu kotieläintalouden piiriin (lannanlevitysalaa). Käytännössä siis miljoonalla peltohehtaarilla on vastuu hyödyntää vuosittain 70 kg/ha lannan typpeä; vastaavasti miljoonalla peltohehtaarilla viljelijät on vapautettu täysin vastikkeetta kokonaan hyödyntämästä kierrätystyppeä, josta he ovat kuitenkin tuottaneet omalla toiminnallaan merkittävän osan.

Olen arvioinut, että koko maatalouden primäärityppitase on noin 74 % (1995-2005); mutta jos tase määritetään erikseen karjattomille tiloille (67 %) ja karjatiloille (80 %), niin karjatilat ovat onnistuneet lisäämään keskimääräistä typpisatoaan vain 28 kg/ha, vaikka ovat käyttäneet tähän 70 kg/ha karjanlannan typpeä ja 20 kg/ha väkilannoitetyppeä. On selvää, että kierrätysravinteiden epätasainen hyödyntämisvelvollisuus on sekä taloudellinen taakka osalle viljelijöitä, että tekee jokseenkin mahdottomaksi parantaa ravinteiden hyödyntämisastetta.

 

Teksti: Pentti Seuri,  vanhempi tutkija, MTT

Kirjallisuutta aiheesta:
SEURI, P. 2010. Ravinnetase ja ravinteiden kierto. In: toim. Sanna Rönkkönen, Lotta Ruokanen ja Lena Avellan. Miten Suomen rannikkovesien rehevöityminen pysäytetään? – poliittisista linjauksista käytännön toimiin : Ympäristöakatemian kutsuseminaari 7.-8.6.2010. Helsinki: Ympäristöareena. p. 21 .

SEURI, P. 2010. Ehdotus uudenlaisesta ravinnetaseajattelusta – primääriravinnetase. In: Miten Suomen rannikkovesien rehevöityminen pysäytetään? – poliittisista linjauksista käytännön toimiin : Ympäristöakatemian kutsuseminaari 7.-8.6.2010. Helsinki: Ympäristöareena. [1-4 p.]. [Url]

SEURI, P. 2010. Ravinnetase ja ravinteiden kierto. In: Miten Suomen rannikkovesien rehevöityminen pysäytetään? – poliittisista linjauksista käytännön toimiin : Ympäristöakatemian kutsuseminaari 7.-8.6.2010. Helsinki: Ympäristöareena. . [Url]

SEURI, P. 2008. Nitrogen utilization in integrated crop and animal production. In: eds. Thomas Alföldi et al.. Cultivate the future : 16th IFOAM organic world congress, Modena, Italy 16-20 June ’08 : book of abstracts. Bonn: International Federation of Organic Agriculture Movements. p. 229.

SEURI, P. 2008. Nitrogen utilization in integrated crop and animal production. In: eds. Daniel Neuhoff et al.. Cultivating the future based on science : volume 1 organic crop production. Bonn: International Society of Organic Agriculture Research. p. 142-145.

SEURI, P. 2008. Key issue in nutrient recycling: Integration between crop and animal production – conclusion about BERAS-project. In: New insights into sustainable cultivation methods in agriculture : NJF seminar 418, Piikkiö, Finland, 17-19 September 2008. NJF Report 4, 3: p. 17. [ Url]

SEURI, P. 2005. Ravinnetase sopisi ympäristötuen perusteeksi. Maaseudun tulevaisuus 89, 22 (23.2.2005): 2.

SEURI, P. 2005. Primary nutrient balance as a new tool to evaluate nutrient utilization. In: Organic farming for a new millenium – status and future challenges : NJF-seminar 369 Alnarp, Sweden June 15-17, 2005. NJF Report 1, 1: p. 249. [Url]

SEURI, P., KAHILUOTO, H. 2005. Evaluation of nitrogen utilizsation by means of the concept of primary production balance. In: Ulrich Köpke, Urs Niggli, Daniel Neuhoff, Peter Cornish, William Lockeretz and Helga Willer (eds.). Researching sustainable systems : proceedings of the first scientific conference of the International Society of Organic Agriculture Research (ISOFAR), held in cooperation with the International Federation of Organic Agriculture Movements (IFOAM) and the National Association for Sustainable Agriculture, Australia (NASAA), 21-23 September 2005, Adelaide, South Australia. Bonn, Frick: International Society of Organic Agriculture Research, Research Institute of Organic Agriculture. p. 48-51.

SEURI, P., KAHILUOTO, H. 2005. Evaluation of nitrogen utilization by means of the concept of primary production balance. In: Shaping sustainable systems : 15th IFOAM organic world congress, 20-23 September 2005 Adelaide, South Australia : congress handbook. p. 92.

SEURI, P. 2005. Evaluation of nitrogen utilization by means of the concept of primary nutrient efficiency. In: Artur Granstedt, Olof Thomsson and Thomas Schneider (eds.). Environmental impacts of eco-local food systems – final report from BERAS work package 2. Ekologiskt lantbruk 46: p. 36-40. [Url]

SEURI, P. 2002. A new method to understand nutrient balances. Forskningsnytt om økologisk landbruk i Norden 2: 21.

SEURI, P. 2002. Nutrient utilization with and without recycling within farming systems. In: eds. Jakob Magid et al.. Urban areas – rural areas and recycling – the organic way forward?. DARCOF Report 3: p. 175-181. [Url]

 

Tulosta