University of Helsinki
Professori Eila Turtola MTT:ltä kertoo maatalouden ravinnetalouden hallinnasta.
“…kaikesta fosforista on pidettävä parempaa huolta kuin nykyään.”
Maatalous, ravinnekierrot ja fosfori
Haastattelu on tehty huhtikuussa 2009. Harri Hakala haastattelee.
Fosforikysymys – onko vastauksia?
Maailman fosforivarat ovat rajalliset ja sijaitsevat vain muutaman valtion alueella. Fosforin kysyntä on kuitenkin edelleen kasvussa, mikä johtuu eläintuotteiden kulutuksen lisääntymisestä ruokavalioissa. Eräiden arvioitsijoiden mukaan fosforintuotannon huippu, eli ”peak phosphorus” tultaneen saavuttamaan noin 2033, jonka jälkeen tuotanto alkaa supistua ”helppojen” raaka-ainelähteiden ehtymisen takia. Tällöin on pakko ottaa käyttöön heikompia raaka-ainelähteitä, jolloin myös fosforin louhinnan ja rikastamisen hinta kohoaa. Jo viimeisin ruokakriisi osoitti, että tällaisilla fosforilannoitteiden hinnannousulla on tuhoisat vaikutukset kehitysmaiden pienviljelijöiden talouteen.
Erittäin tehokas keino uusiutumattomien fosforivarojen säästämiseksi olisi kulutustottumusten muutos kohti vähemmän fosforia sisältävää kasvispainotteisempaa dieettiä. Kulutuksen muutokset ovat hitaita, mutta välttämättömiä. Tina Schmid Neset laski väitöskirjassaan, että eläintuotteiden kulutuksen puolittaminen vähentäisi lannoitefosforin tarvetta 25 %.
Fosforin kierrätykseen takaisin viljelymaahan on olemassa toimivia ratkaisuja. Tilatason ratkaisuja ovat luomutuotantoon siirtyminen, väkilannoituksen vähentäminen, satojätteiden kyntö takaisin peltoon ja karjanlannan tarkka käyttö sekä eroosioherkkien alueiden pitäminen kasvipeitteisinä.Yhdyskuntatekniikassa puolestaan tulisi suunnata voimavarat luonnontalouden kannalta kestävien ratkaisujen kokeiluun ja käyttöönottoon. Kaupunki- ja rakennussuunnittelussa tulisi arvioida uudelleen vesivessakulttuurin kestävyyttä ja kehittää kuivakäymälöihin perustuvia asuinalueita ja jätehuoltoratkaisuja.
Vaihtoehdot fosforin saostamiseksi puhdistamolietteestä
Puhdistamolietteessa oleva rauta- tai alumiinisulfaatilla saostettu fosfori on kasveille heikosti käyttökelpoista. Vaikka kokonaisfosforipitoisuus olisikin 2-3 % kuiva-aineesta, helppoliukoista fosforia kokonaisfosforista on vain kymmenesosa. Tutkimuksen kohteeksi on viime aikoina tullut menetelmien kehittäminen fosforipitoisen struviitin tai kalsiumfosfaatin erottamiseksi puhdistamolietteestä ja lietelannasta. Toisin kuin rauta- tai alumiinisulfaatilla saostettaessa, fosfori pysyy tässä menetelmässä viljelykasveille käyttökelpoisena kasvinravinteena: Menetelmässä vesiliukoinen fosfori saostetaan amorfisiksi kalsiumfosfaateiksi tai ammoniummagnesium-fosfaatiksi eli struviitiksi, joka on todettu erinomaiseksi lannoitteeksi. Jotta saostaminen onnistuisi, lietelannan pH nostetaan saostusvalmisteen avulla lähelle 8:aa.
Jäteveden ja ulosteiden lannoituskäyttö – hirvittääkö?
Vaikka jätevesien hygieniariskit ovat ilmeiset, eräissä Aasian maissa kaupunkialueilla asuvat viljelijät käyttävät nykyisin jätevettä vihannesten lannoitteena. Maailman Vesihuoltoinstituutti arvioi vähintään 200 miljoonan viljelijän hyödyntävän käsittelemättömiä tai käsiteltyjä jätevesiä viljelykasvien kasteluun. Maailman kalankasvattamoiden tuotannosta puolestaan 67 % on saatu aikaan jätevesiä hyödyntämällä. Maailman Terveysjärjestö WHO on hygieniariskien välttämiseksi julkaissut perusteelliset ohjeet turvallisesta jäteveden maatalouskäytöstä.
Jätevesien käyttö on turvallisempaa, kunhan ihmisulosteita ja muita jätevesiä ei sekoiteta keskenään. Teollisuudesta peräisin olevissa jätevesissä voi olla raskasmetalleja ja muita myrkyllisiä aineita. Virtsan erottelu kiinteistä ulosteista ja erillisvarastointi antaa mahdollisuuden sen turvalliseen lannoitekäyttöön. Virtsa on steriiliä ja sisältää kaksi kolmasosaa ulosteiden fosforista. Toimivia yhdyskuntamittakaavassa olevia ratkaisuja on rakennettu mm. Ruotsiin, Etelä-Afrikkaan ja Kiinaan.
Kuluttajien ja viljelijöiden vahvat epäluulot jätteiden käyttöön lannoitteena ovat vaikea este jätevesien ravinteiden uusiokäytölle. Ihmisulosteiden keräilyn ja käsittelyn avulla voitaisiin kuitenkin korvata viidennes nykyisestä väkilannoitefosforin kulutuksesta.
Fosforin hyväksikäytön tehostaminen
Maatalouden fosforin käytön tehokkuuden parantamiseksi on monia eri strategioita.. Kotieläintuotannossa on pystytty fytaasientsyymin lisäyksellä rehuihin parantamaan sikojen ja siipikarjan fosforinkäyttöä ja vähentämään lantaan päätyvän fosforin määrää. Kasvinjalostuksessa ei ole toistaiseksi saatu markkinoille tehokkaampia ravinteidenkäyttäjiä, mutta tutkimusaihe on ajankohtainen ympäri maailmaa.
Luomutuotannossa pyritään säätelemään kasvi-maaekosysteemin olosuhteita sellaisiksi, että kasvit pystyvät paremmin hyödyntämään mykorritsa-sienijuuren apua veden ja ravinteiden otossa. Maan multavuuden kasvattamisella ja rakenteen parantamisella aikaansaatu biologisen aktiivisuuden lisäys edistää orgaanisen fosforin hyväksikäyttöä. Matalat maan fosforipitoisuudet eivät ole este hyvien satojen saamiseen multavissa peltomaissa, joiden vesitalous ja rakenne ovat kunnossa.
Lannoiteteollisuus pyrkii entistä enemmän tehostamaan lannoitefosforin hyväksikäyttöastetta. Euroopan lannoitevalmistajien yhdistys totesi jo vuonna 2000, että länsimaissa peltomaan kriittinen fosforitaso on jo ylitetty, joten jatkossa tarvitaan enää lievää ylläpitolannoitusta.
Kulutuksen muutos
Vaclav Smil esitti vuonna 2007 ”älykkääseen kasvisruokavalioon” siirtymisen sekä liikasyönnin vähentämisen olevan edullisimmat ja tuottavimmat keinot vähentää maatalouden ulkoisia panoksia, eli vettä, energiaa, maata ja lannoitteita. Näiden keinojen avulla kyetään vähentämään myös kasvihuonekaasupäästöjä ja saastumista.
Ruokaan liittyvät mielihalut ovat tiiviimmin kytkeytyneet makuun, mainontaan ja hintaan kuin ravintosisältöön. Siksi muutoksen aikaansaamiseksi tarvittaisiin ennen kaikkea taloudellisia kannusteita elintarviketeollisuudelle ja kaupalle, sekä viestintä- ja markkinointistrategioita, jotka ohjaavat kulutusta vähän fosforia, vettä ja energiaa kuluttavien tuotteiden käyttöön.
Lue lisää:
Pietola, L. Alasuutari, S, & Palva, R. 2008. Lietelannan kemiallinen fraktiointi: fosforin saostaminen. Maataloustieteen päivät. www.smts.fi/mpol2008/index_tiedostot/Esitelmat/es049.pdf
Cordell, D. Drangert, J-O. & White, S. 2009. The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change https://doi:10.1016/j.gloenvcha.2008.10.009
Braun, J. von 2008. Poverty, Climate Change, Rising Food Prices, and the Small Farmers. Power point -esitys, jossa on esitetty hyvin lannoitteiden ja ruuan hintojen nousun syyt, ja tämän aiheuttama kehitysmaiden pienviljelijöiden elämäntilanteen kurjistuminen.
Kirjoittanut Jaana Väisänen
Fosfori ei kierrä
Kirjoittanut Jaana Väisänen
Tutkija Riina Antikainen Suomen Ympäristökeskuksesta on selvittänyt suomalaisen ruokajärjestelmän typpi- ja fosforivirtoja. Antikainen kuvaa ruokajärjestelmäämme avoimeksi systeemiksi, josta fosforia ja typpeä vuotaa pahasti monesta kohdasta. Fosforitaseen ylijäämä oli vuosina 1995-99 keskimäärin 13 kg/ha
Suurin osa systeemin rei’istä sijaitsee alkutuotannossa. Fosforia poistuu peltomaasta lähinnä eroosion ja sulamisvesien myötä vesistöihin. Peltomaan korkea fosforipitoisuus ja jatkuva väkilannoitefosforin käyttö lisäävät huuhtoutumista. Yhdyskuntajätteisiin ja puhdistamolietteeseen päätyvästä fosforistakaan ei palaa maatalouteen kuin pieni osa.
Kotieläintalous on fosforisyöppö
Yli 70 prosenttia kasvintuotannon sadoissa korjatusta fosforista päätyy kotieläinten rehuksi. Tämän lisäksi rehuja tuodaan ulkomailta. Kotieläinten rehun fosforista vain vajaa kolmannes pidättyy eläintuotteisiin.
Elintarvike- ja rehuteollisuuden ja kotieläintuotannon välillä fosforivirrat ovat lähes tasapainossa, sillä kotieläintuotannosta kulkee lähes yhtä paljon fosforia elintarvike- ja rehuteollisuuteen kuin mitä sieltä palaa takaisin. Alueellisesti tilanne ei kuitenkaan ole näin onnellinen, vaan eri alueiden tuotantokeskittymissä fosforivirrat voivat olla hyvinkin epätasapainoiset.
Teurastamoiden, turkistuotannon ja maatilojen eläinjätteestä (noin 240 milj. kg/v) turkistuotannon rehuna hyödynnetään 63 %, ja loput prosessoidaan lihaluujauhoksi. Fosforipitoinen broilerikasvattamoiden ja turkistarhojen lanta hyödynnetään peltoviljelyn lannoitteena, mutta tuotannon keskittyneisyyden takia fosforia kerääntyy näiden keskittymien peltomaahan. Merkittävä parannus fosforin kierrättämisessä on ollut lihaluujauhon lannoituskäytön salliminen vuodesta 2006 alkaen. Lannoitteena lihaluujauhon fosforia palaa peltomaahan noin 380 tonnia vuodessa.
Fosforia levitettiin vuosina 1995-99 väkilannoitteissa noin 15 kg/ha ja karjanlannassa vajaat 9 kg/ha vuodessa. Kokonaisannos oli yhteensä noin 25 kg/ha. Maatalouden fosforikuormituksen kasvuun on useita syitä: Ensinnäkin viimeisen vuosisadan aikana metsiä ja niittyjä on raivattu pelloiksi, joiden käsittely ja muokkaus ovat lisänneet fosforin huuhtoutumista. Toiseksi fosforihävikkiä on aiheuttanut jatkuva fosforilannoitus ja sen myötä maan käyttökelpoisen fosforin pitoisuuden kohoaminen. Kolmas syy on viime vuosikymmeninä tapahtunut kotieläintuotannon intensiivisyyden lisäys.
Elintarvikkeiden kulutustottumukset ovat tärkeä fosforin kierrätykseen vaikuttava tekijä. Erityisen mielenkiintoista on selvittää lihankulutuksen vähentämisen vaikutuksia ruokaketjun fosforivirtoihin. Mm. BERAS-hankkeen tutkijoiden arvion mukaan kolmannesta Ruotsin peltomaasta ei tarvitsisi viljellä, jos ruotsalaisten lihankulutuksesta jätettäisiin neljännes pois ja korvattaisiin se vihanneksilla. Kotieläintuotteiden kulutuksen kasvu liittyy elintason nousuun. Tämä ilmiö on havaittavissa nyt Aasian nousevissa talouksissa, mm. Kiinassa.
Kuluttajan kautta jätevesiin
Suomessa kulutukseen päätyy 5500 tonnia fosforia vuodessa, eli noin 1,1 kg/henki. Kun ruuanvalmistukseen liittyvä ja muu hävikki poistetaan, todelliseen kulutukseen jää 0,9 kg/henki. Ravitsemukselliseen tarpeeseen nähden suomalaiset saavat fosforia kolminkertaisen annoksen, mikä johtuu lähinnä runsaasta kotieläintuotteiden kulutuksesta. Ylimääräiset ravinteet elimistö poistaa ja ne joutuvat jätevesiin. Jätevesiin päätyy vuodessa fosforia siten 4100 t ja kulutushävikin kautta kiinteisiin yhdyskuntajätteisiin 1200 t.
Jätevesien ja kiinteän yhdyskuntajätteen fosforista saadaan nykyisellään vuosittain vain 900 tonnia (tai 0,17 kg/henki) palautettua maatalousmaahan, koska yhdyskuntajätteet ja jätelietteet päätyvät 90-prosenttisesti täytemaihin, viherrakentamiseen tai polttoon. Maataloustuottajat eivät myöskään ole olleet kovin halukkaita ottamaan vastaan kompostoitua yhdyskuntajätettä tai puhdistamolietteitä niiden mahdollisten epäpuhtauksien tai raskasmetallien takia.
Tina Schmid Neset (2005) kuvaa väitöskirjassaan havainnollisesti ruotsalaisen Linköpingin kaupungin fosforivirtojen muutosta ajanjaksolla 1870 – 2000. Vuosina 1870 -1900 asukkaiden ulosteiden fosfori (0,30 kg/capita/v) kierrätettiin tarkoin takaisin tuotantoon, eikä hävikkiä juuri ollut. Kotieläintuotteiden osuus ruokavaliosta oli tuolloin noin puolet nykyisestä tasosta. Fosforin kierrätys hiipui 1900-luvun kuluessa vesivessojen yleistymiseen ja 1950-luvulla käyttöönotetun viemäröintijärjestelmän rakentamiseen. Puhdistamoliete levitettiin täyttömaihin, mutta vuodesta 1970 lähtien fosforin erottelu mahdollisti fosforipitoisen lietteen lannoitekäytön. Vuonna 2000 puhdistamolietteessä olevasta fosforista palasi kasvintuotantoon lannoitteeksi kuitenkin vain 0,12 kg/henki/v, mutta sen sijaan kaatopaikoille, täyttömaihin ja vesistöihin päätyi 0,55 kg/henki.
Ruokavalion eläintuotteiden osuus vaikuttaa voimakkaasti typen ja fosforin virtoihin ruokajärjestelmässä. Schmid Neset laski tuotevirtamalliensa pohjalta väkilannoitetypen tarpeen vähenevän 15 % ja –fosforin 25 %., jos kulutuksen eläintuotteiden osuutta vähennettäisiin puoleen. Vesistöihin valuvat typpi- ja fosforipäästöt vähenisivät 20 – 24 %.
Lue lisää:
Antikainen Riina 2007. Substance flow analysis in Finland – Four Case Studies on N and P flows. Dissertation. University of Helsinki. Dept of Biological and Environmental Sciences.
Schmid Neset T-S. 2005. Environmental Imprint of Human Food Consumption, Linköping 1870 – 2000. Linköping Studies in Arts and Science 333.
Mistä fosfori tulee?
Sen jälkeen kun Liebig oli 1840-luvulla julkaissut tieteellisen taustan kasvien ravinteista ja osoittanut ravinteiden kiertävän kuolleesta kasvimateriaalista eläviin kasveihin, alettiin lannoitteita valmistaa paikallisesti saatavissa olevista eloperäisistä aineksista. Pian alkoi kaupunkien liepeille syntyä teollisuutta, joka valmisti fosforilannoitteita kaupunkiväestön ulosteista, elintarviketeollisuuden sivuvirroista, eläinten sonnasta, kala- ja teurasjätteestä. Guanoa, joka on vuosituhansia kerääntynyttä lintujen ulostemassaa ja fosforipitoisia kivijauheita alettiin kuljettaa eri maiden lannoiteteollisuuden raaka-aineeksi. Guanon saatavuus alkoi heiketä pian, ja sen käyttö lähes loppui vuosisadan loppuun mennessä.
1900-luvun alkupuolella alkoi lisääntyä ulkoa tuotujen lannoiteraaka-aineiden käyttö. Suomeen perustettiin 1920-luvulla Valtion Rikkihappo- ja Superfosfaattitehtaat, jotka tuottivat ruutiteollisuuden tarvitsemaa rikkihappoa ja superfosfaattia maatalouteen maan viljaomavaraisuuden parantamiseksi. Superfosfaatin tekoon hankittiin raakafosfaattia ulkomailta.
1950-luvulla alkoi väkilannoitefosforin kultakausi. Suomessakin ryhdyttiin valmistamaan rakeistettuja seoslannoitteita. Fosforilannoitteiden käyttö lisääntyi lähes eksponentiaalisesti vuonna 1990 alkaneeseen maailmanlaajuiseen lamaan asti, näin myös Suomessa. Enimmillään lannoitefosforia levitettiin jopa yli 30 kiloa hehtaarille. Esimerkiksi vuosina 1995-99 Suomessa levitettiin väkilannoitefosforia 29,5 miljoonaa kiloa, eli n. 15 kg/ha/v. Sitä korjattiin sadoissa tuolloin noin 11 kg/ha. Vuoteen 2006 mennessä väkilannoitefosforiannos oli pudonnut jo 9 kiloon.
Kysyntä kasvaa ja varat hupenevat
Tutkijoiden arviot ennustavat kaupallisen fosforinlouhinnan loppuvan 50 – 100 vuoden kuluessa raaka-aineen ehtymiseen. Ennusteiden mukaan fosforin kysyntä tulee kuitenkin lisääntymään 3-4 % vuodessa 2010-2011 asti. Kaksi kolmasosaa lisäyksestä on peräisin Aasian maista. Kehitysmaissa ja Aasian kehittyvissä talouksissa elintason nousun myötä kasvava lihan ja maidon kulutus lisäävät lannoitefosforin tarvetta, koska kotieläintuotteiden tuotantoon vaaditaan peltopinta-alaa, vettä ja ravinteita suhteessa enemmän kuin kasvisruuan vaatimaan tuotantoon. Toinen syy fosforin kysynnän lisäykseen on biopolttoaineiden viljelyn lisääntyminen. Raaka-aineen louhinnan kallistuminen fosforivarojen huvetessa ja kasvava kysyntä tulevat pitämään fosforilannoitteiden hinnat korkealla tulevaisuudessakin.
Viljelijöille tuli täytenä yllätyksenä vuosina 2007-8 fosforikiviaineen ja fosforilannoitteiden hinnan räjähdysmäinen, jopa 700 %:iin yltänyt nousu. Taustalla oli öljyn hinnan nousu, elintarvikekasvien käyttö biopolttoaineen raaka-aineena, viljan varmuusvarastojen pienentyminen ja perinteisissä viljanvientimaissa ruokaomavaraisuuden parantamiseksi asetetut vientikiellot. Tuo kriisi osoitti, että väkilannoitteisiin ja uusiutumattoman energian käyttöön perustuva maataloutemme on erittäin haavoittuvaa. Maailman kasvavan väestön ruokaturvan varmistamiseksi on kiire ryhtyä kehittämään omavaraisempia tuotantojärjestelmiä.
Fosforipolitiikkaa
Maailman merkittävimmät fosforivarat ovat Kiinassa, Yhdysvalloissa ja Marokossa. Kiina, jonka varannot ovat suurimmat, nosti vuonna 2008 fosforin vientitariffia 135 % turvatakseen oman lannoiteomavaraisuutensa. USA:ssa, joka on maailman suurin fosforilannoitteiden käyttäjä, viejä ja tuoja, omat varannot riittävät enää 25 vuodeksi. Niinpä Marokon raakafosfaattia rikastetaan USA:n lannoitetehtaissa. Marokossa ja Länsi-Afrikassa on yli kolmannes maailman fosfaattivaroista, mutta silti Marokon raakafosfaatilla on 75 %:n osuus maailmankaupasta. Länsi-Afrikan, Espanjan entisen siirtomaan jouduttua 1976 Marokon valtaan, Marokko on myynyt sen fosforimalmia omissa nimissään. Laittoman valtauksen takia esimerkiksi Norjan hallitus on taivuttanut Yaran luopumaan raakafosfaartin tuonnista Länsi-Afrikasta. Yara kuitenkin omistaa osan tästä kiistellystä kaivoksesta.
”On ironista, että Afrikka on maailman suurin raakafosfaatin viejä, ja Afrikassa on kuitenkin suurin puute ruuasta.” Dana Cordell, Jan-Olof Drangert ja Stuart White artikkelissaan The Story of Phosphorus.
Kirjoittanut Jaana Väisänen
Lue lisää:
Antikainen, Riina 2007. Substance Flow Analysis in Finland – Four Case Studies on N and P Flows. University of Helsinki. Dept of Biological and Environmental Sciences.
Cordell, D. Drangert, J-O., White, S. 2009.The story of phosphorus: Global security and food for thought. Global Environmental Change.
https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2008.10.009
Braun, J. von 2008. Poverty, Climate Change, Rising Food Prices, and the Small Farmers. www.ifad.org/gbdocs/repl/8/ii/e/presentations/IFAD_21-04-08.pps Power point -esitys, jossa on esitetty hyvin lannoitteiden ja ruuan hintojen nousun syyt, ja tämän aiheuttama kehitysmaiden pienviljelijöiden elämäntilanteen kurjistuminen.
Raportti pienviljelystä: Smallholders, Food security, and the Environment. IFAD
https://www.ifad.org/documents/38714170/39135645/smallholders_report.pdf/133e8903-0204-4e7d-a780-bca847933f2e
Tiilikainen: Ympäristömerkinnät, ilmasto ja ravinnekierto
“Luomun mahdollisuudet rehevöitymisen estämisessä on aliarvioitu.”
Kansanedustaja Kimmo Tiilikainen: Ympäristömerkinnät, ilmasto ja ravinnekierto
Haastattelijana Elisa Niemi