Taloustieteellistä tutkimusta optimaalisista ympäristötoimenpiteistä ja politiikkakeinoista

Tutkijatohtori Matti Sihvonen kertoo lokakuussa julkaistusta tutkimuksesta, jossa analysoitiin millaiset ympäristötoimenpiteet ja politiikkakeinot olisivat yhteiskunnan kannalta optimaalisia, kun typen ja fosforin käyttöä maataloudessa tarkastellaan pitkällä aikavälillä huomioiden myös ravinteiden aiheuttamat vesistöhaitat. Tutkimuksessa kipsikäsittely osoittautui optimaaliseksi keinoksi vähentää maatalouden fosforikuormitusta savisilla peltomailla, joilla fosforitila on hyvin korkea.

Huomioiden Itämeren suojelutavoitteet ja niiden saavuttamisen nopeasti sekä kustannustehokkaasti, SAVE-hanke on päätynyt suosittelemaan mahdollisimman laaja-alaista peltojen kipsikäsittelyä koko Varsinais-Suomen alueella.

Peltomaisemaa Varsinais-Suomessa (kuva: Janne Artell).

Tutkimusartikkelimme ”Management of legacy nutrient stores through nitrogen and phosphorus fertilization, catch crops, and gypsum treatment” julkaistiin 15.10.2020 Natural Resource Modeling -tiedejulkaisussa. Tutkimme artikkelissa yksityisen maanviljelijän ja yhteiskunnan kannalta optimaalista typen ja fosforin käyttöä pitkällä aikavälillä, sekä erityisesti politiikkakeinoja, joiden avulla päästään yksityisestä, eli viljelijän optimista yhteiskunnalliseen optimiin. Tarkastelimme myös kahta ympäristötoimenpidettä: kerääjäkasveja typpihuuhtouman ja kipsiä fosforihuuhtouman vähentämiseksi. Valitsimme nämä toimenpiteet, koska molemmat ovat osoittautuneet erittäin lupaaviksi huuhtoumaa vähentäviksi toimenpiteiksi (Aronsson ynnä muut 2016; Kleinman ynnä muut 2019).

Yksityinen optimi määritellään tutkimuksessa siten, että maanviljelijä maksimoi vuosittaisten satojen nettonykyarvon yli pitkän aikahorisontin. Yhteiskunnallinen optimi määritellään samaan tapaan, mutta myös sadon tuotannon vesistövaikutukset, eli typen ja fosforin huuhtouman aiheuttamat ympäristöhaitat huomioidaan. Näistä lähtökohdista on tehty tutkimusta jo vuosikymmeniä, aina Griffinin ja Bromleyn (1982) legendaarisesta artikkelista asti. Mallit ovat kuitenkin usein olleet staattisia, eli ne eivät ole ottaneet huomioon ajassa tapahtuvia muutoksia ravinnetilassa, jolloin pitkän aikavälin tarkastelu on jäänyt vähemmälle. Tutkimuksemme lähtökohtana olikin kehittää bioekonominen malli, jossa huomioidaan maaperän fosforin ja typen dynamiikka, eli maaperän ravinnevarantojen vuotuinen muutos lannoituspäätösten sekä satopoistuman funktiona, sekä molempien ravinteiden huuhtoumat. Keskityimme analyysissa ensisijaisesti optimaalisen politiikkainstrumentin, vero/tuki-kehikon tarkasteluun.

Analyysi eteni niin, että ensin määritimme yhteiskunnan ja yksityisen viljelijän kannalta optimaaliset vuosittaiset lannoitteiden ja ympäristötoimenpiteiden (kipsi ja kerääjäkasvit) tasot. Tämän jälkeen lisäsimme yksityisen viljelijän optimointiongelmaan (eli viljelijän pyrkiessä parhaaseen mahdolliseen tuottoon) verot lannoitteille ja tuet kerääjäkasville ja kipsille. Verojen ja tukien optimaaliset tasot määritettiin siten, että ne johtivat yhteiskunnan kannalta optimaaliseen tilanteeseen. Täten verot ja tuet ottivat huomioon maaperän ravinnevarannot, jotka ovat sadon kannalta hyödyllisiä, mutta toisaalta voivat aiheuttaa myös ulkoisvaikutuksia lisääntyneet ravinnehuuhtouman muodossa.

Seuraavaksi kiinnostuneille hieman tarkemmin, mitä analyysissä huomioitiin: Sato on siis (vähenevästi) maaperän typpi- ja fosforivarantojen nouseva funktio. Samalla kuitenkin myös ravinnehuuhtoumat ovat ravinnevarantojen (kasvavasti) nousevia funktioita. Niin ikään lannoituksen avulla saama sadon lisäys on maaperän ravinnevarantojen laskeva funktio, ja maaperän ravinnevarannon ollessa kasvin ravinteiden saannin kannalta riittävänä korkea, ei lisälannoittaminen ole taloudellisesti järkevää. Täten on syytä huomioida, että agronominen optimi on eri kuin taloudellinen optimi, jossa huomioidaan myös lannoitteiden hinnat. Edelleen, optimi muuttuu, kun ravinnehuuhtoumille annetaan hinnat, eli huomioidaan tuotannon ulkoisvaikutukset.

Vero/tuki, joka huomioi maaperän ravinnevarannon vaikutukset, on dynaaminen, eli muuttuu vuosittain varannon muuttuessa satopoistuman ja lannoituksen vaikutuksesta. Tämän kaltainen instrumentti on suhteellisen monimutkainen, ja käytännössä hallinnollisesti hankala. Se antaa kuitenkin meille eräänlaisen vertailutason, jota vasten voimme vertailla yksinkertaisempia politiikkainstrumentteja. Tarkemmin ilmaistuna, yksinkertaiset, staattiset, eli ajassa tapahtuvia muutoksia huomioimattomat instrumentit eivät johda yhteiskunnalliseen optimiin, eli niistä aiheutuu yhteiskunnallista hyvinvointitappiota verrattuna parhaaseen mahdolliseen tilanteeseen, jossa huomioidaan sekä viljelijän saamat hyödyt, että tuotannosta aiheutuvat ympäristöhaitat. Vertailutason avulla voimme arvioida, kuinka suuri tämä hyvinvointitappio on. Lisäksi, tarvitsemme jonkin lähtökohdan, jonka pohjalta yksinkertaiset ja staattiset verot/tuet johdetaan. Mikä olisi hyvä staattisen veron taso, jos tarkastelemme pitkän aikavälin ravinteiden käyttöä, jolloin maaperän ravinnedynamiikalla on oleellinen merkitys? Yksi suoraviivainen strategia tämän tason määrittämiseksi, on turvautua dynaamisen instrumentin tasapainotasoon. Eli, dynaamisen optimoinnin avulla määritetyt ravinnevarantojen, lannoitepanosten, ja ympäristötoimenpiteiden, sekä verojen/tukien optimaaliset urat konvergoituvat kohti tasapainoa (steady state), jossa optimaaliset tasot pysyvät samoina vuodesta toiseen. Voimme käyttää näitä tasapainotasoja staattisina, suhteellisen yksinkertaisina veroina ja tukina koko aikahorisontin ajan. Tällöin on selvää, että hyvinvointitappiota syntyy niiltä vuosilta, kun systeemi ei ole tasapainossaan. Tappiota syntyy erityisesti, jos alkuperäiset ravinnevarannot (legacy nutrient stores) ovat hyvin kaukana optimaalisesta tasapainotilastaan.

Tulostemme mukaan kerääjäkasvi on hyvä pitkän aikavälin keino typpihuuhtouman vähentämiseksi. Kipsi puolestaan osoittautui optimaaliseksi fosforihuuhtouman vähennyskeinoksi mailla, joilla alkuperäinen fosforivaranto oli hyvin korkea. Tämä tulos tukee Ihon ja Laukkasen (2012) saamaa tulosta. Määrittämämme maan fosforitilan eli viljavuusanalyysin niin sanotun P-luvun  kynnysarvo, jota korkeammille arvoilla kipsin käyttö oli optimaalista, oli 16 mg/l savimailla ja 32 mg/l karkeilla mailla. Jos maaperän P-luku oli tätä kynnysarvoa alhaisempi, oli taloudellisesti optimaalista vähentää fosforihuuhtoumaa vähentämällä fosforilannoitteen käyttöä.

Kipsillä oli itseasiassa suuri merkitys epäoptimaalisten politiikkainstrumenttien käytöstä aiheutuvien yhteiskunnallisten tappioiden vähentämisessä. Ilman tukea kipsille, staattiset vero/tuki-kehikot johtivat merkittäviin hyvinvointitappioihin mailla, joissa ravinteiden pidätyskyky oli korkea (savimaat) ja maaperän alkuperäinen fosforivaranto oli hyvin suuri ja joilla kipsin vaikutus huuhtouman vähentämisessä olisi merkittävä. Täten, jos käytämme staattista systeemin tasapainoon perustuvaa vero/tuki-kehikkoa, jossa kipsin käyttöä tuetaan niinä vuosina, kun maaperän fosforivaranto on tietyn raja-arvon yläpuolella, yhteiskunnallinen hyvinvointitappio on lähes nolla ja ollaan hyvin lähellä optimia.

Tulostemme mukaan myös maaperätyypillä on suuri merkitys optimaalisen lannoitteiden käytön ja ympäristötoimenpiteiden kannalta. Erityisesti maaperän kyky pidättää ravinteita on oleellista tässä suhteessa. Kuitenkin, epäoptimaalisesta politiikkainstrumentista aiheutuvan hyvinvointitappion kannalta maaperätyypillä oli vähäinen vaikutus. Tämä johtui siitä, että typpi- ja fosforilannoitteiden käyttö optimointiin yhtaikaisesti. Tulostemme mukaan ravinteet pystyvät jonkin verran korvaamaan toisiaan sadon tuotannossa toisen ravinteen tullessa suhteellisesti kalliimmaksi. Tässä tarkoitetaan siis sitä, että koska taloudellisessa optimissa kumpaakaan ravinnetta ei käytetä kasvin kannalta maksimaalista määrää, niin jos toisen ravinteen suhteellinen hinta nousee, niin voidaan lisätä toisen ravinteen käyttöä, jolloin hinnan muutoksen vaikutus satoon on vähäinen. On kuitenkin selvää, että ravinteet eivät ole substituutteja toisilleen agronomisessa mielessä, vaan viljelykasvi tarvitsee molempia ravinteita. Lisäksi on selvää, että maaperästä saatavat ravinteet ja vuosittain annetut ravinteet eivät ole täydellisiä substituutteja, koska vuosittain annettu lannoite on helpommin kasvin käytettävissä kuin ravinne jota vapautuu maasta, vaikkakin maaperän ravinnevarannoilla on suuri vaikutus vuosittaisiin optimaalisiin lannoituspäätöksiin. Tärkein tuloksemme onkin, että maaperän ravinnedynamiikkaa, eli ajassa tapahtuvien maaperän ravinnevarantojen muutosten vaikutusta ei sovi sivuuttaa, kun yritetään kehittää kestäviä ratkaisuja maatalouden ravinteiden käytön edistämiseksi.

Tutkijatohtori Matti Sihvonen, Helsingin yliopisto

Lähteet:

Aronsson, H., Hansen, E. M., Thomsen, I. K., Liu, J., Øgaard, A. F., Känkänen, H., & Ulén, B. (2016). The ability of cover crops to reduce nitrogen and phosphorus losses from arable land in southern Scandinavia and Finland. Journal of Soil and Water Conservation, 71, 41–55

Griffin, R. C., & Bromley, D. W. (1982). Agricultural runoff as a nonpoint externality: A theoretical development. American Journal of Agricultural Economics, 64, 547–552

Iho, A., & Laukkanen, M. (2012). Precision phosphorus management and agricultural phosphorus loading. Ecological Economics, 77, 91–102

Kleinman, P. J. A., Fanelli, R. M., Hirsch, R. M., Buda, A. R., Easton, Z. M., Wainger, L. A., … Shenk, G. W. (2019). Phosphorus and the Chesapeake Bay: Lingering issues and emerging concerns for agriculture. Journal of Environmental Quality, 48(5), 1191–1203

Lambert, D. M., Lowenberg‐DeBoer, J., & Malzer, G. (2007). Managing phosphorus soil dynamics over space and time. Agricultural Economics, 37, 43–53

Thomas, A. (2003). A dynamic model of on‐farm integrated nitrogen management. European Journal of Agricultural Economics, 30(4), 439–460

Watkins, K. B., Y‐c., Lu, W‐y., Huang (1998). Economic and environmental feasibility of variable rate nitrogen fertilizer application with carryover effects. Journal of Agriculture and Resource Economics, 23(2), 401–426

Linkki julkaisuun: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nrm.12289

 

 

 

 

 

 

 

 

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.