typen ainevirrat ja peltotase kierrÄtyslannoitetun … · typen kierto maa-kasvustosysteemissä...
TRANSCRIPT
TYPENAINEVIRRATJAPELTOTASEKIERRÄTYSLANNOITETUN
KAURAN(AVENASATIVAL.)VILJELYSSÄ
OssiKinnunen
Maisterintutkielma
Agroekologia
Helsinginyliopisto
Maataloustieteidenosasto
Tammikuu2019
HELSINGIN YLIOPISTO ⎯ HELSINGFORS UNIVERSITET ⎯ UNIVERSITY OF HELSINKI
Tiedekunta/Osasto ⎯ Fakultet/Sektion ⎯ Faculty
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta
Osasto ⎯ Sektion ⎯ Department
Maataloustieteiden osasto
Tekijä ⎯ Författare ⎯ Author
Ossi Kinnunen Työn nimi ⎯ Arbetets titel ⎯ Title
Typen ainevirrat ja peltotase kierrätyslannoitetun kauran (Avena sativa L.) viljelyssä Oppiaine ⎯Läroämne ⎯ Subject
Agroekologia Työn laji ⎯ Arbetets art ⎯ Level
Maisterintutkielma
Aika ⎯ Datum ⎯ Month and year
Tammikuu 2019
Sivumäärä ⎯ Sidoantal ⎯ Number of pages
57 s. + liitteet 3 s.
Tiivistelmä – Referent - Abstract Nykymuotoinen ruokajärjestelmä tuottaa merkittävän osuuden globaaleista kasvihuonekaasupääs-töistä ja aiheuttaa myös muita laajoja negatiivisia ympäristövaikutuksia. Yksi keino negatiivisten ympäristövaikutusten hillitsemiseen on kierrätyslannoitteiden käyttö. Kierrätyslannoitteiden ominai-suuksissa on kuitenkin huomattavaa vaihtelua, mikä vaikuttaa niiden ravinteiden käyttökelpoisuu-teen kasveille ja käyttäytymiseen peltomaassa: tämän vuoksi niiden käyttö vaatii ymmärrystä paitsi lannoitteen ominaisuuksista, myös ravinteiden, etenkin typen, käyttäytymisestä peltomaassa. Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää, miten erilaisista lähteistä peräisin olevat kierrätyslannoit-teet vaikuttavat typen ainevirtoihin ja peltotaseeseen kauran viljelyssä. Tutkimuksen aineistona käy-tettiin HYKERRYS-hankkeen (2016-2019) kenttäkokeen kaurakoejäsentä kasvukaudella 2017. Tut-kittavat käsittelyt olivat ammoniumsulfaatilla, lihaluujauhopelletillä, matokompostilla ja biokaasulai-toksen mädätysjäännöksellä lannoitetut käsittelyt, joita vertailtiin lannoittamattomaan ja väkilannoi-tettuun käsittelyyn. Kenttäkokeesta kerätyistä näytteistä määritettiin jyväsadon ja maanpäällisen kasvuston sisältämä typpimäärä. Kylvösiemenen ja kauran juuriston sisältämän typen, typen las-keuman ja typen kaasumaisten päästöjen määrät määritettiin laskennallisesti. Tulokset koottiin käsit-telykohtaisiksi ainevirtamalleiksi, ja niiden pohjalta laskettiin typen peltotaseet eri käsittelyille. Typen määrä jyväsadossa vaihteli tutkimuksessa välillä 78-143 kg N / ha. Väkilannoitetun kontrollin typpisato oli merkitsevästi suurempi kuin lannoittamattoman tai matokompostilla lannoitetun käsitte-lyn, mutta muut kierrätyslannoituskäsittelyt eivät eronneet merkitsevästi väkilannoitetusta käsittelys-tä. Koko kaurakasvuston sisältämän typen määrä vaihteli välillä 121-361 kg N / ha. Kasvuston ty-penkin osalta vain lannoittamaton ja matokompostilla lannoitettu käsittely olivat merkitsevästi väki-lannoitettua pienempiä. Typen peltotase oli lannoittamattomalla käsittelyllä -73, ammoniumsulfaatti-käsittelyllä 7, lihaluujauhokäsittelyllä -59, matokompostikäsittelyllä -48, mädätysjäännöskäsittelyllä -30 ja väkilannoitetulla käsittelyllä -18 kg N / ha / a. Lannoittamattoman käsittelyn tase oli merkitse-västi pienempi kuin väkilannoitetun, mutta kierrätyslannoitekäsittelyiden taseet eivät eronneet mer-kitsevästi väkilannoitetusta. Typen ainevirrat maa-kasvustosysteemissä ja siitä ulos eivät riipu pelkästään käytetyn lannoitetypen määrästä, vaan vaihtelevat erityyppisten lannoitteiden välillä. Eroja on paitsi kierrätettyjen ja väki-lannoitteiden välillä, myös eri kierrätyslannoitteiden kesken. Tämän tutkimuksen perusteella kierrä-tyslannoitus ei nosta typen peltotasetta verrattuna väkilannoitukseen. Avainsanat ⎯ Nyckelord ⎯ Keywords
typpi, ravinteiden kierrätys, kierrätyslannoitus, ainevirta-analyysi, peltotase Säilytyspaikka ⎯ Förvaringsställe ⎯ Where deposited
Maataloustieteiden osasto ja Viikin kampuskirjasto Muita tietoja ⎯ Övriga uppgifter ⎯ Further information
Työtä ohjasivat Juha Helenius ja Tuure Parviainen
HELSINGIN YLIOPISTO ⎯ HELSINGFORS UNIVERSITET ⎯ UNIVERSITY OF HELSINKI
Tiedekunta/Osasto ⎯ Fakultet/Sektion ⎯ Faculty
Faculty of Agriculture and Forestry
Osasto ⎯ Sektion ⎯ Department
Department of Agricultural Sciences
Tekijä ⎯ Författare ⎯ Author
Ossi Kinnunen Työn nimi ⎯ Arbetets titel ⎯ Title
Nitrogen flows and nitrogen field balance of oat (Avena sativa L.) fertilized with recycled fertilizers Oppiaine ⎯Läroämne ⎯ Subject
Agroecology Työn laji ⎯ Arbetets art ⎯ Level
M.Sc. Thesis
Aika ⎯ Datum ⎯ Month and year
January 2019
Sivumäärä ⎯ Sidoantal ⎯ Number of pages
57 p. + appendix 3 p.
Tiivistelmä ⎯ Referat ⎯ Abstract Current food system produces significant share of global greenhouse gas emissions, in addition to causing other negative environmental impacts. One option for reducing these negative impacts is to use recycled fertilizers: however, the vastly varying properties of different recycled fertilizers affect the utilization of nutrients by plants, as well as the nutrients’ behaviour in soil. The proper use of recycled fertilizers requires understanding about the functioning of nutrients - especially nitrogen - in soil, in addition to knowledge about the properties of the fertilizer. The aim of this thesis was to study how different kinds of recycled fertilizers affect the flows of ni-trogen and nitrogen field balance in oat cultivation. The data was collected from HYKERRYS-project’s (2016-2019) field experiment in growing season 2017. Fertilizer treatments included in the study were ammonium sulphate (AS), meat and bone meal pellet (MB), vermicompost (VC) and biogas digestate (BD), while unfertilized (NF) and chemically fertilized (CF) treatments served as controls. Nitrogen contents of the grain yield and straw were determined from samples collected from the field experiment. Other nitrogen flows were estimated based on literature and existing models. Based on the results, nitrogen flow models and field balances were developed for each treatment. The oat grain yield contained between 78 and 143 kg N/ha. The nitrogen yield in the CF treatment was significantly greater than in NF or VC treatment, but other treatments did not differ significantly from the CF treatment. The nitrogen content of the whole oat crop (including straw and roots) was between 121 and 361 kg N/ha: the N contents of NF and VC treatments were significantly smaller than in the CF treatment. The nitrogen field balance was -73 for NF, 7 for AS, -59 for MB, -48 for VC, -30 for BD and -18 kg N/ha/a for CF treatment. The field balance of the NF treatment was sig-nificantly lower than in CF treatment, but the field balances of the recycled fertilizer treatments did not differ significantly from the CF treatment. The nitrogen flows in soil-plant system do not only depend on the amount of nitrogen fertilization, but also differ depending on the type and properties of the fertilizer. There are differences between the chemical and recycled fertilizers, but also amongst the recycled fertilizers. In this study, the use of recycled fertilizers did not increase the nitrogen field balance. Avainsanat ⎯ Nyckelord ⎯ Keywords
Nitrogen, nutrient cycling, recycled fertilizer, substance flow analysis, surface bud-get, field balance, soil surface balance Säilytyspaikka ⎯ Förvaringsställe ⎯ Where deposited
Department of Agricultural Sciences and Viikki Campus Library Muita tietoja ⎯ Övriga uppgifter ⎯ Further information
Supervisors: Juha Helenius and Tuure Parviainen
SISÄLLYS1JOHDANTO...........................................................................................................................52KIERRÄTYSLANNOITUSJATYPPIPELTOEKOSYSTEEMISSÄ...............................62.1Typenainevirratmaa-kasvustosysteemissä.................................................................62.1.1Typenlähteet......................................................................................................................................82.1.2Typenprosessitmaaperässä.....................................................................................................102.1.2Kasvientypenottojakasvustonsisältämätyppi..............................................................14
2.2Ravinnetasemallit................................................................................................................152.2.1Porttitase...........................................................................................................................................162.2.2Peltotase.............................................................................................................................................172.2.3Systeemitase....................................................................................................................................17
2.3Kierrätyslannoitusjateollinenekologia.....................................................................182.3.1Teollinenekologia.........................................................................................................................182.3.2Kierrätyslannoitus.........................................................................................................................21
3TUTKIMUKSENTAVOITTEET......................................................................................23
4AINEISTOJAMENETELMÄT.........................................................................................234.1Kenttäkokeensijaintijakasvukaudensääolosuhteet............................................234.2Koeasetelmajakoejärjestelyt.........................................................................................254.3Lannoituskäsittelyt.............................................................................................................264.4Kasvimateriaali.....................................................................................................................274.5Viljelytoimenpiteet..............................................................................................................274.6Näytteetjaanalyysit............................................................................................................284.7Laskukaavatjaarviot.........................................................................................................294.8Ainevirtamalli.......................................................................................................................324.9Tilastollisetanalyysit.........................................................................................................33
5TULOKSET.........................................................................................................................345.1Jyväsadonmäärä..................................................................................................................345.2Jyväsadontyppipitoisuus..................................................................................................345.3Typpisato................................................................................................................................355.4Kaurakasvustonsisältämätyppi....................................................................................355.5Typenpeltotase....................................................................................................................36
6TULOSTENTARKASTELU.............................................................................................376.1Jyväsadonmäärä..................................................................................................................376.2Jyväsadontyppipitoisuusjatyppisato..........................................................................396.3Kaurakasvustonsisältämätyppi....................................................................................406.4Typenpeltotase....................................................................................................................40
7JOHTOPÄÄTOKSET.........................................................................................................448KIITOKSET.........................................................................................................................45
9LÄHTEET............................................................................................................................46
9LIITTEET............................................................................................................................58
5
1JOHDANTO
Nykymuotoinenruokajärjestelmäononnistunuttuottamaansuuriamääriäruokaa
globaaleillemarkkinoille,muttaaiheuttaasamanaikaisestilaajojanegatiivisiaym-
päristövaikutuksia (IPES-FOOD 2016). Panosintensiivinen maataloustuotanto ai-
heuttaa viljelymaan köyhtymistä (Lal 2015), merkittävän osuuden globaaleista
kasvihuonekaasupäästöistä(IPCC2014)jaravinnepäästöistävesistöihin(Carpen-
terym.1998),sekäbiodiversiteetinheikkenemistäniinmaatalous-kuinluonnon-
varaisissaekosysteemeissä(Chapinym.2000).Jottaruoantuotantokasvavallevä-
estöllepystytään turvaamaan, ruokajärjestelmänonmuunyhteiskunnanmukana
kehityttävätäyttämäänsilleasetetutkestävyyskriteerit(Rockströmym.2009).
Yksi keino ruoantuotannon ekologisen kestävyyden parantamiseksi on korvata
viljelyssäkäytettäviäväkilannoitteitakierrätetyistäravinteistatuotetuillalannoit-
teilla (IPES-FOOD 2006). Kierrätyslannoitteiden käyttö vähentää neitseellisten
ravinnepanosten tarvetta ja senmyötäniiden tuotannostasyntyviäpäästöjä (Va-
neeckhauteym.2013),muttavoimyöskäytetyistäkierrätysmateriaaleistariippu-
enparantaamaankasvukuntoalisäämälläorgaanisenaineksenmäärääpeltomaas-
sa(Paustianym.1992),sekävähentäämaataloudenaiheuttamaaravinnekuormi-
tusta vesistöihin (Granstedt ym.2009,Rasa ym.2018).Kierrätyslannoitteet ovat
kuitenkin erittäin monimuotoinen ryhmä materiaaleja, ja niiden ominaisuudet
vaihtelevat tuotteittain: jotta kierrätettyjä ravinteita voidaan hyödyntää tehok-
kaastijaturvallisestimaataloudessa,nämäominaisuudetontunnettavatarkasti.
Pääravinteistaetenkintypenkäyttökelpoisuuskasveillevaihteleepaljonkierrätys-
lannoitteenominaisuuksistariippuen(Delinym.2012).Viljelykasvinkasvukauden
aikanakäyttämättäjättänytlannoitetyppisaattaamyöslisätätypenhuuhtoutumis-
riskiävesistöihin(SalojaTurtola2006).Tässätutkielmassaselvitettiinainevirta-
jaravinnetasemallienavullaerilaistenkierrätyslannoitteidentypenkäyttäytymistä
peltokasvintuotannossa. Tutkielma toteutettiin osana Hyvän sadon kierrätyslan-
noitus(HYKERRYS)-hanketta(2016-2019),jotarahoittivatEuroopanmaaseudun
kehittämisen maatalousrahasto sekä hankkeen yhteistyökumppanit Ecolan Oy,
HelsinginseudunympäristöpalvelutHSY,SoilfoodOyjaTuhalaBioOü.
6
2KIERRÄTYSLANNOITUSJATYPPIPELTOEKOSYSTEEMISSÄ
Typpionyksitärkeimmistäviljelykasvienkasvuunvaikuttavistaravinteista.Teol-
linentypentuotantojatyppilannoituksenrunsastunutkäyttöaiheuttavatkuitenkin
merkittäviäympäristö-jaterveyshaittoja(Erismanym.2008,Gallowayym.2008,
Suttonym.2011).Haittojaonmahdollistavähentääkorvaamallaväkilannoitetyp-
peäkierrätetyistälähteistäperäisinolevallatypellä(Gallowayym.2008,Vaneeck-
haute ym. 2013),mutta vaihtoehtojen kehittämiseen ja käyttöön tarvitaan tietoa
erilaisten kierrätyslannoitteiden sisältämän typen käyttökelpoisuudesta viljely-
kasveillejalisätyntypenkäyttäytymisestäpeltoekosysteemissä.Tässäluvussakä-
sitellääntypenkiertoamaa-kasvustosysteemissä,ravinnetasemalleja,jakierrätys-
lannoituksen teoreettista taustaaolemassaolevan tieteellisenkirjallisuudenpoh-
jalta.
2.1Typenainevirratmaa-kasvustosysteemissä
Typpi (N)onkaikelleelollisellevälttämätönalkuaine.Typpeäesiintyy luonnossa
runsaasti, mutta valtaosa maapallolla olevasta typestä on ilmakehässä vapaana
alkuaineenaepäreaktiivisessamuodossa(StevensonjaCole1999).Kasvitpystyvät
hyödyntämääntyppeävainsenreaktiivisissaolomuodoissa,minkävuoksisaatavil-
laolevantypenmääräonuseinviljelykasvienkasvuarajoittavatekijätypennäen-
näisestärunsaudestahuolimatta(Marschner1986).
Maa-kasvustosysteemillä tarkoitetaan pellon mineraali- ja orgaanisen aineksen,
maaperäeliöstönsekäpellollakasvavienkasvienmuodostamaakokonaisuutta,jota
voidaantarkastellatoiminnallisenayksikkönä.Typpikiertääsysteeminsisälläniin
sanotussamaaperänsisäisessätyppikierrossa(kuva1), jokamoninkohdinlinkit-
tyyglobaaliintypenkiertoon,jostatyppeäsiirtyyerireittienkauttasisäänsystee-
miinsekäpoissiitä(StevensonjaCole1999).Myöstypenolomuodotsysteemissä
vaihtelevat eri biologisten, kemiallisten ja fysikaalisten prosessien seurauksena.
Maaperäntypenkierronprosessitperustuvathyvinsuureltaosinmaaperäeliöstön
toimintaan(StevensonjaCole1999).
7
Kuva1.Typenkiertomaa-kasvustosysteemissä(mukaillenBradyjaWeil2008).
Maaperässäolevasta typestävaltaosaon liuenneenamaanesteeseen taikiinnitty-
neenä heikoin sidoksin maahiukkasten pinnalle, sitoutuneena elävään maaperä-
eliöstöönsekäerivaiheissahajotusprosessiaolevaanorgaaniseenainekseen(Bra-
dyjaWeil2008).Suurimmattypenvarannotovatorgaanisissaosuuksissa,elielä-
vässä ja kuolleessa eliöaineksessa, liukoisten typen muotojen ollessa pienempi
varanto (Burns jaHardy1975).Näiden lisäksi typpeäonmaaperän sisältämässä
ilmassakaasumaisessamuodossa(PuhtaanatyppikaasunaeliN2:najadityppioksi-
di N2O:na) sekä maaperän kiviaineksessa (Brady ja Weil 2008). Kasvit ottavat
maaperästä typpeä käyttöönsä juurillaan pääosin liukoisessa epäorgaanisessa
muodossa ja muodostavat siitä orgaanisia typpiyhdisteitä tarpeisiinsa (Brady ja
Weil2008).
8
2.1.1Typenlähteet
Luonnonvaraisissamaa-kasvustosysteemissätyppeäsiirtyysysteemiinbiologisen
typensidonnanavulla ilmakehästäsekäkuiva- jamärkälaskeumana(Stevensonja
Cole1999).Samattypenlähteettoimivatmyöspeltoekosysteemeissä:tyypillisesti
näitämerkittävämmäksi typen lähteeksimuodostuu kuitenkin lannoituksessa li-
sätty typpi,vaikkakinbiologista typensidontaahyödynnetäänmerkittävästieten-
kin luonnonmukaisessa viljelyssä. Lannoituksen lisäksi peltotuotannossa typpeä
siirtyysysteemiinmyöskylvösiemenenmukana.
Biologinentypensidonta
Biologisella typensidonnalla tarkoitetaan tiettyjen bakteeriryhmien kykyämuun-
taa ilmakehän epäreaktiivista typpeä reaktiiviseen, kasveille käyttökelpoiseen
muotoon.Tämätapahtuunitrogenaasi-entsyyminkatalysoimassareaktiossa,jossa
dityppikaasu (N2) muuttuu ammoniumtypeksi (NH4+) (Kim ja Rees 1994). Pel-
toekosysteemissämerkittävinbiologisentypensidonnanmuotoonsymbioottinen
typensidonta, jossaRhizobium- jaBradyrhizobium-sukuihin kuuluvat typensitoja-
bakteerit muodostavat mutualistisen suhteen isäntäkasvinsa kanssa: isäntäkasvi
luovuttaabakteerilleenergiaahiilihydraattienmuodossa,jabakteerisitooreaktii-
vista typpeä isäntäkasvin tarpeisiin (Brady jaWeil 2008).Maatalouden kannalta
merkittävimpiä typensitojakasveja eli symbioosin isäntäkasveja ovat palkokasvit
(BradyjaWeil2008).Symbioottisellatypensidonnallasidotuntypenmäärävaihte-
lee olosuhteista ja kasvilajista riippuen ollen esimerkiksi valkoapilalla (Trifolium
repens) tyypillisesti noin 128-268 kgN/ ha /v, ja härkäpavulla (Vicia faba) noin
noin121-171kgN/ha/v(LaRuejaPatterson1981).Symbioottinentypensidonta
riittääyleensätäyttämäänisäntäkasvintypentarpeenkokonaan,minkä lisäksisa-
donkorjuuntaiviherlannoituskasvustonlopettamisenjälkeenmaahanjäämerkit-
tävämäärätyppeäsatojätteissä(Evans2001,Lindén2008).Symbioottistatypen-
sidontaa hyödynnetään erittäin yleisesti myös viherlannoituskasvustoissa, jotka
muokataankokonaisuudessaanpintamaahan,jolloinkasvustonsitomatyppimäärä
jäämaaperäänseuraavienviljelykasvienhyödynnettäväksi.Biologistatypensidon-
taatapahtuumyösniinsanottujenvapaidentypensitojabakteerien(ryhmäitsenäi-
sesti, ilmankasvi-bakteerisymbioosia typpeäsitoviabakteereita) toimesta,mutta
9
viileissä ilmasto-olosuhteissa niidenmerkitysmaa-kasvisysteemin typenlähteenä
onmelkovähäinen(Nohrstedt1985).
Typenlaskeuma
Typen laskeumalla tarkoitetaan ilmakehän sisältämän reaktiivisen typen pääty-
mistämaaperäänsadevedenjalumen(märkälaskeuma)sekäkiinteidenpartikke-
lienkutentomunmukanajakaasujenabsorptionkautta(kuivalaskeuma)(Bradyja
Weil 2008). Ilmakehä sisältää pieniä määriä reaktiivista typpeä ammoniakkina
(NH3)jatypenoksideina(N2O,NOx).Nämäkaasumaisetreaktiivisentypenmuodot
ovatperäisinmaaperästä,kasveistajafossiilistenpolttoaineidenpalamisreaktiois-
ta (Brady jaWeil 2008). Typen laskeumanmäärä vaihtelee huomattavan paljon
alueellisesti,muttatyypillisestisenmerkityspeltoekosysteemintypenkierrolleei
ole kovin suuri (Stevenson ja Cole 1999); kuitenkin etenkin suurten teollisuus- ,
asutus-,viljely- ja liikennekeskittymien lähistöllä fossiilisistapolttoaineistaperäi-
sinolevanlaskeumatypenmääräsaattaaollajopauseitakymmeniäkilojahehtaa-
riakohden(Berendseym.1993).Suomessalaskeumatypenmääränhehtaariakoh-
denonarvioituolevankeskimäärinnoin5kgvuodessa (Kuusisto1997,Vuoren-
maaym.2001),elisenmerkityskasvintuotannolleontyypillisestihyvinpieni.
Lannoitus
Peltoviljelyssämerkittävin osamaa-kasvustosysteemiin siirtyvästä typestä anne-
taantyypillisesti lannoitteina.Lannoitteidensisältämätyppivoiollasuoraankas-
veillekäyttökelpoisessaliukoisessamuodossa(väkilannoitetyppi)taiorgaanisissa
muodoissa, jolloin typpeä vapautuu kasvien käyttöön vastamaaperämikrobiston
hajotusprosessienmyötä.Väkilannoitevalmisteidensisältämätyppionuseimmiten
jokonitraatti- (NO3-), ammonium-, taiureamuodossa (CH4N2O) tainäidenyhdis-
telmänä.EsimerkiksiSuomessayleisestikäytössäolevatYaranYaramilaY-sarjan
lannoitteetsisältävätyhdistelmännitraatti- jaammoniummuotoista typpeä(Yara
2018).Kasvitpystyvätottamaannäitätypenmuotojasuoraan juurillaanmaanes-
teestä,mutta ammonium- ja ureamuotoista typpeämuuntuumyös nitraattimuo-
toon maaperän biologisissa prosesseissa (Glass 1995). Orgaanisissa lannoiteval-
misteissauseimmitenosatypestäonliukoisessajavaltaosaorgaanisessamuodos-
sa,muttaeri lannoitevalmisteidenvälilläonsuuriaerojaeritypenfraktioidenpi-
10
toisuuksiensuhteen(Delinym.2012).Lannoitevalmisteidensisältämäorgaaninen
typpionsitoutunuthyvinmonimuotoisiin jaerivaiheissahajoamisprosessiaole-
viin orgaanisiin yhdisteisiin, kuten proteiineihin, aminohappoihin, ja pitkälle ha-
jonneisiinhumusyhdisteisiin(BradyjaWeil2008).
2.1.2Typenprosessitmaaperässä
Orgaaninenaineksensisältämätyppi,olikysesittenlannoitevalmisteestataimaa-
perän elävästä tai kuolleesta orgaanisesta aineksesta, vapautuu kasveille käyttö-
kelpoiseenmuotoonmaaperäeliöstönhajotusprosessienmyötä.Orgaanisentypen
vapautumiseenvaikuttavathajotettavanorgaanisenaineksenominaisuudet,kuten
hiili-typpisuhde(Paustianym.1992),muttamyöspeltomaanominaisuudetjaolo-
suhteet (Cabreraym.2005).Nämäominaisuudet jaolosuhteetmäärittävätmuun
muassavapautuukoprosessissakasveillekäyttökelpoistatyppeävaisitookohajo-
tusprosessimaaperänepäorgaanista typpeäorgaaniseenmuotoon, javaikuttavat
siihen,kauankohajotusprosessikestää(Paustianym.1992).
Maaperäeliöstöntoimintapaitsikontrolloiorgaanisentypenmuutoksialiukoiseen
muotoon ja päinvastoin, myösmuokkaa liukoisen typen fraktioita (nitrifikaatio)
sekäsiirtäätyppeäulosmaa-kasvustosysteemistäkaasumaiseenmuotoondenitri-
fikaatioprosesseissa(BradyjaWeil2008).Tämänlisäksimaaperäntypenkiertoon
vaikuttavat monet kemialliset ja fysikaaliset prosessit, kuten ammoniumtypen
haihtuminenammoniakiksisekäliukoisentypenhuuhtoutuminen.
Mineralisaatiojaimmobilisaatio
Maaperäeliöstöhajottaasaatavillaolevaaorgaanistaainestatuottaakseenenergiaa
jaravinteitaomiintarpeisiinsa(BradyjaWeil2008).Tuoreenorgaanisenaineksen
hajotusprosessialkaahelpostihajotettavistahiilihydraateista,proteiineistajaras-
voista, ja jatkuunäidenjälkeenpidempienpolymeeristenyhdisteidenkutentärk-
kelyksen hajotuksella (Brady jaWeil 2008). Viimeiseksi hajoavatmonimutkaiset
yhdisteetkutenselluloosa ja ligniini (Brady jaWeil2008).Optimaalinenhajotus-
toimintavaatiioikeanlaisenlämpötilanjakosteusolosuhteet,minkävuoksihajoa-
minentapahtuupelto-olosuhteissapääasiassakasvukaudenaikana,jakäytännössä
11
pysähtyytalvellasekäpitkienkuivien jaksojenajaksi(Troeh jaThompson2005).
Mineralisaatiolla tarkoitetaan hajotusprosessissa tapahtuvaa orgaanisen typen
muuntumista epäorgaaniseen muotoon, ja immobilisaatiolla vastaavasti epäor-
gaanisentypensitoutumistaorgaaniseenmuotoon(RobertsonjaGroffman2007).
Kumpaakintapahtuumaaperässäkäytännössäjatkuvasti,jamerkityksellistätypen
muutosten kannalta onkin lähinnä onko nettomineralisaatio vai -immobilisaatio
(määritettynämineralisoituvanjaimmobilisoituvantypenerotuksesta)vallitsevaa
(RobertsonjaGroffman2007).
Typen vapautumista tai sitoutumistamäärittääpääasiassahajotettavan aineksen
hiili-typpisuhde(C:N-suhde),jokakuvaakarkeastiaineksensisältämänenergianja
ravinteidensuhdetta(TroehjaThompson2005).Mikälityppeäonrunsaastisuh-
teessa hiileen, sitä on tarjolla enemmän kuinmaaperämikrobisto tarvitsee käyt-
töönsä,jaylimääräinentyppivapautuuepäorgaanisessamuodossa;mikälihiiltäon
paljonsuhteessatyppeen,maaperämikrobistoottaahajotustoimintaantarvittavan
typenmaanesteen epäorgaanisesta typestä (Sylvia ym. 2005). Nettomineralisaa-
tion ja -immobilisaation rajana pidetään tyypillisesti C:N-suhdetta välillä 20-40
(Whitmore 1996). Peltomaiden muokkauskerroksen C:N-suhde on keskimäärin
noin10-12,elityypillisestiviljelymaillanettomineralisaatioonvallitsevaa(Young
jaAldag1982).
Aikaisemminmineralisoitumisen lopputuotteena on pidetty aina ammoniumtyp-
peä, minkä vuoksi vanhemmassa kirjallisuudessa prosessista on käytetty myös
termiäammonifikaatio(RobertsonjaGroffman2007).Nykyäänhuomioidaankas-
vienkykykäyttäätypenlähteenämyösliukoisiaorgaanisiatyppiyhdisteitä,minkä
vuoksimineralisaationlopputuotteinavoidaanpitäämitävainkasveillekäyttökel-
poisialiukoisiatyppiyhdisteitä(SchimeljaBennet2004).
Nitrifikaatio
Nitrifikaatiolla tarkoittaamaaperänbakteerienaiheuttamaaentsymaattistahape-
tusreaktiota,jossaammoniummuuttuunitriitin(NO2-)kauttanitraatiksi(Robert-
son ja Groffman 2007). Nitrifikaation aiheuttavat bakteerit saavat tarvitsemansa
energianreaktiosta.Eriautotrofisetbakteeriryhmätvastaavatammoniuminmuut-
12
tamisestanitriitiksijanitriitinmuuttamisestanitraatiksi,muttareaktiotseuraavat
toisiaan tyypillisesti hyvin nopeasti, eikä nitriittiä yleensä esiinny maaperässä
merkittäviämääriä(RobertsonjaGroffmann2007).Molemmatreaktiotkuluttavat
lähtöaineenamaaperänhappea,jareaktiotuotteinasyntyyvettäjavetyioneja.Nit-
rifikaatiosiislisäämaaperänhappamuutta(BradyjaWeil2008).Nitraattisitoutuu
anionina huomattavasti ammoniumia (kationi) huonommin maahiukkasten pin-
nalle, ja onnäin ollen alttiimpi huuhtoutumaan.Nitraatti onmyös altis denitrifi-
kaatiolle, jossa nitraattityppi muuttuu kaasumaisiksi typen muodoiksi (Brady ja
Weil2008).
Denitrifikaatio
Nitraattimuotoinentyppivoipoistuamaa-kasvustosysteemistäilmakehäänmuut-
tumallakaasumaisiksi typenmuodoiksi.Denitrifikaatioreaktionaiheuttavatuseat
eri bakteerit, jotkahapettomissa olosuhteissa käyttävät hengityksessään elektro-
nin vastaanottajananitraattia happiatomin sijaan (Robertson jaGroffman2007).
Reaktiossanitraattipelkistetäännitriitiksi, jaedelleentyppioksidiksi(NO),dityp-
pioksidiksijatyppikaasuksi.
Pelto-olosuhteissa denitrifikaatiota tapahtuu etenkin pellon ollessa veden kylläs-
tämä,jolloinhajottajabakteereidenhengitykseeneioleriittävästihappeasaatavilla
(BradyjaWeil2008).Vaikkareaktionlopputuoteonoptimaalisissajahyvinmata-
lahappisissa olosuhteissa puhdas typpikaasu, vapautuu pelto-olosuhteissa usein
merkittävissämäärinmyöstyppioksidiajadityppioksidia,jokaonvoimakaskasvi-
huonekaasu (Brady jaWeil 2008). Maaperänmatala pH (<5) estää typpikaasun
muodostumista, ja suosii näin ollen typen haihtumista dityppioksidina (Brady ja
Weil2008).
Typenhaihtuminenammoniakkina
Ammoniakkia(NH3)voisyntyäkemiallisessareaktiossaorgaanisenaineksenhajo-
tessa sekä ammonium- ja ureapitoisista lannoitteista (Brady jaWeil 2008). Olo-
muodoltaankaasumaisenaammoniakkipoistuuhelpostimaa-kasvustosysteemistä
ilmakehään.
13
Ammoniakkiontasapainotilassaammoniumionienkanssakaksisuuntaisessareak-
tiossa(BradyjaWeil2008):
NH4++OH-⇌H2O+NH3
Ammoniakin muodostuminen on runsaampaa korkeassa pH:ssa kuin matalassa.
Sekäsaves-ettähumuspartikkeleillaonkykysitoaammoniakkia,elitypenhävikki
ammoniakkinaonsuurempaamikäliammoniumpitoistaainestaeimuokatamaa-
hanvaansejätetäänpellonpintaan(BradyjaWeil2008).Alankomaalaisessatut-
kimuksessasianlietelannanmuokkaaminenpintakerrokseenvähensiammoniakin
haihtumista75%,jalannansijoitus15-20cmsyvyyteen97%verrattunapintale-
vitykseen(Huijsmansym.2003).
Huuhtoutuminen
Koska nitraatti-ioni on negatiivisesti varautunut, se ei pidättäydy negatiivisesti
varautuneidenmaahiukkastenpinnallekutenpositiivisestivarautuneetionit,vaan
onvapaanaioninamaanesteessä(BradyjaWeil2008).Tämäntakianitraattityppi
on hyvin altista huuhtoutumaan viljelykasvin ulottumattomiin pohjamaahan ja
vesistöihin (Di ja Cameron 2002). Vaikka nitraattityppi muodostaakin merkittä-
vimmänosanmaa-kasvustosysteemeistähuuhtoutuvastatypestä,huuhtoutuupel-
loilta jonkinverranmyösmuita typen liukoisiamuotoja, etenkinkarkeillakiven-
näismailla, joillaravinteidenpidätyspaikkojaonrajallisemmin(Stevenson jaCole
1999).
Leggin jaMeisingerin(1982)mukaantypenhuuhtoutumisriskionsuuri,kunnit-
raattipitoisuuspeltomaassaonkorkea,kasvientypenottojatypenimmobilisaatio
eivätriitäpoistamaantarpeeksinitraattiamaanesteestä, jamaaperänvedenalas-
päinsuuntautuvaliikesiirtäänitraattiapoiskasvienjuurienulottuvilta.Näistänit-
raattitypenpitoisuuteenvoidaanvaikuttaa typpilannoituksenmäärää säätämällä,
ja kasvien typenottoonmuunmuassaviljelykasvivalinnoilla jahuolehtimallapel-
lonjatkuvastakasvipeitteisyydestä(DijaCameron2002).
14
2.1.2Kasvientypenottojakasvustonsisältämätyppi
Vaikka maa-kasvustosysteemissä suurin osa typestä on sitoutuneena maaperän
orgaaniseenainekseen,onmyöskasvukaudenaikanakehittyväkasvustomerkittä-
vätypenvarasto(BurnsjaHardy1975).Kasvitottavattyppeämaaperästäliukoi-
sessamuodossa jamuuntavat sitämetabolisissaprosesseissaorgaanisiksi yhdis-
teiksi. Osa kasvustoon sitoutuneesta typestä poistuu systeemistä korjatun sadon
mukana,jaosapalautuumaaperäänsatojätteissäjajuurissa.
Kasvientypenotto
Kasvit ottavat typpeä maaperästä juurillaan pääasiassa ammonium- ja nitraatti-
ioneina:vaikkakasvitpystyväthyödyntämäänmolempiatypenmuotojamyösyk-
sinään, useimmat kasvit kasvavat parhaiten kun molempia muotoja on tarjolla
suurinpiirteinyhtäläisetmäärätmaaperässä(BradyjaWeil2008).Kasvienottaes-
saammoniumtyppeäjuurillaanmaanpHlaskee,kuntaasnitraattitypenottonos-
taapH:ta (Zhangym.2004).Vaikutus johtuu typenotonyhteydessä juurienmaa-
nesteeseen vapauttamista ioneista (H+ ammoniumia otettaessa ja OH- nitraattia
otettaessa) (Haynes1990).Ammoniumin janitraatin lisäksikasvitpystyvätotta-
maan epäorgaanista typpeä myös nitriittimuodossa, mutta nitriittiä on yleensä
maanesteessävainhyvinpieniämääriä johtuensennopeastamuuttumisestanit-
raatiksi(BradyjaWeil2008).
Näiden epäorgaanisten typen muotojen lisäksi kasvit pystyvät ottamaan typpeä
myös liukoisina orgaanisina yhdisteinä, kuten liukoisina proteiineina ja amino-
happoina (Schimel ja Bennet 2004, Näsholm ym. 2009). Kun saatavilla on sekä
epäorgaanisiaettäorgaanisiatypenlähteitäkasvitsuosivatkuitenkinyleensäepä-
orgaanisia lähteitä, jakasvienkykyhyödyntääliukoistaorgaanistatyppeävaihte-
leevoimakkaastierikasvilajienvälillä(BradyjaWeil2008).
Typpikasvustossa
Typpionvälttämätönosauseitakasvintoiminnankannaltaelintärkeitäyhdisteitä.
Typpeä tarvitaanmuunmuassa aminohapoissa, joista muodostuvat proteiinit ja
entsyymit,nukleiinihapoissa,joistaDNAkoostuu,sekäfotosynteesissätarvittavas-
15
saklorofyllissa(BradyjaWeil2008).Viljelykasvienvihreidenkasvinosientyppipi-
toisuusonyleensänoin2,5-4%kuiva-aineesta,muttatämävaihteleepaljonkasvi-
lajista ja kasvinosan iästä riippuen; palkokasvien typpipitoisuus on tyypillisesti
muitaviljelykasvejakorkeampi(BradyjaWeil2008).
Viljoillamerkittävinosatypestäkertyyalkukasvukaudestavihreisiinkasvinosiinja
kasvukauden lopulla siemeniin (Spiertz jaDe Vos 1983),muttamyös juuristoon
jääkorjuunjälkeenyliviidesosakasvinsisältämästätypestä(Hanssonym.1987).
Sadonmukanapoistetaankeskimäärinnoinpuoletkokoviljakasvustonsisältämäs-
tä typpimäärästä (Hansson ym. 1987, Pietola ja Alakukku 2005, Peltonen-Sainio
ym.2008).SpiertzinjaDeVosin(1983)tutkimuksessasyysvehnänjyväsatosisälsi
93-181kgN/ha,kuntaasoljissapeltoonjäi35-63kgN/ha,elikokomaanpäälli-
senkasvustonsisältämätyppimääräsadonkorjuunhetkelläoli128-244kgN/ha:
tutkimuksessa ei huomioitu juuriston sisältämän typen määrää. Hanssonin ym.
1987)tutkimuksessaohrakasvustosisälsikokonaisuudessaan150kgN/ha,josta
juuristonosuusoli32kgN/ha.Vaikkakeskimäärinpuoletkasvustonsisältämästä
typestäpoistuukinsadonmukanamaa-kasvustosysteemistä,jäähehtaariakohden
peltomaahan satojätteissä ja juurissa silti useita kymmeniä tai jopa satoja kiloa
orgaaniseenainekseensitoutunuttatyppeä.
2.2Ravinnetasemallit
Ravinnetasemallit (nutrient budget, nutrient balance) ovat työkaluja määrätyn
yksikön-esimerkiksivaltion,maatilantaitietynpeltolohkon-ravinteidenyli-tai
alijäämäisyyden määrittämiseksi ja ravinteiden käytön suunnittelemisen tueksi
(Watson ja Stockdale1997).Ravinnetase lasketaanyksinkertaistetusti jonkin ra-
vinteen sisään ja ulos siirtyvien virtojen erotuksena rajatussa systeemissä tietyn
ajanjaksonaikana(Watsonym.2002).
16
Näinollenravinnetasesaadaanlaskettuakaavalla:
Δ=I-E
Jossa:
Δ=Ravinnetase
I=Virratsisäänsysteemiin(inputs)
E=Virratulossysteemistä(exports)
Oletuksena on, että huomioimalla tietyn ravinteen sisään ja ulos siirtyvät virrat
systeemistä saadaan laskettua systeemin sisäisen varastonmuutos kyseessä ole-
valleravinteelle(Meisinger jaRandall1991).Näinollenpositiivinentasetarkoit-
taasysteeminsisäisenvarastonkasvuajanegatiivinentasevarastonpienenemistä.
Vaikkaainevirtojen luonne janiiden suuruudetvaihtelevat erityyppisissä systee-
meissä, voidaan ravinnetaseen konseptia soveltaa systemaattisesti kaikenlaisiin
rajattuihinsysteemeihin.
Ravinnetaseiden laskemiseen on käytettävissä useita erilaisia malleja. Erilaiset
ravinnetasemalliteroavattoisistaansiinä,mitentarkasteltavasysteemionrajattu,
kuvataankomallissasysteeminsisäisiäravinnevirtoja,jamitäsisäänjaulossuun-
tautuvia virtojamallissa huomioidaan (Watson ym. 2002). Tyypillisesti ravinne-
tasemallit jaetaankolmeenkategoriaan(Jarvis1999):porttitaseisiin(gatebudget
/ farm-gatebalance), peltotaseisiin (surfacebudget / field balance / soil surface
balance)jasysteemitaseisiin(systembudget/systemsbalance).
2.2.1Porttitase
Porttitaselasketaanyksinkertaisestisysteemiintuoduntaiostetunravinnemäärän
(lannoitteet, lanta) jasysteemistäsadontai tuotteidenmukanapoistuneenravin-
nemääränerotuksena(Watsonym.2002).Porttitaseenlaskennassaeihuomioida
systeeminsisäisiäravinnevirtojaeikäesimerkiksivaikeastimitattaviaravinnevir-
tojakutentypensidontaatairavinteidenhävikkiäsysteemistä(Watsonym.2002).
Tämä tekee porttitaseestamelko epätarkan työkalun esimerkiksi lannoitussuun-
17
nittelun kannalta. Tyypillisesti porttitaseita käytetäänkin arvioitaessa ravinne-
taseitasuuressamittaluokassa,kutenvaltiontaimaatilankohdalla,taimikäliriit-
tävääaineistoatarkempaantarkasteluuneiolesaatavilla(Öbornym.2003).
2.2.2Peltotase
Peltotasehuomioierotuksenkaikkiensysteeminsisäänsuuntautuvienvirtojen ja
sadontaituotteidenmukanapoistuneidenravinteidenvälillä(Watsonym.2002).
Peltotase on siis porttitasetta tarkempi työkalu siinä, että se huomioimyös esi-
merkiksi typensidonnan, laskeuman ja kylvösiemenenmukana systeemiin siirty-
neet ravinteet,mutta se ei kuitenkaan kykene kuvaamaan systeemiin jäävän ra-
vinneylijäämänkohtaloa (Watsonym.2002,Öbornym.2003). Senperusteellaei
siisvoidasuoraanosoittaa,onkoesimerkiksiylijäämätyppijäänytpeltoonseuraa-
van viljelykasvin käytettäväksi vai huuhtoutunut vesistöön. Ravinnealijäämäisen
systeeminmenettämänravinteenvoidaankuitenkinpeltotaselaskelmanperusteel-
la luotettavastiolettaaolevanperäisinmaaperänvarastoista,mikälikaikkisisään
tulevatvirratonhuomioitujaravinnevirtojensuuruudettunnetaantarkasti.
Peltotasetta käytetään yleisesti viljelykasvin ravinnetarpeet tyydyttävän lannoi-
tusmääränarvioimiseenpeltolohkotasolla(Watsonym.2002).Peltotaseenyli-tai
alijäämääonmahdollistakäyttäämyösindikaattorinasysteeminaiheuttamienra-
vinnepäästöjenmäärälle,vaikkaravinnepäästöjäeisuoraantaselaskelmassamita-
takaan(Granstedtym.2008).Vesistöpäästöjenmääränarviointiapeltotaseenavul-
la onkuitenkinkritisoitu liian yksinkertaiseksimenetelmäksi, joka jättäähuomi-
oimattamerkittäviäravinnepäästöihinvaikuttaviatekijöitäkutenerojaviljelykäy-
tännöissäjavuotuisissasääolosuhteissa(Öbornym.2003,Bengtssonym.2016).
2.2.3Systeemitase
Systeemitase sisältää systeemistä sisään ja ulos siirtyvät ravinnevirrat, joiden li-
säksi huomioidaan alasysteemien kutenmaaperän, kasvuston, eläinten ja lannan
ravinnevarastotsekäravinnevirratnäidenvälillä(Watsonym.2002).Mallihuomi-
oisiispoissysteemistäsiirtyvistävirroistamuunmuassamahdollisetkaasumaiset
18
päästötsekähuuhtoumanjaeroosionmukanapoistuvatravinteet,joitamuuttässä
käsitellytmalliteiväthuomioi(Öbornym.2003).Systeemitaseenvoitämänmyötä
esittäämyösainevirtamallinmuodossa.
Vaadittavanaineistonkattavuudentakiasysteemitaseenlaskeminenonhyvintyö-
lästä,mutta se antaamyös tarkimmankuvan systeemin ravinnevirtojenkäyttäy-
tymisestä(Öbornym.2003).Systeemitasettavoihyödyntäämittakaavastariippu-
matta,mikäli ravinnevirrat janiidensuuruudet tunnetaan:esimerkiksiAartsym.
(1992) käyttivät systeemitasetta Alankomaidenmaidontuotantojärjestelmien ra-
vinnevirtojenmallintamiseen, jaAntikainenym. (2005)suomalaisenruokajärjes-
telmäntyppi-jafosforitaseidenmallintamiseen.
2.3Kierrätyslannoitusjateollinenekologia
Kierrätyslannoituksella tarkoitetaan ei-neitseellisten eli kierrätettyjen, jo ihmis-
käyttöönotettujenaineidentainiistäjalostettujentuotteidensisältämienravintei-
denkäyttämistäkasvienravinteidentarpeentäyttämiseksikasvintuotannossa,vas-
takkaisenakäsitteenäväkilannoitukselle, jossakasvien tarvitsemat ravinteetote-
taankäyttöönneitseellisistälähteistä.Käytännössäkaikkilannoitusennenteollis-
tumisen alkua 1800-luvulla perustui ravinteiden kierrättämiseen, poikkeuksena
typpeäsymbioottisestiilmakehästäsitovienpalkokasvienkäyttö:teollisenlannoi-
tetuotannonkäynnistyttyäsynteettistenlannoitteidenkäyttöonmuodostunutno-
peastipääasialliseksitavaksiturvatakasvienravinteidensaanti(Smil2002).
2.3.1Teollinenekologia
Argumentit kierrätyslannoituksen puolesta nojaavat vahvasti teollisen ekologian
tieteenalaan. Teollinen ekologia on nykymuodossaan Froschin ja Gallopoulosin
(1989)esittelemäkonsepti,jossaseurataanenergia-jamateriaalivirtojatuotannon
ja kulutuksen järjestelmissä, sekä erityisesti luonnon ekosysteemien ja ihmisen
toiminnan välillä (Encyclopædia Britannica 2016). Teollinen ekologia pyrkii vä-
hentämäänraaka-aineidenjaenergiankulutustasekäpäästöjenjajätteenmäärää
luomalla järjestelmiä, joissa jokainen jätevirta voidaan hyödyntää jonkin muun
19
prosessin raaka-aineena (Graedel 1996). Graedelin (1996) mukaan oleellisessa
osassateollisenekologianajatteluaonyksittäistentuotantojärjestelmienhahmot-
taminen osana luonnon ekosysteemien toimintaa imitoivaa kokonaisuutta, joka
toimiiyhteistyössämahdollisemmantehokkaantoiminnanmahdollistamiseksi.
Materiaalikiertojen sulkeminenon erittäinkeskeisessä roolissa teollisessa ekolo-
giassa.Tehostamallamateriaalienkierrätystäjärjestelmänsisällävoidaanehkäistä
jätteen syntymistä ja vähentää neitseellisten raaka-aineiden kulutusta. Graedel
(1996)esittimallissaankolmeerilaistajärjestelmää,joitahänkäyttääkuvaamaan
materiaalien jaenergianvirtojaerilaisissabiologisissaekosysteemeissä(Kuva2).
Tyypin1järjestelmäeisisällälainkaankierrätystä,elijärjestelmäontäysinlineaa-
rinen,japohjaakokonaanjärjestelmänulkopuolisiinresursseihinjaenergiaanjol-
loinmyöskäänjärjestelmäntuottamaajätettäeihyödynnetä.Tyypin2järjestelmän
osittainenmateriaalikierto on tyypin 1 järjestelmää tehokkaampi: ainevirrat jär-
jestelmänsisälläovatsuurempiakuinainevirratsisäänjaulosjärjestelmästä.Tyy-
pin2järjestelmäonsiltiglobaalissamittakaavassapitkälläaikavälilläkestämätön
käyttäessään järjestelmän ulkopuolisia raaka-aineita ja tuottaessaan jätettä, eli
toimiessaanyksisuuntaisesti osittaisesta kierrätyksestähuolimatta. Tyypin3 jär-
jestelmäonsaavuttanutsuljetunmateriaalikierron,eikäuusiaraaka-aineitatarvita
järjestelmänulkopuolelta. Järjestelmä eimyöskään synnytä jätettä, sillä jokainen
jätevirtajärjestelmänkomponenteistahyödynnetäänraaka-aineenajossainmuual-
lajärjestelmässä(Graedel1996).
Graedelin (1996)mukaan ihanteellisen teollisen järjestelmänmateriaalien ja re-
surssienkäyttömuistuttaatyypin3biologisenjärjestelmänainekiertoa.Historial-
lisestiihmisenresurssienkäyttöonmuistuttanuttyypin1lineaaristajärjestelmää:
teollinenekologiapyrkiijärjestelmänsisäisenresurssienkäytönoptimoinnillateol-
listen järjestelmienmuokkaamiseen tyypin2, tai lopulta jopa tyypin3kaltaisiksi
järjestelmiksi(Graedel1996).
20
Kuva2.Erilaisetbiologisetekosysteemitjaniidenenergia-jamateriaalivirrat(mu-
kaillenGraedelym.1996).
Korhonen (2001) esitti edelleen teollisen ekologiaan pohjautuvan järjestelmän
nojaavan samoihin periaatteisiin kuin luonnon ekosysteemeidenkin: kierrätyk-
seen,monimuotoisuuteen,paikallisuuteen jaasteittaiseenmuutokseen.Korhosen
(2001)mukaan teollisen järjestelmän tehokasaineen ja energiankierto saavute-
taanmahdollisimmanmonimuotoisten toimijoidenyhteistyöllä.Ulkoistenresurs-
sienkäytönminimoimiseksijärjestelmänonkehityttäväasteittaintoimimaanpai-
kallisiauusiutuvialuonnonraaka-aineitakestävästikäyttäenjaniin,ettäteollisen
järjestelmäntuottamatjätteetovatkäyttökelpoisiateollistajärjestelmääympäröi-
vänluonnonekosysteeminhyödynnettäväksi.Korhosen(2001)esittämävisiotäy-
dellisestä teollisen ekologian järjestelmästä perustuu luonnon ekosysteemin ja
teollisen järjestelmän väliseen toimintaan: käyttäessään ainoastaan uusiutuvia
ulkopuolisia raaka-aineita ja tuottaessaan vain luonnon ekosysteemeille hyödyn-
nyskelpoisiajätteitäteollinenalajärjestelmämuistuttaayksinäänGraedelin(1996)
tyypin2järjestelmää,muttayhdessäympäröivänluonnonekosysteeminkanssase
muodostaatyypin3järjestelmänkaltaisenkokonaisuuden.
21
2.3.2Kierrätyslannoitus
Maatalousekosysteemeiden ravinteiden kierto eroaa huomattavasti luonnon
ekosysteemeistä.Luonnonekosysteemeissäravinteetkiertävätjärjestelmänsisäl-
lä:kasvienmaaperästäottamatravinteetpalautuvat takaisinmaaperäänbiomas-
sanhajotessa.Maatalousekosysteemeistäravinteitapoistuumuunmuassasadon-
korjuun yhteydessä,minkä vuoksi systeemin ravinnetaseet ovat lähtökohtaisesti
negatiivisia ellei poistuvia ravinteita korvata ulkoisilla ravinnepanoksilla eli lan-
noitteilla.Näinollen ravinteetpikemminkinvirtaavat lineaarisestipeltotuotanto-
järjestelmänläpikuinkiertävätsensisällä.
Tarkasteltaessakokoruoantuotannonja-kulutuksenjärjestelmäätilanneonhyvin
samankaltainen kuinmaataloudessa.Maatalouteen tuodut ravinteet virtaavat al-
kutuotannon, jalostuksen ja kaupan järjestelmien läpi kuluttajille, ja päätyvät lo-
pulta jätevedenpuhdistuslaitoksille käsiteltäviksi; lisäksi ketjun jokaisessa vai-
heessasyntyy jäte- japäästövirtoja, joihinvaltaosaalkutuotannossa lisätyistä ra-
vinteista päätyy (Niutanen ja Korhonen 2003, Antikainen ym. 2005, IPES-Food
2016).EsimerkiksiSuomessavuosina1995-1999alkutuotantoonlisättiinlannoit-
teena6,8-kertainenmäärä typpeä ruoassakulutettuun typpimääräänverrattuna;
fosforinosaltavastaavalukuon7,2(Antikainenym.2005).
Valtaosamaataloudessakäytettävästätypestäsidotaanilmakehästäerittäinener-
giaintensiivisellä Haber-Bosch-menetelmällä, jossa typensidontaan käytetään uu-
siutumatontamaakaasua(Gallowayym.2008).Ilmakehästäihmiskäyttöönotetun
reaktiivisen typen määrä ylittää sille asetetut kestävyysrajat moninkertaisesti
(Rockström ym. 2009); Suttonin ym. (2011) arvioiden mukaan typen päästöjen
aiheuttamatterveys-jaympäristöhaitattuottavatyksinEuroopanunioninalueella
70-320miljardineuronvuosittaisetkustannukset. Lannoitteissakäytettäväfosfori
taasonpääosinperäisinapatiitista,kaivannaisesta,jonkatuotantohuipunonarvi-
oituajoittuvanlähellevuotta2033,jajonkakaupallisessakäytössäolevienvaran-
tojen arvellaan ehtyvän nykyisillä käyttömäärillä 50-100 vuodessa (Cordell ym.
2009). Vesistöihin päätyessään fosfori on etenkin sisävesissämerkittävimpiä re-
hevöitymistä aiheuttavia tekijöitä (Correll 1998). Ruokajärjestelmään tuotavat
22
teolliset lannoitteetaiheuttavat siisvalmistusvaiheessa suuriapäästöjä (typpi) ja
kuluttavat uusiutumattomia luonnonvaroja (fosfori), ja toisaalta ruokajärjestel-
mästä poistuessaan aiheuttavat merkittäviä ympäristöhaittoja. Kierrättämällä jo
käyttöönotettujaravinteitavoidaanvähentäätarvettaulkopuolistenpanostenkäy-
töllesekähyödyntääjätevirtojenravinteitauudelleenalkutuotannossa.
Teollisten lannoitteiden runsaan käytön aiheuttamien ongelmien vähentämisen
lisäksikierrätyslannoitteitakäyttämälläonmahdollistaparantaamaankasvukun-
toalisäämälläviljelymaanorgaanisenaineksenmäärää(Bressonym.2001).Run-
sas orgaanisen aineksen määrä peltomaassa parantaa ravinteiden saatavuutta
kasveille(DoranjaSmith1987),parantaamaanrakennetta(TisdalljaOades1982)
javesitaloutta(Hudson1994) ja tehostaamaanmikrobitoimintaa(Bot jaBenites
2005).Suomalaisenmaatalousmaanhiilipitoisuudessaonselkeälaskevasuuntaus:
Heikkisen ym. (2013) mukaan viljelymaiden hiilipitoisuudet laskivat vuosien
1974-2009välilläkeskimäärin0,2-0,4%vuodessa.Teollisetlannoitteeteivätsisäl-
lä lainkaan hiiltä, kun taas joitain orgaanisia kierrätyslannoitteita ja -
maanparannusaineitakäyttämälläpeltomaahan lisätään jopauseita tonnejahiiltä
hehtaarillekäyttökertaakohden.Perinteisestipeltomaanorgaanisenhiilenmäärää
onlisännytkarjanlannankäyttölannoitteenajamaanparannusaineena,muttalan-
nantehokastahyödyntämisenhaasteenaonSuomessa1950-1960ja1970-luvuilla
tapahtunut kasvin- ja eläintuotannon maantieteellinen eriytyminen toisistaan
(Luostarinenym.2011,Voutilainenym2012):Etelä-Suomionhyvinkasvintuotan-
tovaltaista aluetta, kun taasmuualla Suomessamaatalouspainottuu eläintuotan-
toon (Voutilainenym.2012,Niemi jaAhlsted2014).Tuotannonalueellisen eriy-
tymisenjohdostapaikoittainkarjanlantaaonliianpaljonpeltoonsijoitettavaksi,ja
toisaalta toisilla alueilla sitä ei ole tarjolla tarpeeksi (Luostarinenym.2011).Or-
gaanistenkierrätyslannoitteidenja-maanparannusaineidenkäyttöonyksivaihto-
ehto viljelymaiden multavuuden lisäämiseksi alueilla, joilla orgaanisesta hiilestä
onmuutoinpuutetta.
23
3TUTKIMUKSENTAVOITTEET
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten erilaisista lähteistä peräisin olevat
kierrätyslannoitteet vaikuttavat typen ainevirtoihin ja typen peltotaseeseen kau-
ranviljelyssä.Tutkimuskysymyksetolivat:
1.Eroaakotypenkäyttäytyminenpeltotuotannonainevirroissa(etenkinsadon,
vegetatiivisen biomassan ja kaasumaisten päästöjen typpivirtojen osalta) erilais-
tenkierrätyslannoitteidentyypillisilläkäyttötavoillaja-määrilläväkilannoitetusta
käsittelystä?
2.Mitenerilaistenkierrätyslannoitteidenkäyttövaikuttaatypenpeltotaseeseen
verrattunaväkilannoitettuunkontrolliin?
4AINEISTOJAMENETELMÄT
Tutkimus oli kokeellinen. Aineisto saatiin Hyvän sadon kierrätyslannoitus
(HYKERRYS)-hankkeenkenttäkokeesta, jamittauksettehtiinkokeenkaurakoejä-
senistä.
4.1Kenttäkokeensijaintijakasvukaudensääolosuhteet
HYKERRYS-hankkeenkoekenttäperustettiinHelsinginkaupunginHaltialantilalle
lohkolle 0910035610 (60°26’ N, 24°96’ E) kesällä 2016. Viljavuustutkimuksen
mukaankoelohkonmaalajiolirunsasmultainenhietasavi(HtS).Vuonna2016loh-
kolla viljeltiin ohraa (Hordeum vulgare), jonka korjuun jälkeen maa muokattiin
kyntämällä.Taulukossa1onesitettykoelohkonviljavuustiedotsyksyllä2016ote-
tuistaViljavuuspalvelussaanalysoiduistanäytteistä;koelohkollamangaaninluoki-
tus oli ”heikko”,muttamuiden ravinteiden osalta viljavuusanalyysin luokitus oli
hyvätaikorkeampi.Tutkimustaedeltävinävuosinakoelohkollaonviljeltyviljaval-
taista viljelykiertoa, ja lohkoa on 2000-luvun alkupuolella lannoitettu runsaasti
jätevesilietepohjaisellakompostilla,mikänäkyylohkoltaotettujenmaanäytteiden
korkeissafosfori-jakuparipitoisuuksissa.
24
Taulukko 1. Haltialan koelohkon muokkauskerroksen analyysitulokset vuonna2016syksylläotetuistamaanäytteistäverrattunaUudenmaanpeltojenkeskimää-räisiinanalyysituloksiinvuosina2006-2010(Viljavuuspalvelu2018).Ominaisuus Haltialankoelohkon
keskiarvoUudenmaanpeltojenkeskiarvo2006-2010
pH 6,08 6,12Ca,mg/l 3243 2206Mg,mg/l 438 381K,mg/l 349 214P,mg/l 20,9 11,4S,mg/l 15,4 19,3Cu,mg/l 24,5 5,2Zn,mg/l 21,95 3,5Mn 8,4 28,3B,mg/l 0,73 0,79
Kasvukausi2017olihiemankeskimääräistäviileämpi.Kasvukaudenkuukausittai-
setkeskilämpötilat jasademäärätonesitettyohessa(kuva1).Viileäkevätviiväs-
tytti kauran kylvöä ja hankalasti ajoittuneet syyssateet korjuuta, mutta muuten
poikkeavatsääolosuhteeteiväthäirinneetkoejärjestelyjä.
Kuva1.Kuukausittaisetkeskilämpötilat ja sademäärätHaltialankoelohkollakas-vukaudella 2017 ja vuosien 1981-2010 keskiarvot Helsinki-Vantaan lentokentänmittausasemalla.
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Lämpötila,C°
Sademäärä,m
m
Sademäärä2017,mm
Keskimääräinensademäärä1981-2010,mm
Keskilämpötila2017,C°
Keskilämpötila1981-2010,C°
25
4.2Koeasetelmajakoejärjestelyt
HYKERRYS-hankkeen (aloitettu 2016, suunniteltu päätyväksi 2021) koekentällä
toteutetaanviisivuotistaviljelykiertoa(viherlannoitusnurmi>syysrypsi>syysruis
>härkäpapu>kaura+nurmialuskasvina)niin,että jokaisenavuotenaviljelyssä
on kolme kierron eri vaihetta neljässä kerranteessa. Kerranteet on sijoitettu sa-
mansuuntaisesti20-40mvälein.Tämäntutkimuksenaineistoonkerättyviisivuo-
tisenkierronensimmäisenäsatokasvivuonnajaaineistokoskeevainkaura+alus-
kasvi-kasvustoja.Koekenttäjatässätutkimuksessaaineistonakäytettyjenkäsitte-
lyidensijaintikentälläovatkuvattutarkemminkuvassa2.
Kuva2.Haltialankoelohkonkenttäkartta.Kartassaharmaallavärillämerkitytkoe-ruudutovattutkimuksessamukanaoleviakäsittelyitä.
Ruis Ruis Kaura Härkäpapu101 201 301 Matokomposti 401
102 202 302 Lihaluujauho 402
103 203 303 Ammoniumsulfaatti 403
104 204 304 Mädätysjäännös 404
105 205 305 Lannoittamaton 405Väkilannoite
Härkäpapu Härkäpapu Härkäpapu Ruis106 206 306 406
107 207 307 407
108 208 308 408
109 209 309 409
110 210 310 410
Kaura Kaura Ruis Kaura111 Lannoittamaton 211 Mädätysjäännös 311 411
Väkilannoite Matokomposti
112 Mädätysjäännös 212 Lihaluujauho 312 412 Mädätysjäännös
113 Ammoniumsulfaatti 213 Väkilannoite 313 413 AmmoniumsulfaattiLannoittamaton
114 Lihaluujauho 214 Ammoniumsulfaatti 314 414 VäkilannoiteLannoittamaton
115 215 Matokomposti 315 415 Lihaluujauho 4mMatokomposti 4m
20m 20m 20m
6m
6m
20m
I II III IV
26
HYKERRYS-kenttäkokeenruudutovat8mx20m, jaruutujenväliinjätettiin2m
levyiset väkilannoitetut reunakaistat. Osallistuvien tahojen oli mahdollista jakaa
omaruutunsapienempiinosiinsenmukaan,montakoerilaista lannoitekäsittelyä
hehalusivatsisällyttääkokeeseen.Osallistujistaosakäyttitämänmahdollisuuden,
mistäsyystäaineistonruutukokovaihteli.Lihaluujauhokäsittelynruutukokooli4
mx10m,mädätysjäännös-jaammoniumsulfaattikäsittelyiden8mx20m,mato-
komposti- javäkilannoitekäsittelyiden4m*20m, ja lannoittamattomanverran-
teenruutukokooli2mx10m.
Tutkimus toteutettiin yhden tekijän täydellisesti satunnaistettuna lohkokokeena
(CRBD);tekijänäolilannoitus.
4.3Lannoituskäsittelyt
Kokeessa käytettiin lannoituskäsittelyinä neljää erilaista kierrätyslannoitusta, ja
lisäksitoteutettiinvertailuksilannoittamatonkontrollisekäväkilannoituskäsittely
(taulukko2).VäkilannoitukseenkäytettiinYaraMila5-lannoitettasekäPatenttika-
liatäydentämäänlannoitustamagnesiuminosalta.
Tähän tutkimukseen sisällytettäviksi kierrätyslannoituskäsittelyiksi valittiin yksi
lannoituskäsittelyjokaiseltatutkimushankkeeseenosallistuneeltayhteistyökump-
paniltaniin,ettäkäsittelytedustivatkattavastihankkeessatutkittavialannoitteita.
Ammoniumsulfaatti-käsittelyssä lannoitteena käytettiin nikkelinjalostuksen sivu-
virtana tuotettua kiteistä ammoniumsulfaattia. Lihaluujauho-käsittelyssä kylvö-
siemenympättiinmikrobilisällä,jalannoiteoliteurastamotuotteidensivuvirroista
valmistettuEcolanAgra8-4-2.Matokomposti-käsittelyssä lannoiteolikastemato-
jenkompostoimaakarjanlantaasekäsamaisestakompostistauutettualiuosta.Mä-
dätejäännös-käsittelyssä lannoite oli erilliskerätyn biojätteen biokaasutusproses-
sissasyntyväälietemäistämädätejäännöstäjaelintarviketeollisuudensivuvirroista
valmistettuaravinnelisää(taulukko2).
27
Taulukko 2. Lannoituskäsittelyissä käytetyt lannoitevalmisteet, levitysmäärät(kg/ha),levitysajankohdatjatuotteidensisältämänliukoisentypenjakokonaisty-penmäärät(kg/ha).Käsittely Lannoitevalmiste Levitys-
määrä(kg/ha)
Levitysajankohta Liuk.N(kg/ha)
Kok.N(kg/ha)
Ammoniumsulfaatti Ammoniumsulfaatti 571 18.5.17 114,2 119,9
Lihaluujauho EcolanAgra8-4-2 900 19.5.17 20,7 67,5 NP-mikrobivalmiste 1,25 20.5.17 0,0 0,0
Matokomposti PlantPower-
komposti4000 18.5.17 13,6 29,2
PlantPower-liuos 50 18.5.17ja9.6.2017 0,0 0,0
Mädätejäännös Ravinneliete 19750 15.6.17 90,9 126,4 Combooster 430 15.6.17 2,6 3,8
Väkilannoitus YaraMila5 545 20.5.17 120,0 120,0 Patenttikali 91 20.5.17 0,0 0,0
4.4Kasvimateriaali
Kokeessakasvimateriaalinaolikaura(AvenasativaL. cu. ’Obelix’).Obelixonkor-
keasatoinen, lujakortinen ja suurijyväinen lajike.Virallisissa lajikekokeissaObeli-
xinkeskisatoSuomessaon6326kg/ha(Laineym.2016).
Kauranaluskasvinaviljeltiinapilanurmiseosta(5%alsikeapilaTrifoliumhybridum
L.cu.’Frida’,5%valkoapilaTrifoliumrepensL.cu.’Jögeva’,10%puna-apilaTrifo-
liumpratenseL.cu.’Saija’,25%ruokonataFestucaarundinaceaL.cu.’Retu’,55%
timoteiPhleumpratenseL.cu.’Tenho’).
4.5Viljelytoimenpiteet
Edellisenäsyksynäkynnettykoelohkoäestettiinkeväällä2017kaksikertaa(4.5.ja
5.5.)ennenkauranjaaluskasvinkylvöä(20.5.).Kaurankylvötiheysoli500siemen-
tä/m2.Koeruutujen lannoitusajoittui touko-kesäkuulle: lannoitteetpunnittiin ja
levitettiinruuduillejokokäsinpintalevityksenä(EcolanAgra8-4-2jaPlantPower-
komposti), sijoitettuna kylvökoneella (YaraMila5, patenttikali ja NP-
mikrobivalmiste)taikastelukannullapintalevityksenä(ammoniumsulfaatti,Plant-
Power-liuos jaRavinneliete johonsekoitettunaCombooster).Ammoniumsulfaatti
sekoitettiin veteen 15% (w/w) liuokseksi ja levitettiin ruuduille nestemäisenä.
28
PlantPower-liuoslaimennettiinvedellä5%(w/w)liuokseksijalevitettiinkahdes-
sa erässä touko- ja kesäkuussa (molempina ajankohtina levitysmäärä oli 25
kg/ha). JauhemainenNP-mikrobivalmiste levitettiin lihaluujauho-ruuduille sekoi-
tettuna kylvösiemenen joukkoon. Ravinneliete levitettiin kauran oraille 3-
lehtivaiheessa. Rikkakasvintorjunta suoritettiin kemiallisesti Nufarm MCPA -
kasvinsuojeluaineella (2 l/ha)17.6.17.Kaurankoeruudutpuitiin27.9.17 Sampo-
Rosenlew2010-koeruutupuimurilla, jakauranaluskasvinaollutseosnurmi jätet-
tiinkasvamaanruuduille.
4.6Näytteetjaanalyysit
Lannoitenäytteet
Kokeessa käytetyistä lannoitevalmisteista kerättiin 5-10 satunnaisesta kohdasta
eripuolilta toimituserää lannoitettasaaviin, jossa lannoitesekoitettiin jasekoite-
tusta lannoitteestaotettiin500gnäytteet.Näytteitävarastoitiin -20°C:ssä12-40
vrk ennen näytteiden lähettämistä analysoitavaksi Eurofins Viljavuuspalvelu
Oy:lle.Viljavuuspalvelukäyttikokonaistypenpitoisuudenmittaamiseenmodifioi-
tua Kjeldahl-menetelmää (BS EN 13654-1:2001). Lannoituskäsittelyssä lisätyn
kokonaistypenmäärä laskettiin lisättyjen valmisteiden typpipitoisuuksienperus-
teella.
Satonäytteet
Koeruutujensatonäytteetpuitiin10m2alaltaruutujenkeskiosasta,minkäjälkeen
satonäytteet kuivattiin lavakuivurissa, puhdistettiin roskista ja punnittiin. Kuiva-
tuistajapuhdistetuistasatonäytteistämääritettiinkuiva-ainepitoisuuskuivaamal-
la yhden gramman painoisia osanäytteitä 105 °C:ssä 18 tuntia ja määrittämällä
näytteen vesipitoisuus alkuperäisen painon ja kuivatuksen jälkeisen painon ero-
tuksesta. Jyväsadon typpipitoisuudenmääritystä vartenpunnittiin kolmengram-
manosanäytteet,jotkajauhettiinjakuivattiin30°C:ssä72tuntia.
29
Kasvustonäytteet
Koeruuduiltakerättiin26.-27.9.(päivääennenpuintiajapuintipäivänä)3*30kyl-
vörivisenttimetrin kasvustonäytteet juurineen. Kasvustonäytteet kuivattiin välit-
tömästi60°C:ssä72tunninajan,jonkajälkeenniistäeroteltiinrikka-jaaluskasvit
sekä kauran juuret ja jyvät. Jäljellejäänytmaanpäällinen vegetatiivinen biomassa
punnittiin,jauhettiinjasiitämääritettiinkuiva-ainepitoisuussamallamenetelmällä
kuinsatonäytteistä.
Jyväsadonjasatojätteidentyppipitoisuus
Jauhetuista jakuivatuista jyvä- jabiomassanäytteistäpunnittiin250mgosanäyt-
teet, joista analysoitiin typpipitoisuus automaattisella elementtianalysaattorilla
(VarioMaxCNanalyser,ElementarAnalysensystemeGmbH,Germany).
4.7Laskukaavatjaarviot
Typpisato
Kauran jyväsadon sisältämän typenmäärä (kg N/ha) laskettiin ruutukohtaisesti
kertomalla jyväsadon määrä (kg/ha) jyväsadon typpipitoisuudella. Koko kaura-
kasvustonpuintihetkeenmennessäsitomantypenmääräsaatiinlaskemallayhteen
jyväsadon typpi, maanpäällisten satojätteiden sisältämä typpi ja juuribiomassan
sisältämätyppi.
Satojätteidensisältämätyppi
Satojätteidensisältämäntypenmäärä(kgN/ha)laskettiinruutukohtaisestikerto-
malla biomassanäytteistä laskettu satojätteidenmäärä (kg/ha) biomassanäyttei-
dentyppipitoisuudella.
Juuribiomassansisältämätyppi
Kauran juuribiomassan sisältämän typenmäärän arviomuodostettiinHanssonin
ym.(1987)tulostenperusteella.Hanssonym.(1987)tutkivatohrantypen jakau-
tumistaerikasvinosienvälillä,jatotesivatlannoitetunohranjuuribiomassansisäl-
tävän21,3%osuuden kasvin kokonaistypestä. Juurien sisältämä typpi laskettiin
siiskaavalla(21,3/78,7)*(typpisato+satojätteidensisältämätyppi).
30
Kokokaurakasvustonsisältämätyppi
Kokokaurakasvustonpuintihetkeenmennessä sitoman typenmäärämääritettiin
laskemallayhteenjyväsadontyppi,maanpäällistensatojätteidensisältämätyppija
juuribiomassansisältämätyppi.
Typpilaskeuma
TyppilaskeumanmääräarvioitiinSuomenympäristökeskuksen ja Ilmatieteen lai-
toksenmittausten(Kuusisto1997,Vuorenmaaym.2001)perusteella.
Kylvösiemenensisältämätyppi
Kylvösiemenensisältämäntypenmäärä laskettiinkäytetynkylvötiheyden,viralli-
sissa lajikekokeissa (Laine ym. 2016) määritetyn Obelix-kauran tuhannen jyvän
painon, jakenttäkokeenkemiallisesti lannoitetunkäsittelyn jyväsadonkeskimää-
räisentyppipitoisuudenperusteella.
Typenkaasumaisetpäästöt
Typen kaasumaisten päästöjenmäärä arvioitiin IPCC:n (IntergovernmentalPanel
on Climate Change, Hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli) arviointitapaan
(IPCC2006)jakansallisiinpäästökertoimiinperustuvillaMaa-jaelintarviketalou-
dentutkimuslaitoksenkaavoillajakertoimilla(Pulkkinenym.2012).
Dityppioksiditypen(N2O-N)määrälaskettiinkaavalla:
EFNannual=10^[-0,2762+0,58+0,002848*(FSNmine+FONmine)]-0,529
Jossa:
EFNannual=yksivuotistenkasvienpäästökerroin,kgN2O-N/ha
FSNmine=savi- jamuillekivennäismaillevuodenaikana lisätynväkilannoitetypen
määrä,kgN/ha
FONmine=savi-jamuillekivennäismaillevuodenaikanalisätynorgaanistenlannoit-
teidentypenmäärä(lanta,komposti,solunesteym.),kgN/ha
31
Ammoniakkitypen(NH3-N)jatypenoksidiensisältämäntypen(NOx-N)määrälas-
kettiinkaavalla:
FracGAS=0,015*Nmine+0,25*Norg
Jossa:
FracGAS=osuuslannoitetypestä,jokahaihtuuNH3:najaNOx:nä
Nmine=epäorgaanisissalannoitteissalisättytyppi,kg/ha
Norg=orgaanisissalannoitteissalisättytyppi,kg/ha
Koska typen kaasumaisten päästöjen määrä johdettiin käytetyillä laskukaavoilla
orgaanisenjaepäorgaanisentypenlisäysmääristä,olivatkunkinkäsittelynkaasu-
maisten päästöjen määrät vakioita (taulukko 3). Typen peltotaseen laskennassa
dityppioksiditypenjaammoniakinjatypenoksidiensisältämäntypenmäärätlas-
kettiinyhteentypenkaasumaistenkokonaispäästöjenmääränarvioksi.
Taulukko 3. Dityppioksiditypen (N2O-N) ja ammoniakkitypen (NH3-N) ja typenoksidiensisältämäntypen(NOx-N)määräerikäsittelyillä,kgN/ha/a.Käsittely Lannoitteentyyppi N2O-N NH3-NjaNOx-NLannoittamaton - 1,5 0,0Ammoniumsulfaatti Epäorgaaninen 3,9 1,8Lihaluujauho Orgaaninen 2,6 16,9Matokomposti Orgaaninen 1,9 7,3Mädätysjäännös Orgaaninen 4,2 32,5Väkilannoitus Epäorgaaninen 3,9 1,8
Aluskasvinvaikutus
Tässä tutkimuksessa jätettiin huomioimatta kauran aluskasvina olleen seosnur-
men typensidonnan ja -oton vaikutus typen ainevirtoihin. Tutkimuksen ajallisen
rajauksen vuoksi kasvamaan jätetyn nurmikasvuston sisältämää typpeä ei ollut
mielekästäsisällyttääosaksimallia,jatoisaaltaaluskasvustossatapahtuvantypen-
sidonnan vaikutus satokasvin kasvuun ja typenottoon on useimmiten pienimuo-
toinen (Valkama ym. 2015). Lisäksi tässä tutkimuksessa käytetyn nurmiseoksen
kanssavastaavanlaistenseosnurmienosalta tutkimustietoaaiheestaonvähänlai-
32
sesti (esim.Valkamaym.2015), joten tarkanvaikutuksenarviointikirjallisuuden
perusteellaonhaasteellista,jatehdytarviotpohjaisivatvainyksittäistentutkimuk-
sientuloksiin.
4.8Ainevirtamalli
Typen virratmaa-kasvustosysteemissä laskettiin ainevirtamallilla (kuva3), jossa
tarkastelunajanjaksooliagrohydrologinenvuosi(1.toukokuuta2017-30.huhti-
kuuta2018).Mallissaeiolehuomioitutypenhuuhtoumistataieroosionvaikutus-
ta, sillä tämän tutkimuksenpuitteissaeiollutmahdollistamitata toteutuneita ty-
penpäästöjävesistöihin.Näinollenmaaperäntyppitaseenmuutosonmallissaluo-
tettavin arvio typen huuhtoutumispotentiaalille, mutta koska tase sisältää myös
maaperään pysyvämmin sitoutuvan typen osuuden, etenkin orgaanisten lannoit-
teiden kohdalla arvioon tulee suhtautua suuntaa-antavana (ks. esim. Öborn ym.
2003).Kaikkiainevirratlaskettiinkokonaistypenmääränähehtaariakohden(kgN
/ha).
Kuva3.Tutkimuksessakäytettymallitypenvirtojentarkasteluun.
33
Typenpeltotase
Typenpeltotaselaskettiinruutukohtaisestimitattujenjalaskennallistenainevirto-
jen(kgN/ha/a)perusteella:
ΔN=Nlannoitus+Nlaskeuma+Nsiemen-Nsato-Nkaasupäästö
Jossa:
ΔN=Typenpeltotase
Nlannoitus=Lannoituksensisältämätyppi
Nlaskeuma=Typenlaskeuma
Nsiemen=Kylvösiemenensisältämätyppi
Nsato=Kauranjyväsadonsisältämätyppi
Nkaasupäästö=Kaasumaisettypenpäästöt(N2O,NH3,NOx)
Tämä laskutapa peltotaseelle eroaa OECD:n suosittelemasta laskutavasta (OECD
2001)siten,ettämyöskaasumaisettypenpäästötonhuomioitu.OECD:nsuositte-
lemallalaskukaavallasaatavatypenpeltotasekuvaatypenylijäämää,jokasitoutuu
maaperään, huuhtoutuu vedenmukana tai haihtuu ilmakehään. Tässä tutkimuk-
sessakäytettytapataasantaatarkemmanarvionmaaperäänsitoutuneentaisiitä
poistuneentypenjapotentiaalisestihuuhtoutuvantypenmäärästä.
Typpisatoalukuunottamattapeltotaseenlaskennassakäytetytarvotovatkäsitte-
lykohtaisia vakioita. Tästä johtuen typen peltotaseen käsittelynsisäinen vaihtelu
muodostuuvainmitatustajyväsadonsisältämäntypenmääränvaihtelusta.
4.9Tilastollisetanalyysit
Lannoituskäsittelyjen vaikutus jyväsatoon, sadon typpipitoisuuteen, typpisatoon,
kasvustonsisältämänkokonaistypenmääräänjatypenpeltotaseeseenanalysoitiin
käyttämälläyksisuuntaistavarianssianalyysia(One-wayANOVA), jossalohkoteki-
jänäoli kerranne.Analyysit tehtiin erikseen lannoittamattomalle ja väkilannoite-
tullekäsittelylle, lannoittamattomalle jakierrätyslannoituskäsittelyille, javäkilan-
noitetulle ja kierrätyslannoituskäsittelyille. Pareittaiset vertailut tehtiin Tukeyn
34
HSD-monivertailumenetelmällä. Typpilannoituksen määrän vaikutusta satoon,
sadon typpipitoisuuteen, typpisadon määrään ja typen peltotaseeseen tutkittiin
lineaarisellaregressioanalyysilla.Tilastollisestimerkitsevienerojenrajanakäytet-
tiinp-arvoa<0,05.TulostenanalysointiinkäytettiinIBMSPSSStatistics(versio24)
-ohjelmaa.
5TULOKSET
5.1Jyväsadonmäärä
Kaurankeskimääräinen jyväsatokokeessaoli5290kg/ha(keskiarvonkeskivirhe
667kg/ha,vaihteluväli2712-7135kg/ha).Korkeinsatosaatiinväkilannoituskäsit-
telyllä ja pienin sato lannoittamattomalla käsittelyllä. Väkilannoitetun käsittelyn
satoolimerkitsevästisuurempikuinlannoittamattomankäsittelyn(59%väkilan-
noitetunkäsittelynsadosta)sekämatokomposti-käsittelyn(62%väkilannoitetun
käsittelyn sadosta). Mädätysjäännös-käsittelyn sato oli merkitsevästi suurempi
kuinlannoittamattomankäsittelyn(156%lannoittamattomankäsittelynsadosta).
Muut kierrätyslannoituskäsittelyt eivät eronneet tilastollisesti merkitsevästi lan-
noittamattomastataiväkilannoitetustakäsittelystä(taulukko4).Merkittävinyksit-
täinenjyväsadonmäärääselittävätekijäolilannoituksessakäytetyntypenmäärä,
jokaselitti49,2prosenttiasatomääränvaihtelusta(r2=0,492,p<0,001).
5.2Jyväsadontyppipitoisuus
Kauran jyväsadonkeskimääräinen typpipitoisuusoli2,44%kuiva-aineesta (kes-
kiarvonkeskivirhe0,069%k.a.,vaihteluväli2,18-2,67%k.a.).Matokompostikäsit-
telyllä saavuttu typpipitoisuusolimerkitsevästimatalampikuinväkilannoituskä-
sittelyllä (p=0.008) taiMädätysjäännös-käsittelyllä (p=0,017),muut käsittelyt ei-
vät eronneet tilastollisesti merkitsevästi väkilannoituskäsittelystä tai lannoitta-
mattomastakäsittelystä.Lannoituskäsittelyssälisätynkokonaistypenmääränvai-
kutussadontyppipitoisuuteenolilineaarisenregressioanalyysinperusteellapieni,
muttajuurijajuurimerkitsevä(r2=0,167,p=0,048,vakiotermi2,36,kulmakerroin
0,01).
35
5.3Typpisato
Jyväsadonsisältämäntypenmäärävaihtelierikäsittelyillävälillä78-143kgN/ha
(taulukko 4). Mädätysjäännös-käsittelyssä typpisadon määrä oli merkitsevästi
suurempi kuin Matokomposti-käsittelyssä ja lannoittamattomassa käsittelyssä.
Lannoituksessa lisätty typpi selitti 53,4 prosenttia typpisadon vaihtelusta
(r2=0,534,p<0,0001).
Taulukko 4. Kauran sato 14% kosteuteen korjattuna kiloina hehtaaria kohden,sadon keskiarvon keskivirhe, jyväsadon typpipitoisuus prosentteina kuiva-aineesta, typpipitoisuuden keskiarvon keskivirhe, typpisadonmäärä kiloina heh-taariakohden,jatyppisadonkeskiarvonkeskivirheerilannoituskäsittelyillä.Täh-dellämerkitytarvoteroavattilastollisestimerkitsevästiväkilannoitetustakäsitte-lystä(Tukey’sHSD,p<0.05).
Jyväsato,kg/ha
Typpipitoisuus,%k.a. Typpisato,kg/ha
Käsittely k.a. k.virhek.a. k.virhe
k.a. k.virhe
Lannoittamaton 3886* 4352,46 0,053
81,6* 8,0
Matokomposti 4069* 8532,25* 0,052
78,1* 15,3
Lihaluujauho 5550 2822,45 0,051
117,2 7,3
Ammoniumsulfaatti 5628 6272,40 0,061
116,8 14,6
Mädätysjäännös 6055 2042,56 0,054
133,3 7,0
Väkilannoitus 6549 2112,53 0,038
142,8 6,1
5.4Kaurakasvustonsisältämätyppi
Koko kaurakasvuston sisältämän typen määrä oli kokeessa keskimäärin 216 kg
N/ha(keskiarvonkeskivirhe64,vaihteluväli121-361kgN/ha).Kaikillakäsittelyil-
lä noin puolet kokonaistypestä oli jyväsadossa ja puolet vegetatiivisissa kas-
vinosissa: jyväsadonosuuskokonaistypestäoli46,2-56,1%.Kasvustonkokonais-
typen määrä oli suurin väkilannoitetussa käsittelyssä (295 kg N/ha, keskiarvon
keskivirhe23)japieninmatokompostillalannoitetussakäsittelyssä(146kgN/ha,
keskiarvon keskivirhe 19). Mädätysjäännös- ja Ammoniumsulfaattikäsittelyiden
kasvustontypenmääräolimerkitsevästisuurempikuin lannoittamattomassakä-
sittelyssä jaMatokomposti-käsittelyssä. Kasvuston sisältämän typenmäärä ja ja-
kautuminen eri kasvinosiin on esitetty kuvassa 4. Lannoituksessa lisätyn typen
määrä selitti hyvin koko kaurakasvuston sisältämän typen määrän vaihtelua
(r2=0,587,p<0,0001).
36
Kuva4.Erikäsittelyidenjyväsadon,maanpäällisenvegetatiivisenbiomassan(sato-jätteiden), ja juuribiomassan sisältämän typen määrä kiloina hehtaaria kohden,sekäkasvustonkokonaistypenkeskiarvonkeskivirhe.Tähdellämerkitytkäsittelyteroavat tilastollisesti merkitsevästi Väkilannoitus-käsittelystä (Tukey’s HSD,p<0.05).
5.5Typenpeltotase
Erikäsittelyidentypenpeltotaseetvaihtelivatvälillä-73ja+7kgN/ha/a(taulukko
4). Ammoniumsulfaatti-käsittelyä lukuun ottamatta kaikkien käsittelyiden taseet
olivatnegatiivisia, ja senpeltotaseolimerkitsevästi suurempikuin lannoittamat-
tomallakäsittelyn,Lihaluujauho-käsittelyn jaMatokomposti-käsittelyn.Typpitase
nousityppilannoituksenmääränlisääntyessäkeskimäärin0,45kgN/ha/alisättyä
typpikiloakohden,jatyppilannoituksenkokonaismääräselitti47,2prosenttiatyp-
pitaseenvaihtelusta(r2=0,472,p<0,0001).Tuloksistakoostetutainevirtamalliteri
käsittelyilleonesitettyliitteessä1.
* *
0
50
100
150
200
250
300
350
Ammonium-sulfaatti
Lihaluu-jauho
Mato-komposti
Mädätys-jäännös
Lannoittamaton Väkilannoitus
kgN/ha
Sato Satojätteet Juuret
37
Taulukko 4. Typen ainevirrat (kg N/ha/a) eri käsittelyissä, typen peltotase (kgN/ha/a) ja korjatun sadon sisältämä typen suhde lannoituksen sisältämään typ-peen.Erikirjaimellamerkitytarvoteroavat tilastollisestimerkitsevästi toisistaan(Tukey’sHSD,p<0.05).
TyppivirtaKäsittely
Ammonium-sulfaatti
Lihaluu-jauho
Mato-komposti
Mädätys-jäännös
Lannoittamaton Väki-lannoitus
Lannoitus 120 68 29 130 0 120
Laskeuma 5 5 5 5 5 5
Kylvösiemen 5 5 5 5 5 5
Virratsisäänyhteensä
130 77 39 140 10 130
Jyväsato 117 117 78 133 82 143
Kaasumaisetpäästöt 6 19 9 37 1 6
Virratulosyhteensä
123 137 87 170 83 148
Typenpeltotase 7 -59 -48 -30 -73* -18Typenpeltotaseilmankaasumaisiapäästöjä(OECD2001)
13 -40 -39 7 -72 -13
Typpisato/typpilan-noitus 0,97 1,74 2,67* 1,02 - 1,19
6TULOSTENTARKASTELU
6.1Jyväsadonmäärä
Tutkimuksessamitatut sadot olivat linjassa virallisissa lajikekokeissa (Laine ym.
2016)saatujensatotulostenkanssa.Kierrätyslannoituskäsittelyillä,joissakäytetty
typpilannoitusmääräoliyhtäsuuritaisuurempikuinväkilannoitekäsittelyssä,sa-
donmäärässäeihavaittutilastollisestimerkitseviäerojaverrattunaväkilannoite-
käsittelyyn.Tutkimuksessasaavutettiinhuomattavansuurisatojopalannoittamat-
tomalla käsittelyllä. Tämä viittaa siihen, että koekentänmaaperästä on todennä-
köisesti kasvukauden aikanamineralisoitunut huomattavamäärä typpeä kauran
käytettäväksi.
Chienym. (2008)havaitsivat,ettäammoniumsulfaatin typpilannoitusvaikutuson
yhtäsuurikuinammoniumnitraatillataiurealla lannoitettaessa,mikätukeetässä
tutkimuksessa saatuja tuloksia ammoniumsulfaatin käytön vaikutuksesta sadon
38
määrään.Kokeessaammoniumsulfaattilevitettiinliuoksenapintaan,kuntaasväki-
lannoitetyppi sijoitettiin kylvölannoittimella. Tämä on todennäköisesti nostanut
typenhaihtumisenmäärääverrattunasijoitettuunlannoitukseen(TermanjaHunt
1964) ja heikentänyt ammoniumsulfaatin lannoitusvaikutusta suhteessa väkilan-
noitteeseen.
Lihaluujauhon sisältämän typen katsotaan yleensä olevan suuresta orgaanisen
typenosuudestahuolimattakevätviljoillakäytettäessätyppilannoitusvaikutuksel-
taanväkilannoitetypenveroista(Salomonssonym.1994,Jengym.2006,Chenym.
2011)taihiemanheikompaa(Jengym.2004).Jenginym.(2004)tutkimuksessakin
typpilannoitusvaikutuksentodettiinolevan80%väkilannoitetypenvaikutuksesta
taikorkeampi.Vaikkaväkilannoitetussakäsittelyssäkokonaistyppeälisättiinlähes
kaksikertaaenemmänkuinlihaluujauho-käsittelyssä,erosadonmäärissäkäsitte-
lyidenvälillä ei ollut tilastollisestimerkitsevä,mikäviittaavoimakkaaseen typen
mineralisoitumiseenmaaperänorgaanisentypenvarastoistakasvukaudenaikana.
Merkitsevä ero matokomposti-käsittelyn ja väkilannoitetun käsittelyn välillä ei
selitypelkästäänlannoituksessalisätynkokonaistypenmäärällä.Huolimatta30kg
N/hatyppilannoituksestamatokomposti-käsittelyneieronnutmerkitsevästilan-
noittamattomastakäsittelystäsadonmäärässä.Tässätutkimuksessakäytettyma-
tokompostinmääräolihuomattavastipienempikuinuseissamuissatutkimuksissa
(SheoranjaRaha2004,Robertsym.2007).Vaikkakäyttömäärätolivat10-30t/ha,
matokompostikäsittelyllä saavutettu sato jäi väkilannoitettua pienemmäksi syys-
vehnää(Robertsym.2007) jadurraa(SheoranjaRaha2004)viljeltäessä.Tämän
tutkimuksen tulokset matokompostin vaikutuksesta jyväsadon määrään tukevat
siis aiempia tuloksia aiheesta. Matokompostin matalaan typpilannoitusvaikutuk-
seen vaikuttaa luultavasti tuotteen melko korkea hiili-typpi-suhde (Roberts ym.
2007),mikävähentäätypenkäyttökelpoisuuttakasveille.
Mädätysjäännös-käsittelyn satotulokset tukevat aiempaa tutkimusta, jonka mu-
kaanmädätysjäännöksensisältämätyppieiolekokonaisuudessaanaivanväkilan-
noitetypen veroista lannoitusvaikutukseltaan (Terhoeven-Urselmans ym. 2009),
etenkään pintalevitettynä (Svensson ym. 2004) lietteen multaamisen sijaan.
39
Svenssoninym.(2004)tutkimuksessamyöhäisenlevitysajankohdanjamultaamat-
tajättämisenarveltiinlisäävänammoniumtypenhaihtumistaammoniakkina,mikä
voisiselittääerojaväkilannoitetypenjamädätysjäännöksensisältämäntypenlan-
noitusvaikutuksissa.Svenssonym.(2004)totesivatmyöslietteenvähäisenfosfori-
pitoisuuden todennäköisesti rajoittavansadonmäärää,mikä tässä tutkimuksessa
tuskinvaikuttisatotasoonmaanhyvästäfosforitilastajohtuen.
6.2Jyväsadontyppipitoisuusjatyppisato
Kauran jyväsadon typpipitoisuudet olivat kaikilla käsittelyillä hieman virallisissa
lajikekokeissasaavutettujapitoisuuksiakorkeampia(Laineym.2016).Koskakas-
vinkäytettävissäolevantypenmäärätyypillisestinostaajyväsadontyppipitoisuut-
ta, (Gauerym.1992,Termanym.1969), ja tutkimuksessahavaitut typpipitoisuu-
detolivatkorkeitajopatäysinilmanlannoitusta,voidaanolettaa,ettäedelläjyvä-
sadonmäärän tarkastelussa arvioitu typenmineralisaatiomaaperästä on vaikut-
tanut myös jyväsadon typpipitoisuuteen. Jyväsadon typpipitoisuuteen vaikuttaa
huomattavasti käyttökelpoisen typen saatavuus viljan tähkälle tulon jälkeen
(WuestjaCassman1992),mikätässätutkimuksessaviittaakasveillekäyttökelpoi-
sentypenmineralisoitumiseenjokomaaperästätaiorgaanisistalannoitteistakas-
vukaudenaikana.
Runsas mineralisaatio saattaa myös selittää lannoituksessa lisätyn typpimäärän
suhteellisenvähäistävaikutustasadontyppipitoisuuteen:tyypillisestiviljoillalisä-
tyn typenmääränkorrelaatio jyväsadon typpipitoisuuteenonhuomattavasti voi-
makkaampi(Gauerym.1992,Termanym.1969).Vaikkarunsaansademääränon
havaittu laskevan kauran jyväsadon typpipitoisuutta (Ingver ym. 2010, Peterson
2011),tutkimuksessapoikkeuksellisensateisetloppukesäjasyksyeivätnäkyneet
matalanatyppipitoisuutena.
Melkosamansuuruisistatyppipitoisuuksistajohtuenerikäsittelyilläsaaduttyppi-
sadotolivatpääosinlinjassajyväsatojenmäärienkanssa.Poikkeuksentästämuo-
dostiMatokomposti-käsittely,jonkatyppipitoisuusoliselkeästimuitalannoitettuja
käsittelyjäalhaisempi.
40
6.3Kaurakasvustonsisältämätyppi
Kaikilla käsittelyillä noin puolet kauran sisältämästä typestä oli jyväsadossa ja
puoletmaanpäällisessävegetatiivisessabiomassassajajuurissa.Vastaavansuurui-
nen suhde on havaittu useissa tutkimuksissa (Hansson ym. 1987, Pietola ja Ala-
kukku2005,Peltonen-Sainioym.2008).Myös lannoituksessa lisätyn typenmää-
rän biomassan kokonaistyppeä kohottava vaikutus on todennettu useasti (mm.
Hanssonym.1987).
Jyväsadonsisältämäntypenosuudessakasvustonkokonaistypestäeiolluttilastol-
lisesti merkitseviä eroja käsittelyiden välillä. Typpilannoituksen lisäyksen on ai-
kaisemmassatutkimuksessahavaittulaskevanjyväsadonjavegetatiivisenbiomas-
san sisältämän typen (Rattunde ja Frey1986,Hansson ym. 1987) suhdetta: vas-
taavaavaikutustaeikuitenkaanhavaittutässätutkimuksessaerikierrätyslannoi-
tuskäsittelyidentyppilannoituksenmääräneroistahuolimatta.Olisikinmielenkiin-
toinenjatkotutkimusaihe,voivatkoorgaanisessamuodossaannetutravinteetnos-
taa kauran satoindeksiä esimerkiksi voimistuneen mikrobiaktiivisuuden tai hi-
taammantypenvapautumisrytminseurauksena,vaijohtuukotässätutkimuksessa
havaittutulosvainnormaalistavaihtelusta.
6.4Typenpeltotase
Ammoniumsulfaatti-käsittelyälukuunottamattakaikkienkäsittelyidentyppitaseet
olivatnegatiivisia,elinekuluttivatmaaperäntyppivarastojatarkasteluvuodenai-
kana.Positiivinentyppitaseeisuoranaisestikuvaatodellisenhuuhtoumanmäärää
(Öbornym.2003),vaanennemminkinpotentiaalistahuuhtoutumaapitkälläaika-
välilläjoshuuhtoumanhallitsemiseentarvittaviaviljelytoimiaeikäytetä(Halberg
1999,SalojaTurtola2006).Negatiivinentyppitaseennustaakuitenkinmelkoluo-
tettavastivähäistätypenhuuhtoutumisriskiä,etenkinjostyppitaselasketaankoko
kierronajaltayksittäisenvuodensijaan(SalojaTurtola2006).Toisaaltaselkeästi
negatiivinen tasevähentää typenvarantoja sekäorgaanisenaineenmääräämaa-
perässä, mikä ei pitkällä aikavälillä ole kestävää pellon kasvukunnon kannalta
(Korsaeth2012).
41
Tässätutkimuksessahavaittutyppitaseenkasvutyppilannoituksenmäärännous-
tessaontodettumyösuseissaaikaisemmissatutkimuksissa(SalojaTurtola2006,
Valkamaym.2013).Havaituttypenpeltotaseetolivatkuitenkinalhaisiaverrattuna
moniinaikaisempiintutkimuksiin.SalonjaTurtolan(2006)monivuotisessatutki-
muksessa väkilannoitetulla savimaalla typpitaseet vaihtelivat välillä -44-145 kg
N/ha/a ja lietelannalla ja väkilannoitteella lannoitetulla hietamaalla -63-417 kg
N/ha/a. Salon ja Turtolan (2006) tutkimuksessa typpitasetta nostivat toisaalta
runsaastilannoitettujennurmiensisällyttäminenviljelykiertoonsekäkäytettyole-
tussiitä,ettähietamailla lietelannansisältämäntypenhaihduntaaammoniakkina
eilietelannanmultauksestajohtuentapahtunut.Korsaethin(2012)tutkimuksessa
tavanomaisesti ja luomumenetelmin viljeltyjen käsittelyiden typpitaseet vaihteli-
vat välillä -32-20 kg N/ha/a, mutta taselaskelmassa oltiin huomioitumyös koe-
ruuduilta huuhtoutunut typpi, mikä laski typpitaseita eri käsittelyillä 20-44 kg
N/ha/a. Ilman typen huuhtouman laskemistamukaan kaikki typpitaseet olisivat
tutkimuksessaolleetjokolähellänollaataipositiivisia.Valkamanym.(2013)meta-
analyysissa 51 suomalaisesta väkilannoitetypellä lannoitetusta kokeesta lannoit-
tamattomankontrollin typpitaseoli keskimäärin -36kgN/ha/a (vaihtelu eri ko-
keissaoli-55ja-19kgN/ha/avälillä), jakauranlannoituskokeissa(n=10)typpi-
taseoliyli100kgN/halannoitetuillakäsittelyilläpoikkeuksettapositiivinen.Val-
kama ym. (2013) tosin laskivat typpitaseen vain lisätyn lannoitetypen ja sadon
mukana poistetun typen erotuksena, jolloin mm. typen kaasumaisten päästöjen
(laskevaa) vaikutusta taseeseen ei huomioida. Taulukossa 4 esitetyt OECD:n
(2001)suosittelemalla laskutavalla lasketut taseetovatsuoraanvertailukelpoisia
Valkamanym.(2013)tulostenkanssa.Tälläkintavallalaskettunatässätutkimuk-
sessahavaituttaseetovatselkeästiValkamanym.(2013)meta-analyysintuloksia
alhaisempia.
Tässä tutkimuksessa typenkaasumaistenpäästöjenmäärä arvioitiin IPCC:n arvi-
ointitapaan jakansallisiinpäästökertoimiinperustuvienMaa- ja elintarviketalou-
dentutkimuslaitoksenkaavoilla(Pulkkinenym.2012), joissayksivuotistenkasvi-
endityppioksiditypenpäästötmineraalimailta lasketaan lannoituksessa käytetyn
kokonaistyppimäärän perusteella. Näin ollen päästöt kustakin käsittelystä ovat
suoraansuhteessa typpilannoituksenmäärään.Tämä laskutapaon linjassa lukui-
42
sissa tutkimuksissa havaittujen N2O-typen päästöjen kanssa: esimerkiksi Bouw-
manin(1996)tutkimuksessa43erisijainnistakoostetundatanN2O-typenpäästöt
vaihtelivat välillä 0-8 % lannoituksen kokonaistyppimääristä, mikä vastaa tässä
tutkimuksessa laskettuja päästöjä. Laskukaavalla määritetyt N2O-typen päästöt
ovatmyössamoissasuhteissatoisiinsakuintutkimuksenkoeruuduilta lannoitus-
käsittelyjen jälkeen kammiomittausmenetelmällä mitatut dityppioksidipäästöt
(julkaisematonaineisto,JureZrimym.).
Maa- ja elintarviketalouden tutkimuslaitoksen kaavoissa (Pulkkinen ym. 2012)
ammoniakkina ja typen oksideina haihtuva osuus typpilannoituksesta lasketaan
prosenttiosuutena lannoituksessa lisätyn typenmäärästä (väkilannoitteilla1,5%
ja orgaanisilla lannoitteilla 25 % lannoituksen kokonaistypestä). Näin ollen or-
gaanisistalannoitevalmisteistahaihtuvanNH3-jaNOx-typenmäärälasketaan16,7-
kertaiseksi verrattuna väkilannoitetypestä haihtuvaan osuuteen. Tämä näkyy tä-
mäntutkimuksenainevirtamalleissasuhteellisenmerkittävinävirtoinaorgaanisis-
sakäsittelyissä,joissalisätynkokonaistypenmääräonollutsuuri(Liite1,kuvat1
ja 4). Kuvassa vertailtujen mädätysjäännös- ja ammoniumsulfaatti-käsittelyiden
typpilannoituksenmääräonollutlähessamaakokoluokkaa,muttalaskennallinen
ammoniakki- ja typen oksidipäästö on mädätysjäännöksellä huomattavasti suu-
rempi,mikävaikuttaasuoraanmyöstypenpeltotaseeseen.Erokäsittelyidenpelto-
taseissaonmerkittävissämäärinseuraustatypenkaasumaistenpäästöjenlasken-
nallisistaeroista.
Orgaanisten lannoitusvalmisteidenkäsittelyyhtenäisenäryhmänäammoniakin ja
typen oksidien päästöjen osalta on yksinkertaistettu lähestymistapa ja sikäli on-
gelmallista,ettäaiemmissatutkimuksissaonhavaittusuuriaerojanäidenpäästö-
jenmäärissäeriorgaanisillalannoitevalmisteilla(Akiyamaym.2004)sekäerilevi-
tystapojenvälillä(Bouwmanym.2002,Huijsmansym.2003).Myösmaaperänolo-
suhteet, esimerkiksihappamuus (Šimek jaCooper2002), vaikuttavatkaasumais-
ten päästöjen määrään: esimerkiksi korkea pH lisää nitraattitypen muuttumista
ammoniummuotoonjatämänmyötämyöstypenhaihdunnanriskiä(ŠimekjaCoo-
per 2002), mikä voi lisätä typen haihduntaa pääosin nitraattityppeä sisältävistä
väkilannoitteista.Pulkkisenym.(2012)laskukaavasaattaayliarvioidaväkilannoit-
43
teiden ja orgaanisten lannoitteiden välistä eroa ammoniakin ja typen oksidien
päästöissä:esimerkiksiBouwmaninym.(2002)yli1900mittaukseenperustuvassa
katsausartikkelissa mineraalilannoitteiden sisältämästä typestä ammoniakkina
haihtuikeskimäärin14%,kunlannanvastaavalukuoli23%.
Tutkimuksen koeruuduilta kammiomittausmenetelmällä tehdyissä kaasunvaihto-
mittauksissaammoniakinjatypenoksidienpäästötolivatkaikillakäsittelyillähy-
vinpienet (julkaisematon aineisto, Jure Zrimym.), eikä käsittelyiden välillä ollut
tilastollisestimerkitseviäeroja.Tähänlieneevaikuttanutse,ettämittauksettoteu-
tettiinvasta17-19vuorokautta lannoitteiden levityksen jälkeen,kunmerkittävin
osatypenhaihtumisestaammoniakkinatapahtuutyypillisestivälittömästilevityk-
senjälkeen(SommerjaHutchings2001).
Tämän tutkimuksen selkeästi negatiiviset typpitaseet olivat pääosin seurausta
typpilannoituksenmäärään suhteutettunamelko korkeista satotasoista ja sadon
typpipitoisuuksista,myös lannoittamattomallakäsittelyllä. Lannoitusmääriinver-
rattunakorkeatsato-jatyppisatotasotviittaavatkorkeaantypenmineralisaatioon
peltomaasta. Todennäköisesti negatiivisten typpitaseidenmyötä kokeen tulevina
vuosinamineralisaationmäärä kääntyy laskuun helpostimineralisoituvan typen
osuuden vähentyessä peltomaassa. Lisäksi eroihinmineraali- ja orgaanisilla lan-
noitteilla lannoitettujen käsittelyiden taseissa vaikutti orgaanisesti lannoitetuilla
käsittelyillämelko korkeaksi arvioitu ammoniakkina haihtuvan typen osuus. Jos
tätäosuuttaonyliarvioitusuhteessamineraalilannoitteistahaituvaanammoniak-
kityppeen,tämäntutkimuksentuloksetantavatorgaanisestilannoitetuillekäsitte-
lyilletodellistamatalampiatyppitaseitaverrattunamineraalilannoitukseen,minkä
vaikutuskorostuuetenkinsuurillatyppilannoitusmäärillä.
44
7JOHTOPÄÄTOKSET
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten erilaisista lähteistä peräisin
olevatkierrätyslannoitteetjaniidenerilaisetkäyttömäärätvaikuttavattypenaine-
virtoihin ja typen peltotaseeseen kauran viljelyssä. Osana tutkimusta tuotettiin
mallittypenainevirroistaerilaillakierrätyslannoitettujenkaurakasvustojenvilje-
lyssä.
Typenainevirratmaa-kasvustosysteemissäjasiitäuloseivätriipupelkästäänkäy-
tetynlannoitetypenmäärästä,vaanvaihtelevaterityyppistenlannoitteidenvälillä.
Eroja on paitsi kierrätettyjen ja neitseellisten ravinnelähteiden välillä, myös eri
kierrätyslannoitteiden kesken. Jatkotutkimuksessa tulisikin keskittyä tarkemmin
havainnoimaanlannoitteidensisältämieneritypenfraktioidenjaesimerkiksihiili-
typpi-suhteenvaikutustaainevirtojenkäyttäytymiseen.
Typen peltotaseeseen vaikuttaa lannoituksessa lisätyn typenmäärä,muttamyös
erilannoitevalmisteidentypenkäyttökelpoisuussatokasvillekasvukaudenaikana.
Tämäntutkimuksenperusteellakierrätyslannoituseikuitenkaannostatypenpel-
totasettaverrattunaväkilannoitukseen.Olisisiltioleellistaselvittää,varastoituuko
erikierrätyslannoitteillataseenmahdollinenylijäämätyppiorgaanisessamuodos-
samaaperään,vaionkosealtistahuuhtoutumiselle.Typenkaasumaistenpäästöjen
määrä on tässä tutkimuksessa käytettyjen laskukaavojen mukaan orgaanisesti
lannoitetuilla käsittelyillä huomattavasti mineraalilannoitettuja käsittelyitä suu-
rempi. Voi olla, että tutkimuksessa käytetty laskukaava yliarvioi eroamineraali-
lannoitteista ja orgaanisista lannoitteista haihtuvan ammoniakinmäärässä,mikä
vaikuttaa tässä tutkimuksessa käytetyllä laskutavalla suoraanmyös typen pelto-
taseeseen.
Typenpeltotaseetolivatkaikillakäsittelyillämelkomataliaverrattunaaiemmassa
tutkimuksessahavaittuihintaseisiin.Tähänvaikuttaakussakintutkimuksessakäy-
tetty laskentatapa peltotaseelle, mutta merkittävin vaikutus oli suhteessa typpi-
lannoituksenmääräänverrattainkorkeillatyppisadoilla.Tämäindikoi,ettäkasvu-
kauden aikainen typenmineralisaatio peltomaasta on ollut erittäinmerkittävää.
45
Oletettuvoimakasmineralisoituminenrajoittaatämäntutkimuksentulostenyleis-
tettävyydenvastaaviin,suurentypenmineralisoitumispotentiaalinomaaviinmaa-
periin.
8KIITOKSET
HaluaisinkiittääkaikkiaHYKERRYS-hankkeessaosallisinaolleita toimijoita ja ih-
misiä, eritoten Euroopanmaaseudun kehittämisenmaatalousrahastoa hankkeen
rahoittamisesta ja hankekumppaneita Agrimedia Oy:tä, Ecolan Oy:tä, Helsingin
seudunympäristöpalvelutHSY:tä,SoilfoodOy:täjaTuhalaBioOü:tahedelmällises-
tä yhteistyöstä hankkeen parissa. KiitosmyösHelsingin yliopistonmaataloustie-
teidenosastonhankkeessatyöskennelleellehenkilökunnallejaagroekologiantyö-
huoneenporukalle:erityiskiitostyönohjaajallejaesimiehelleniagroekologianpro-
fessori JuhaHeleniukselle, sekä työtähänenkanssaanohjanneelleTuureParviai-
selle.LopuksihaluaisinvieläkiittäävaimoaniAinoatuestajakannustuksestatut-
kielmankirjoittamisenaikana.
46
9LÄHTEET
Aarts,H.F.M.,BiewingaE.E.jaVanKeulen,H.1992.Dairyfarmmanagementba-
sedonefficientnutrientmanagement.NetherlandsJournalofAgricultural
Science40:285-299.
Akiyama,H.,McTaggart, I.P.,Ball,B.C. jaScott,A.2004.N2O,NO,andNH3emis-
sionsfromsoilaftertheapplicationoforganicfertilizers,ureaandwater.Water,
air,andsoilpollution156:113-129.
Antikainen,R.,Lemola,R.,Nousiainen,J.I.,Sokka,L.,Esala,M.,Huhtanen,P.,jaRe-
kolainen,S.2005.Stocksand flowsofnitrogenandphosphorus in theFinnish
food production and consumption system. Agriculture, Ecosystems and Envi-
ronment107:287–305.
Bengtsson,H.,Watson,C.A., Jonsson,S. jaÖborn, I.2016.Quantifyingannualva-
riations in field scale element flows and balances is essential for sustainable
nutrientmanagementinfarmingsystems.BiologicalAgriculture&Horticulture
32:110-126.
Berendse,F.,Aerts,R.jaBobbink,R.1993.Atmosphericnitrogendepositionandits
impactonterrestrialecosystems.Landscapeecologyofastressedenvironment:
104-121.
Bot,A. jaBenites, J.2005.Theimportanceofsoilorganicmatter:keytodrought-
resistantsoilandsustainedfoodproduction.Rome,Italy.FAO.80s.
Bouwman,A.1996.Direct emissionofnitrousoxide fromagricultural soils.Nut-
rientCyclinginAgroecosystems46:53-70.
Bouwman,A.,Boumans,L.jaBatjes,N.2002.EstimationofglobalNH3volatilizati-
onlossfromsyntheticfertilizersandanimalmanureappliedtoarablelandsand
grasslands.GlobalBiogeochemicalCycles16:8-1-8-14.
47
Brady,N.C.,jaWeil,R.R.2008.Thenatureandpropertiesofsoils.14.painos.New
Jersey,USA.PrenticeHall.
Bresson,L.M.,Koch,C.,LeBissonnais,Y.,Barriuso,E.jaLecomte,V.2001.SoilSur-
face Structure Stabilization by Municipal Waste Compost Application. Soil
ScienceSocietyofAmericaJournal65:1804.
Burns,R.C, jaHardy,W.F.1975.Nitrogen fixation inbacteriaandhigherplants.
NewYork,USA.Springer-Verlag.
Cabrera,M.,Kissel,D.jaVigil,M.2005.Nitrogenmineralizationfromorganicresi-
dues.Journalofenvironmentalquality34:75-79.
Carpenter,S.R.,Caraco,N.F.,Correll,D.L.,Howarth,R.W.,Sharpley,A.N.jaSmith,
V.H.1998.Nonpointpollutionofsurfacewaterswithphosphorusandnitrogen.
EcologicalApplications8:559-568.
ChapinIII,F.S.,Zavaleta,E.S.,Eviner,V.T.,Naylor,R.L.,Vitousek,P.M.,Reynolds,
H.L.,Hooper,D.U.,Lavorel,S.,Sala,O.E.jaHobbie,S.E.2000.Consequencesof
changingbiodiversity.Nature405:234.
Chen,L.,Kivelä,J.,Helenius,J. jaKangas,A.2011.Meatbonemealasfertilizerfor
barleyandoat.AgriculturalandFoodScience20:235-244.
Chien, S. H., Gearhart, M. M. ja Collamer, D. J. 2008. The effect of different am-
monicalnitrogensourcesonsoilacidification.SoilScience173:544-551.
Cordell,D.,Drangert,J.jaWhite,S.2009.Thestoryofphosphorus:globalfoodse-
curityandfoodforthought.GlobalEnvironmentalChange19:292-305.
Correll,D.L.1998.Theroleofphosphorusintheeutrophicationofreceivingwa-
ters:areview.Journalofenvironmentalquality27:261-266.
48
Delin, S., Stenberg,B.,Nyberg,A. jaBrohede,L.2012.Potentialmethods foresti-
matingnitrogen fertilizervalueoforganic residues. SoilUseandManagement
28:283-291.
Di,H.jaCameron,K.2002.Nitrateleachingintemperateagroecosystems:sources,
factorsandmitigatingstrategies.NutrientCycling inAgroecosystems64:237-
256.
Doran,J.jaSmith,M.1987.Organicmattermanagementandutilizationofsoiland
fertilizer nutrients. Soil fertility and organicmatter as critical components of
productionsystems:53-72.
Encyclopædia Britannica. 2016. Industrial ecology.
www.britannica.com/topic/industrial-ecology. Päivitetty 24.5.2016. Ladattu
10.8.2017.
Erisman,J.W.,Sutton,M.A.,Galloway,J.,Klimont,Z.jaWiniwarter,W.2008.Howa
centuryofammoniasynthesischangedtheworld.NatureGeoscience1:636.
Evans,J.,McNeill,A.M.,Unkovich,M.J.,Fettell,N.A.jaHeenan,D.P.2001.Netnit-
rogenbalancesforcool-seasongrainlegumecropsandcontributionstowheat
nitrogenuptake: a review.Australian Journal ofExperimentalAgriculture, 41:
347–359.
Frosch,R.A.jaGallopoulos,N.E.1989.StrategiesforManufacturing.ScientificAme-
rican261:144.
Galloway, J.N.,Townsend,A.R.,Erisman, J.W.,Bekunda,M.,Cai,Z., Freney, J.R.,
Martinelli,L.A.,Seitzinger,S.P.jaSutton,M.A.2008.Transformationoftheni-
trogencycle:recenttrends,questions,andpotentialsolutions.Science320:889-
892.
49
Gauer, L., Grant, C., Bailey, L. jaGehl,D. 1992.Effects of nitrogen fertilizationon
grainproteincontent,nitrogenuptake,andnitrogenuseefficiencyofsixspring
wheat(TriticumaestivumL.)cultivars,inrelationtoestimatedmoisturesupply.
CanadianJournalofPlantScience72:235-241.
Glass,A.1995.Nitrogenabsorption inhigherplants.Nitrogennutrition inhigher
plants.:21-55.
Graedel,T.E.1996.Ontheconceptofindustrialecology.AnnualReviewofEnergy
&theEnvironment21:69-98.
Granstedt, A., Schneider, T., Seuri, P. ja Thomsson, O. 2008. Ecological recycling
agriculturetoreducenutrientpollutiontotheBalticSea.Biologicalagriculture
&horticulture26:279-307.
Halberg,N.1999.Indicatorsofresourceuseandenvironmentalimpactforuseina
decision aid forDanish livestock farmers. Agriculture, Ecosystems&Environ-
ment,30,17-76.
Hansson,A.,Pettersson,R.jaPaustian,K.1987.Shootandrootproductionandnit-
rogenuptake inbarley,with andwithoutnitrogen fertilization. Journal ofAg-
ronomyandCropScience158:163-171.
Haynes,R.J. 1990.Active ionuptakeandmaintenanceof cation-anionbalance:A
critical examinationof their role in regulating rhizospherepH.Plant Soil 126:
247–264.
Heikkinen,J.,Ketoja,E.,Nuutinen,V.jaRegina,K.2013.Decliningtrendincarbon
inFinnishcroplandsoilsin1974-2009.GlobalChangeBiology19:1456-1469.
Hudson,B.D.1994.Soilorganicmatterandavailablewatercapacity.JournalofSoil
andWaterConservation49:189-194.
50
Huijsmans, J.,Hol, J. jaVermeulen,G.2003.Effectofapplicationmethod,manure
characteristics, weather and field conditions on ammonia volatilization from
manureappliedtoarableland.AtmosphericEnvironment37:3669-3680.
Ingver,A.,Tamm,I.,Tamm,Ü.,Kangor,T.jaKoppel,R.2010.Thecharacteristicsof
springcerealsinchangingweatherinEstonia.AgronomyResearch8:553-562.
IPCC. 2006. IPCCGuidelines forNationalGreenhouseGas Inventories, Volume4:
Agriculture, Forestry and Other Land Use. Japan. IGES. www.ipcc-
nggip.iges.or.jp/public/2006gl/index.html.Ladattu14.9.2018.
IPCC.2014.ContributionofWorkingGroup III to theFifthAssessmentReportof
the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, NY. Cambridge
UniversityPress.
IPES-Food. 2016. From uniformity to diversity: a paradigm shift from industrial
agriculture todiversified agroecological systems.Bryssel,Belgia. International
PanelofExpertsonSustainableFoodsystems.
Jeng,A.,Haraldsen,T.K.,Vagstad,N.jaGronlund,A.2004.Meatandbonemealas
nitrogenfertilizertocerealsinNorway.AgriculturalandFoodScience13:268-
275.
Jeng,A. S.,Haraldsen, T.K., Gronlund,A. ja Pedersen, P.A. 2006.Meat andbone
meal as nitrogen and phosphorus fertilizer to cereals and rye grass. Nutrient
CyclinginAgroecosystems76:183-191.
Kim,J.jaRees,D.C.1994.Nitrogenaseandbiologicalnitrogenfixation.Biochemist-
ry33:389-397.
Korhonen,J.2001.Fourecosystemprinciplesforanindustrialecosystem.Journal
ofCleanerProduction9:253-259.
51
Korsaeth,A. 2012.N,P, andKbudgets and changes in selected topsoil nutrients
over10yearsinalong-termexperimentwithconventionalandorganiccropro-
tations.AppliedandEnvironmentalSoilScience
Kuusisto,E.1997.Laskeuma.Ympäristö3:24.
Lal, R. 2015. Restoring soil quality tomitigate soil degradation. Sustainability 7:
5875-5895.
Laine,A.,Hognäsbacka,M.,Kujala,M.,Niskanen,M., Jauhiainen,L. jaNikander,H.
2016.Virallistenlajikekokeidentulokset2008-2015.Luonnonvara-jabiotalou-
dentutkimus3/2016.
LaRue,T.A.jaPatterson,T.G.1981.Howmuchnitrogendolegumesfix.Advances
inAgronomy34:2.
Legg,J.O.jaMeisinger,J.J.1980.SoilNitrogenBudgets.Teoksessa:Stevenson,F.J.
(toim.)NitrogeninAgriculturalSoils.AmericansocietyofAgronomy.Madison,
Wisconsin,USA.s.503-566.
Lindén,B.2008.Efterverkanavolikaförfrukter:inverkanpåstråsädesgrödorsav-
kastningochkvävetillgång-enlitteraturöversikt.Avdelningenförprecisionsod-
ling,Rapport14.66s.
Luostarinen,S.,Logrén,J.,Grönroos,J.,Lehtonen,H.,Pavola,T.,Rankinen,K.,Rinta-
la,J.,Salo,T.,Ylivainio,K.jaJärvenpää,M.2011.Lannankestävähyödyntäminen.
MTTRaportti21.
Marschner,H.1986.Mineralnutritionofhigherplants,2.painos.SanDiego,USA.
AcademicPress.674s.
Meisinger,J.J.jaRandall,G.W.1991.Estimatingnitrogenbudgetsforsoil-cropsys-
tems.In:Managingnitrogenforgroundwaterqualityandfarmprofita-
52
bility.Follett,R.F.,Keeney,D.R.jaRMCruse,R.M.(toim.).Madison,Wisconsin,
USA.SSSA.s.85-124.
Niemi,J.jaAhlsted,J.2014.Finnishagricultureandruralindustries2014.MTT
taloustutkimusjulkaisuja115A.96s.
Niutanen,V.jaKorhonen,J.2003.Industrialecologyflowsofagricultureandfood
industry in Finland: utilizing by-products andwastes. International Journal of
SustainableDevelopmentandWorldEcology10:133-147.
Nohrstedt,H. 1985.Nonsymbiotic nitrogen fixation in the topsoil of some forest
standsincentralSweden.CanadianJournalofForestResearch15:715-722.
Näsholm,T.,Kielland,K.jaGaneteg,U.2009.Uptakeoforganicnitrogenbyplants.
NewPhytologist182:31-48.
OECD. 2001.Environmental Indicators forAgriculture:Methods andResults, Vo-
lume3.Pariisi,Ranska.OECD.
Paustian,K.,Parton,W.J., jaPersson,J.1992.ModelingSoilOrganicMatterinOr-
ganic-AmendedandNitrogen-FertilizedLong-TermPlots.SoilScienceSocietyof
AmericaJournal56:476-488.
Peltonen-Sainio,P.,Muurinen,S.,Rajala,A.jaJauhiainen,L.2008.Variationinhar-
vestindexofmodernspringbarley,oatandwheatcultivarsadaptedtonorthern
growingconditions.TheJournalofAgriculturalScience146:35-47.
Peterson, D. M. 2011. Storage proteins. Teoksessa: Webster, F. H., Woods P. J.
(toim.)Oatschemistryandtechnology.,Minnesota,USA.AACCInternational.s.
123-142.
53
Pietola,L.jaAlakukku,L.2005.RootgrowthdynamicsandbiomassinputbyNor-
dicannualfieldcrops.Agriculture,Ecosystems&Environment108:135-144.
Pulkkinen,H.,Saarinen,M.,Katajajuuri,J-M.,Usva,K.,Krogerus,K.,Perälä,P.jaRe-
gina, K. 2012. Elintarvikkeiden ilmastovaikutusten arvioimista yhtenäistävä
maataloudenpäästöjen kaavakokoelma Suomenoloihin.Maa- ja elintarviketa-
loudentutkimuskeskus.Vastuullinenruokaketju–hyvinvoivakuluttaja.Liite2.
16s.
Rasa,K.,Uusitalo,R.jaJoona,J.2018.Newsustainableproductsfromthesolidside
streamsofthechemicalpulpmills.PosterpresentationatEuropeanSustainable
PhosphorusConference11.-13.6.2018Helsinki.
Rattunde,H.jaFrey,K.1986.NitrogenHarvestIndexinOats:ItsRepeatabilityand
AssociationwithAdaptation.CropScience26:606-610.
Roberts,P.,Edwards-Jones,G.jaJones,D.L.2007.Yieldresponsesofwheat(Triti-
cumaestivum)tovermicompostapplications.CompostScience&Utilization15:
6-15.
Robertson, G. P., ja Groffman, P. M. 2007. Nitrogen transformations. Teoksessa:
Paul,E.A. (toim.). Soilmicrobiology, ecology, andbiochemistry.3.painos.Ox-
ford,Yhdistynytkuningaskunta.Elsevier.
Rockström,J.,Steffen,W.,Noone,K.,Persson,Å.,ChapinIII,F.S.,Lambin,E.F.,Len-
ton, T. M., Scheffer, M., Folke, C. ja Schellnhuber, H. J. 2009. A safe operating
spaceforhumanity.Nature461:472.
Salo,T.jaTurtola,E.2006.Nitrogenbalanceasanindicatorofnitrogenleachingin
Finland.Agriculture,Ecosystems&Environment113:98-107.
54
Salomonsson,L., Jonsson,A., Salomonsson,A.C., jaNilsson,G.1994.Effectsofor-
ganicfertilizersandureawhenappliedtospringwheat.ActaAgriculturaeScan-
dinavicaSectionB:SoilAndPlantScience44:170-178.
Schimel, J. P. jaBennett, J. 2004.Nitrogenmineralization: challengesof changing
paradigm.Ecology85:591-602.
Sheoran, R. S. ja Rana, D. 2005. Relative efficacy of vermicompost and farmyard
manure integratedwith inorganic fertilizers forsustainableproductivityof fo-
rage sorghum (Sorghumbicolor (L.)Moench). Acta Agronomica Hungarica 53:
303-308.
Šimek,M. jaCooper, J.2002.The influenceofsoilpHondenitrification:progress
towardstheunderstandingofthisinteractionoverthelast50years.European
JournalofSoilScience53:345-354.
Smil,V.2002.NitrogenandFoodProduction:ProteinsforHumanDiets.AMBIO:A
JournaloftheHumanEnvironment31:126.
Sommer,S.G.jaHutchings,N.2001.Ammoniaemissionfromfieldappliedmanure
anditsreduction.EuropeanJournalofAgronomy15:1-15.
Spiertz,J.jaDeVos,N.1983.Agronomicalandphysiologicalaspectsoftheroleof
nitrogeninyieldformationofcereals.PlantandSoil75:379-391.
Stevenson, F. J ja Cole,M. A. 1999. Cycles of soil (Carbon, nitrogen, phosphorus,
sulfur,micronutrients). 2. painos. Hoboken, New Jersey, USA. JohnWiley and
SonsPublishers.
Sutton,M.A.,Oenema,O.,Erisman,J.W.,Leip,A.,vanGrinsven,H.jaWiniwarter,W.
2011.Toomuchofagoodthing.Nature472:159.
55
Svensson,K.,Odlare,M.jaPell,M.2004.Thefertilizingeffectofcompostandbio-
gasresiduesfromsourceseparatedhouseholdwaste.TheJournalofAgricultu-
ralScience142:461-467.
Sylvia,D.M.,Fuhrmann,J.J.,Hartzel,P.G.,jaZuberer,D.A.2005.Transformations
of nitrogen. Teoksessa: Yarnell, D. (toim.). Principles and applications of soil
microbiology. Toinen painos., Upper Saddle River, New Jersey, USA. Prentice
Hall.s.343–346.
Terhoeven-Urselmans,T.,Scheller,E.,Raubuch,M.,Ludwig,B. jaJoergensen,R.G.
2009.CO2evolutionandNmineralizationafterbiogasslurryapplicationinthe
fieldanditsyieldeffectsonspringbarley.AppliedSoilEcology42:297-302.
Terman,G. L., jaHunt,C.M.1964.Volatilization lossesofnitrogen fromsurface-
appliedfertilizers,asmeasuredbycropresponse.SoilScienceSocietyofAmeri-
caJournal28:667-672.
Terman, G., Ramig, R., Dreier, A. jaOlson, R. 1969. Yield-protein relationships in
wheatgrain,asaffectedbynitrogenandwater.AgronomyJournal61:755-759.
Tisdall, J. M. ja Oades, J. 1982. Organic matter and water‐stable aggregates in
soils.JournalofSoilScience33:141-163.
Troeh, F. R. ja Thompson, L. M. 2005. Soils and soil fertility. Ames, Iowa, USA.
Blackwell.498s.
Valkama,E.,Lemola,R.,Känkänen.H. jaTurtola,E.2015.Meta-analysisof theef-
fectsofundersowncatchcropsonnitrogenleachinglossandgrainyieldsinthe
Nordiccountries.Agriculture,EcosystemsandEnvironment203:93–101.
Valkama,E.,Salo,T.,Esala,M.jaTurtola,E.2013.Nitrogenbalancesandyieldsof
springcerealsasaffectedbynitrogenfertilizationinnorthernconditions:Ame-
ta-analysis.Agriculture,Ecosystems&Environment164:1-13.
56
Vaneeckhaute,C.,Meers,E.,Michels,E.,Buysse, J. jaTack,F.2013.Ecologicaland
economicbenefitsoftheapplicationofbio-basedmineralfertilizersinmodern
agriculture.BiomassandBioenergy49:239-248.
Viljavuuspalvelu. 2018. Viljavuustilastot. www.tuloslaari.fi/index.php?id=41. La-
dattu3.8.2018.
Voutilainen,O.,Wuori,O.jaMuilu,T.2012.Eriytyvätalue-jamaataloudenraken-
teetSuomessamaaseutunäkökulmasta.MTTRaportti64.
Vuorenmaa, J., Juntto, S. ja Leinonen, L. 2001. Sadeveden laatu ja laskeuma Suo-
messa1998.Abstract:RainwaterqualityandbulkdepositioninFinlandin1998.
TheFinnishEnvironment468.
Watson,C.,Bengtsson,H.,Ebbesvik,M.,Løes,A.,Myrbeck,A.,Salomon,E.,Schroder,
J. ja Stockdale, E. 2002. A review of farm‐scale nutrient budgets for organic
farmsas a tool formanagementof soil fertility. SoilUseandManagement18:
264-273.
Watson,C.A.jaStockdale,E.A.1997.Usingnutrientbudgetstoevaluatethesus-
tainabilityoffarmingsystems.NewsletteroftheEuropeanNetworkonOr-
ganicFarming5,October1997.s.16-19.
Whitmore, A. P. 1996.Modeling the release and loss of nitrogen after vegetable
crops.NetherlandsJournalofAgriculturalScience44:73–86.
Wuest, S.B. jaCassman,K.G.1992.Fertilizer-nitrogenuseefficiencyof irrigated
wheat: I. Uptake efficiency of preplant vs. late- season application. Agronomy
Journal84:682–688.
57
Young,J.L.jaAldag,R.W.1982.InorganicformsofNinsoil.Teoksessa:Stevenson,
F. J. (toim.).Nitrogen in agricultural soils.Madison,Wisconsin,USA.American
SocietyofAgronomy.s.229–252.
Yara. 2018. YaraMila-lannoitteet. www.yara.fi/lannoitus/lannoitteet/yaramila/.
Ladattu8.12.2018.
Zhang,F.,Kang,S.,Zhang,J.,Zhang,R.jaLi,F.2004.Nitrogenfertilizationonuptake
ofsoil inorganicphosphorus fractions in thewheatrootzone.SoilScienceSo-
cietyofAmericaJournal68:1890-1895.
Öborn,I.,Edwards,A.,Witter,E.,Oenema,O.,Ivarsson,K.,Withers,P.,Nilsson,S.ja
Stinzing,A.R.2003.Elementbalancesasa tool forsustainablenutrientmana-
gement:acriticalappraisaloftheirmeritsandlimitationswithinanagronomic
andenvironmentalcontext.EuropeanJournalofAgronomy20:211-225.
58
9LIITTEET
Liite1.Typenainevirraterilannoituskäsittelyillä
Kuva1.Typenainevirratjapeltotase(kgN/ha/a)ammoniumsulfaatti-käsittelyssä.
Kuva2.Typenainevirratjapeltotase(kgN/ha/a)lihaluujauho-käsittelyssä.
59
Kuva3.Typenainevirratjapeltotase(kgN/ha/a)matokomposti-käsittelyssä.
Kuva4.Typenainevirratjapeltotase(kgN/ha/a)mädätysjäännös-käsittelyssä.