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.

60

Kuva5.Typenainevirrat japeltotase(kgN/ha/a)lannoittamattomassakontrolli-käsittelyssä.

Kuva6.Typenainevirratjapeltotase(kgN/ha/a)väkilannoitetussakontrollikäsit-telyssä.