Viljelijät tarvitsevat kannustimia maaperän hiilivaraston kasvattamiseen

BLOGI 21.1.2020

Maatalousmailla on suuri potentiaali sitoa hiiltä takaisin ilmakehästä. Samalla voidaan parantaa ruuantuotannon edellytyksiä. Viljelijät tarvitsevat kuitenkin kannustimia, osaamista ja ajattelutavan muutosta hiiliviljelymenetelmien käyttöönottamiseksi. On mahdollista, että viljelijöille korvattaisiin tulevaisuudessa hiilivaraston kasvattamisesta. Korvausten toteuttaminen ja hiilitaseiden laskenta on kuitenkin tehtävä huolella.

Voit myös kuunnella kirjoituksen ääniraitana alta.

Maatalousmaasta on globaalisti hajonnut ilmakehään ennen sen viljelykäyttöönottoa sisältämästä hiilestä 133 Gt. Ilmakehän tämänhetkisen hiilidioksidin n. 415:sta miljoonasosasta tämä vastaa 63 miljoonasosaa (Bradford ym. 2019). Maaperän hiilivarasto on kuitenkin edelleen 2-3 kertaa niin suuri kuin ilmakehässä tai maanpäällisessä kasvillisuudessa olevan hiilen määrä.

Näin ollen maatalousmaan potentiaali sitoa hiiltä ilmakehästä on suuri, arvioiden mukaan jopa n. 370 Gt kuluvan vuosisadan loppuun saakka, vastaten 156 ppm ilmakehän hiilidioksidista (Lal ym. 2018). Ranskan 4p1000-aloitteessa arvioitiin maaperän hiilivaraston kasvattamisen globaalisti 0,4 %:lla 40 cm syvyyteen vastaavan suurta osaa ihmisen aiheuttamista fossiilisista päästöistä. Potentiaali voi olla suurempikin, jos huomioitaisiin parhaat tunnetut viljelymenetelmät ja syvemmät maakerrokset, joita tutkitaan parhaillaan sekä Carbon Actionissa että ulkomaisissa tutkimushankkeissa.

Maaperän hiilensidonta nähdään sekä tieteessä että useissa kansainvälisissä hankkeissa merkittävänä mahdollisuutena hillitä ja sopeutua ilmastonmuutokseen sekä parantaa maan kasvukuntoa (Paustian ym. 2017, Chenu ym. 2018, Bradford ym. 2019). Maaperän hiilen merkityksestä erityisesti maan kasvukunnon parantamisen näkökulmasta maaperätieteilijöiden yhteisö on yksimielinen hiiliviljelymenetelmien käyttöönottamiseksi. Avoimia kysymyksiä esiintyy lähinnä koskien maaperän hiilen muodostumista ja säilyvyyttä, saavutettavaa potentiaalia ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi sekä taloudellisia, poliittisia ja sosiaalisia näkökohtia. Siis  kuinka ruokajärjestelmää tulisi muuttaa ja kenen pitäisi maksaa (Bradford et al. 2019).

Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi ja siihen sopeutumiseksi tärkeintä on vähentää ihmisen aiheuttamia kasvihuonekaasupäästöjä. Siihen päästään vain kulutusta vähentämällä, fossiilisista energianlähteistä irtautumalla ja maankäyttöä järkevöittämällä. Tämä ei kuitenkaan vielä poista yhtään hiilidioksidia ilmakehästä, jota siellä on arviolta n. 30 % enemmän verrattuna esiteolliseen aikaan. Tehokkain tunnettu keino hiilidioksidin poistamiseksi ilmakehästä on yhteyttäminen, johon maa- ja metsätalous perustuu.

Vaarallisen ilmastonmuutoksen pysäyttämiseksi (alle 1,5 °C lämpenemisen) tarvitaan sekä päästöjen vähentämistä, että hiilen sitomista ilmakehästä (negatiiviset päästöt). Globaalisti ilmastovaikutus on käännettävä ensin hiilineutraaliksi ja sen jälkeen hiilinegatiiviseksi. Maatalous hallinnoi suurinta hiilinielua, joten sen tavoitteena on oltava hiilineutraaliuden sijasta hiilinegatiivisuus eli maaperän hiilivarastojen on kerryttävä paljon enemmän kuin viljelyllä aiheutetaan ilmastovaikutuksia.  Hiilineutraalius ei siis riitä.

Hiilensidonnan potentiaali on suuri, mutta rajallista sekin 

Hiiltä ei kuitenkaan voida sitoa maaperään loputtomasti vaan maaperä saavuttaa tietyssä viljelyjärjestelmässä tasapainotilan, jossa hiilen syöte vastaa sen hajoamista.

Maan orgaanisen hiilen pitoisuus noudattaa vähenevän lisätuoton periaatetta: mitä enemmän hiiltä lisätään (kumulatiivisesti), sitä vähemmän lisätystä hiilestä sitoutuu maahan. Mitä kauempana systeemi on tasapainotilasta, sitä voimakkaammin hiiltä sitoutuu, tai vapautuu . Tasapainotilassa hiilivarasto ei muutu, tällöin hiilisyöte vastaa hiilen hajoamista.

Tasapainotaso on aina systeemin, tässä tapauksessa tietyn viljelyjärjestelmän, ominaisuus. Tasoon voidaan vaikuttaa muuttamalla viljelykäytäntöjä, jotka vaikuttavat systeemiin kohdistuviin hiilisyötteisiin tai orgaanisen aineksen hajoamiseen. Esimerkiksi maan muokkausta keventämällä voidaan vähentää orgaanisen aineksen hajotusta maaperässä.

Osa lisätystä hiilestä päätyy hyvin suojattuun muotoon maan savimineraaleihin. Kun mineraalipinnat ovat täyttyneet, maa on hiilisaturoitunut. Hiilivarastoa voidaan lisätä tämän jälkeenkin, mutta lisätty hiili hajoaa aiempaa nopeammin ja hiilivarasto on herkempi nopealle laskulle. Saturaatio ilmenee usein pintamaassa, johon hiilen syöte voimakkaimmin kohdistuu. Hiilivarastoa voidaankin kasvattaa kohdistamalla hiilisyötettä syvemmälle saturoitumattomiin maakerroksiin esimerkiksi syväjuuristen kasvien avulla. Hiilisaturoitunutta maan pintakerrosta voitaisiin myös laimentaa muokkaamalla sitä vähähiilisen pohjamaan kanssa, mutta tällöin häiritään maan pieneliötoimintaa, mikä voi tietyissä oloissa vaikuttaa kokonaisuutena negatiivisesti maan kasvukuntoon ja hiilensidontaan.

Ilmakehän hiilen varastointi takaisin maaperään ja ekosysteemiin ei siis päästä ihmiskuntaa vähentämästä kuluttamista ja päästöjä. Se antaa vain aikaa tehdä se hallitummin.

Viljelykierron hiilitase tarkasteluun

Vallitsevat viljelymenetelmät pääosin hukkaavat hiiltä. Ja vaikka viime vuosikymmenien muutokset kasvinviljelyalueiden viljelykäytännöissä – esim. muokkauksen vähentäminen ja viljelykiertojen monipuolistuminen – ovat voineet nostaa kivennäismaiden pintamaan multavuutta eli hiilipitoisuutta parhailla tiloilla, on sitomispotentiaalia runsaasti jäljellä. Noususta huolimatta hiilipitoisuus ei välttämättä ole viljelynkään kannalta vielä tasolla, jolla maata on helppo viljellä ja se tuottaa korkeita satoja vähillä päästöillä vaihtelevissa sääoloissa.

Hiilipitoisuus tai orgaanisen aineen pitoisuus (multavuus) on kuitenkin eri asia kuin hiilivarasto. Hiilivaraston arvioimiseksi täytyy myös mitata sen maamassan tilavuus, jota näyte edustaa. Edustavien irtotiheysnäytteiden otto ja tulkinta on kuitenkin vaikeaa. Kun maaperän hiilipitoisuus kasvaa ja sen myötä maan rakenne kehittyy, maa kuohkeutuu ja irtotiheys laskee, jolloin myöhemmin otettu näyte edustaa pienempää maamassaa. Jos tämä yhdistyy hiilen kertymiseen pintakerroksiin, yliarvioidaan hiilen sitoutumista voimakkaasti. Ilmiön ymmärtäminen on vähentänyt esimerkiksi minimimuokkaukselle ja suorakylvölle annettua painoarvoa hiilen sitomisessa. Nämä menetelmät lisäävät nopeasti hiilen kertymistä maan pintaan, mikä parantaa maan viljelyominaisuuksia, mutta hiilivaraston näkökulmasta lisäys kompensoituu pienemmällä hiilisyötteellä syvempään maahan (Powlson ym. 2014) . Hiilivaraston muutosten seuraamiseksi täytyy huomioida irtotiheyden vaikutukset näytteenottosyvyyteen ns. equivalent soil mass-menetelmällä (Eller&Bettany 1995).

Hiilipitoisuuden mahdollinen nousu ei kuitenkaan ole ollut hiiliviljelyä vaan maan kasvukunnon korjaamisen tai maatalouden ympäristökorvauksen vesiensuojelutoimenpiteiden kuten kevennetyn muokkauksen ja kasvipeitteisyyden tulosta. Tämä osoittaa kuinka monihyötyisiä parhaat toimenpiteet ovat. Hiiliviljely on ruuantuotannon yksi mahdollinen näkökulma, jossa viljelytoimenpiteillä pyritään kasvattamaan maaperän hiilivarastoa.

Tulee muistaa, että kaikki kasvit sitovat hiiltä kasvaessaan ja suurin osa kasvien yhteyttämistuotteista päätyy maaperään ruokkimaan mikrobeja. Vain pieni osa kokonaisyhteytyksestä korjataan sadon mukana pois; korret, juuret (kasvintähteet) ja juurieritteet jäävät maaperään. Kaikkien kasvien viljely ei kuitenkaan kasvata maaperän hiilivarastoa johtuen esimerkiksi pienestä kasvintähdemäärästä (alhaisesta syötteestä) tai viljelyn vaatimasta voimakkaasta muokkauksesta (voimakkaasta hajotuksesta). Maaperän hiilitasapainoa tulisikin tarkastella viljelykiertotasolla, jolloin yhden vuoden negatiivista maaperän hiilitasetta voidaan kompensoida toisten vuosien kasvustojen sekä orgaanisten lannoite- ja maanparannusaineiden positiivisilla taseilla.

Korvaus viljelijälle hiilivaraston kasvattamisesta

On mahdollista, että maanviljelijälle korvattaisiin maaperän hiilivaraston pitkäaikaisesta kasvattamisesta. Jo nyt maailmalla on esimerkkejä rahallisista kannustimista hiiliviljelyyn muun muassa Itävallassa, USA:ssa ja Australiassa. Tähänastiset projektit ovat perustuneet korvauksiin toteutettavista viljelytoimenpiteista, mutta tulosperusteista mallia kehitetään samaan aikaan. Mittaus- ja mallinnustekniikan kehittyessä olisi mahdollista maksaa korvausta perustuen todellisuudessa sidottuun hiilimäärään. Hiilen pysyminen maassa tulisi varmistaa sopimusteknisesti tai korvauksen jaksottamisella.

Hiilivaraston kasvattamisen kustannusten korvaamiseksi on olemassa kaksi eri vaihtoehtoa: maataloustuet tai hiili- ja päästömarkkinoiden korvaukset. Kolmantena voi lisäksi olla yksityisten yritysten omat järjestelmät, jotka usein ovat kolmannen osapuolen todentamia, mutta voivat poiketa hiilimarkkinoiden stadardoinnista.

Hiiliviljelystä korvaaminen vaatii aitoa lisäisyyttä ja kokonaisvaikutusten ymmärtämistä 

Hiilimarkkinoiden ominaisuutena on vaatimus lisäisyydestä, mikä tarkoittaa että toimenpiteiden tulee tapahtua vain korvauksen ansiosta, ei muutoin. Moni maataloudessa toteutettava ympäristö- ja viljelytoimi on monihyötyinen; samalla kun vähennetään ravinnepäästöjen riskiä voidaan kasvattaa maaperän hiilivarastoa sekä parantaa tuottavuutta. Toimenpiteiden hyödyt eri näkökulmista kuitenkin vaihtelevat eri tasoilla, esimerkiksi maan multavuuden vaikutus sadontuottoon vähenee sen kasvaessa ja on tietyn rajan jälkeen enää vähäinen. Hiiliviljelytoimilla voi olla myös yksittäisiä negatiivisia ympäristövaikutuksia ja tällöin tuleekin arvioida toimenpiteiden vaikutukset kokonaisuutena. Kun maan hiilivaraston kasvattamisella saavutetaan merkittävästi muita hyötyjä ja se lisää tuottavuutta, ei sitä voida laskea ilmaston näkökulmasta lisäisyyttä toteuttavaksi. Sen sijaan kun tietyn rajan jälkeen muut hyödyt ovat enää vähäisiä, mutta ilmastovaikutus säilyy, voi lisäisyys toteutua.

Maaperän hiilivaraston kasvattamisessa tulisikin määrittää perustaso (baseline), jonka säilyttäminen ja ylittäminen toteuttaa lisäisyyden periaatteen ja mahdollistaa markkinakelpoisen korvauksen.

Jos perustaso asetetaan kullakin pellolla ja tilalla vallitsevaan tilanteeseen ja vain hiilivaraston lisäisestä kasvattamisesta korvattaisiin, asettaisi se eri maalajit ja viljelyjärjestelmät epätasa-arvoiseen tilanteeseen. Siksi perustaso tulisikin määrittää viljelyn näkökulmasta esimerkiksi tasolle, jota suuremmalla maan multavuudella ei saavuteta enää merkittävää sadonlisää.

Tätä on tarkasteltu muutamissa viimeaikaisissa tutkimuksissa ja todettu että yksivuotisilla kasveilla yli 2 %:n maan orgaanisen hiilen määrällä (n. 3,4 % orgaanista ainesta) ei saavuteta enää merkittävää sadonlisää (Loveland & Webb 2003, Oldfield 2019).

On kuitenkin huomioitava että näissä tutkimuksissa aineisto on meikäläisiä eteläisimmistä ja vähäsavisemmista olosuhteista. Suomessa tuottavan viljelyn edellyttämä multavuus asettuisi oletettavasti pääsääntöisesti tutkimuksissa esitettyä korkeammalle tasolle, koska saves pidättää osan orgaanisesta aineksesta viljelyominaisuuksien kannalta reagoimattomaksi suojaansa.

Ilmastonmuutoksen hillitsemisen kannalta olisi tärkeää että korvaus perustuisi hiilipitoisuuden sijaan hiilivaraston muutokseen ja sen määrittämiseksi tarvitsisimme helppoja ja varmoja menetelmiä. Maan kasvukunnon kannalta hiilipitoisuus- tai multavuustavoite sen sijaan olisi riittävä.

Hiilivaraston perustason tulisi huomioida paikalliset olosuhteet 

Maan viljelyominaisuuksien kannalta olennaisen hiilivaraston perustason määrittämisessä tulee huomioida maalajin ja ilmaston ominaisuudet, etenkin tarkasteltaessa maan kokonaishiilen määrää. Vaihtoehtoisesti voisimme määrittää maaperän orgaanisen hiilen tietyn fraktion kuvastamaan tätä riippumattomasti maan ja ilmaston ominaisuuksista. Tämä onkin aihepiirin tutkimuksessa tärkeä kysymys.

Perustason määrittäminen olisi siis olennaista hiilimarkkinoiden lisäisyysvelvoitteen täyttämiseksi. Lisäksi, koska maaperän hiilivaraston kasvattaminen on rajallista, osa viljelijöistä on jo kasvattanut hiilivarastoa korvauksetta ja on olemassa luontaisesti runsasmultaisia maita, olisi perusteltua maksaa hiilivaraston kasvattamisen lisäksi sen ylläpidosta.

Viljelijöitä tulisi kuitenkin kannustaa käyttöönottamaan ympäristön kannalta monihyötyisiä viljelytoimenpiteitä, mikä sopisikin parhaiten maataloustukien avulla toteutettavaksi. Tämä onkin vahvasti esillä EU:n komission yhteisen maatalouspolitiikan uudistuksen tavoitteissa.

Ruokayrityksille luontevinta on korvata tässä pohditusta lisäisyydestä, eli hiilivaraston ylläpidosta ja kasvattamisesta viljelyn edellytyksiä korkeammalla tasolle, sekä tarjota viljelijöille koulutusta ja työkaluja hiiliviljelyyn.

Hiililaskennassa oltava tarkkana 

Hiilensidonnan korvausten tai kompensointien pohjalla on oltava tieteellisesti pätevä ja hyväksytty laskentamalli. Juuri tällaista Carbon Action -alustalla kehitetään Ilmatieteen laitoksen johdolla. Käytännön maanviljelyn kannalta pohdittavia asioita on paljon. 

Jos hiilensidonnasta maaperään aiotaan korvata ja kompensoida muita päästöjä ja lopulta aidosti vähentämään ilmakehän hiilipitoisuutta tulee muistaa, että hiilensidonta voidaan laskea ja myydä vain kerran. Kun maa- tai metsätaloudesta myydään sidottuja hiiliyksikköjä, ei itse alkutuotanto ole enää laskennallisesti niiltä osin hiilinegatiivista, ja onko se sitä ylipäätään, riippuu  mihin hiilivaraston perustaso asetetaan.

Päästö- ja hiilitaselaskennan kannalta selkeintä olisi, että maa- ja metsätaloudessa huomioitaisiin kaikki päästöt, sekä fossiiliset että biogeeniset, yhdenvertaisesti loppukäyttöön saakka. Tällöin voisimme sisällyttää tarkasteluun ongelmitta kaikki nielut, myös peltojen sadon sekä metsien puutuotteet kokonaisuudessaan.

Vaikka korvauksen hiilensidonnasta saisi ensisijaisesti tuotteen jalostaja, teollisuus tai kauppa, tulee korvauksen lopulta päätyä viljelijälle tai metsänomistajalle suoraan tai raaka-aineen korkeamman arvon kautta.

Tutkimusta tarvitaan, mutta tietoa on riittäväksi toimiaksemme

Suurin haaste hiilen varastoinnissa maatalousmaahan lienee se, kuinka saadaan varmistettua kerrytetyn hiilivaraston kasvattamista ja ylläpitoa tukevien viljelytoimenpiteiden toteuttaminen.

Meillä on jo nyt riittävästi tietoa hiiltä sitovista viljelymenetelmistä, jotta niiden käyttöön voidaan, ja pitää, laajamittaisesti kannustaa. Pääosa niistä on jo ennalta tuttuja viljelijöille. Ne ovat monihyötyisiä ja voivat parantaa viljelyn tuottavuutta ja kannattavuutta. Jotkut menetelmät voivat vaatia investointeja kalustoon, mutta ennen kaikkea tarvitaan ajattelutavan muutosta ja panostamista viljelyosaamiseen.

Maataloustukien vastikkeeksi meidän tulee voida vaatia maatalouden suurimpien päästöjen vähentämistä ja ensisijaisesti kannustaa hiilivarastoa kasvattavien monihyötyisten viljelymenetelmien käyttämiseen. Sama pätee luonnon monimuotoisuuteen sekä vesienhoitoon.

Juuso Joona

Carbon Action -hankkeen perustaja- ja ohjausryhmän jäsen, hiiliviljelykouluttaja ja -viljelijä sekä tohtorikoulutettava Helsingin yliopistossa.

Lähteet:

Bradford M et al. (2019) Soil carbon science for policy and practice. Nature Sustainability, 2, 1070–1072.

Chenu C et al. (2019) Increasing organic stocks in agricultural soils: Knowledge gaps and potential innovations. Soil & Tillage Research, 188, 41-52.

Ellert B, Bettany J (1995) Calculation of organic matter and nutrients stored in soils under contrasting management regimes. Canadian Journal of Soil Science, 75, 529-538.

Lal R et al. (2018) The carbon sequestration potential of terrestrial ecosystems Journal of Soil and Water Conservation, 73(6), 145A-152A.

Loveland P, Webb J (2003) Is there a critical level of organic matter in the

agricultural soils of temperate regions: a review. Soil & Tillage Research, 70, 1–18.

Oldfield E et al. (2019) Global meta-analysis of the relationship between soil

organic matter and crop yields. SOIL, 5, 15–32.

Paustian K et al. (2016) Climate-smart soils. Nature, 352, 49-57.

Powlson D et al. (2014) Limited potential of no-till agriculture for climate change mitigation. Nature Climate Change, 4, 678-683.