Maatalouden ympäristötoimenpiteiden vaikutusten arviointi ja kustannustehokkuus Turo Hjerppe, Sari Väisänen Markku Puustinen ja Sirkka Tattari Suomen ympäristökeskus Ympäristöosaaminen maatilan toiminnan vahvuutena TEHO Plus hankeen ja maaseutuverkoston tiedotuskierros
Sisältö Johdanto Maatalouden ravinnekuormitus Maatalouden ympäristötoimenpiteiden vaikutus kuormitukseen Maatalouden ympäristötoimenpiteiden kustannustehokkuus 2
Johdanto Vesienhoidon kannalta on tärkeää tietää Mistä vesistökuormitus on peräisin? Kuinka suurta kuormitus on? Mitkä tekijät vaikuttavat kuormituksen suuruuteen? Mikä on eri toimenpiteiden vaikutus kuormitukseen? Millä toimenpiteillä voidaan vähentää kuormitusta kustannustehokkaimmin? Kysymyksiin pyritään vastaamaan hyödyntäen Havaintoja Malleja 3
Peltoalan alueellinen jakauma ja osuus maa-alasta sekä jakautuminen eri peltoluokkiin Etelä Suomessa 51 % Pohjanmaalla 30 % Järvi-Suomessa 19 % Lähde: MTT report 124, 2014 VIHMAn peltoluokitus Maalajiryhmä Kaltevuusluokka (%) <0,5% 0,5 1,5% 1,5 3% 3 6% >6% Total Savimaat 12,8 9,2 6,8 3,7 2,2 34,7 Hiesumaat 5,3 4,1 3,3 2,0 1,3 16,0 Hietamaat 11,5 8,6 7,3 4,4 3,2 35,0 Eloperäiset 9,1 2,9 1,8 0,3 0,2 14,3 4 Yhteensä 38,7 24,8 19,2 10,4 6,9 100
Talviaikaisen kasvipeitteisyyden sekä suojavyöhykkeiden ja luonnonhoitonurmien kohdentamisalueet Lähde: Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma 5
Veden kulkureitit ja ojitus Kuormitus = vesimäärä * pitoisuus Vesimäärä = vuosisadannasta valunnaksi muodostuva osuus Pintavalunta, pintakerrosvalunta, salaojavalunta, pohjavesivalunta Kuivatus- ja valumavesien pitoisuuksien kasvaminen Peltoala 2,24 milj. ha, 7 % maa-alasta Lähde: Salaojayhdistys 6
Miten maatalouden ravinnepäästöjä mitataan? Mittauksia tehdään peltolohko-, pienen valuma-alueen ja ison jokivaluma-alueen mittakaavassa. Pienillä valuma-alueilla maan käyttö sisältää usein muutakin kuin peltomaata, jolloin muiden kuormituslähteiden osuus tulee vähentää maatalouden kuormitusluvuista. Pienet maatalousvaltaiset valuma-alueet Mitä pienempi on pellon osuus valumaalueiden pinta-alasta sitä vaikeammin on kuormituksen muutos havaittavissa. Jatkuvatoimisilla vedenlaatuantureilla on pystytty tarkentamaan kuormitusarvioita osoittamaan mm. kosteikkojen tehokkuus Perinteinen Uutta mittaustekniikkaa 7
VIHMA havaintokentät Viljelykäytännöt Rakennetut kosteikot/ laskeutusaltaat Maankuivatus Suojavyöhykkeet Lapua Toholampi Tyrnävä Liperi Rautalampi Aurajoki Alastaro Jokioinen Vihti Inkoo Kirkkonummi 8
Koekenttien peltoluokka Maalajiryhmä Kaltevuusluokka (%) <0,5% 0,5 1,5% 1,5 3% 3 6% >6% Kaikki Savimaat Liperi Kotkanoja Hiesumaat Hovi Lintula Aurajoki Lintupaju Hietamaat Toholampi Orgaaniset maat Tohmajärvi Kaikki Uutta dataa on tuotettu koekentiltä, valuma-alueilta, monissa hankkeissa Mm. Maaninka 9
Ominaiskuormituslukuja pieniltä maatalousvaltaisilta valuma-alueilta ja koekentiltä Lähde Jakso Ominaiskuormitusluku (kg ha -1 v -1 ) Kok. N Kok. P DRP Kauppi 1979 1965-1976 12 0,57 Rekolainen 1989 1981-1985 8-20 0,9-1,8 Rekolainen ym. 1993 1986-1990 17,5-19,5 0,95 1,7 Vuorenmaa ym. 2002 1981-1985 13 1,11 Vuorenmaa ym. 2002 1986-1990 18 0,99 0,13 Vuorenmaa ym. 2002 1991-1995 14 1,14 0,14 Vuorenmaa ym. 2002 Keskimäärin 15 1,1 Koekentillä havaittu keskimääräinen: eroosio on vaihdellut 50 2100 kg, partikkelimaisen fosforin kuormitus 0,5-3,7 kg, liukoisen fosforin kuormitus 0,1-2,0 kg ja kokonaistyppikuormitus 5-40 kg hehtaarilta vuodessa. 10
Hydrologian vaikutus Löytäneenoja 5,6 km 2 68 % peltoa 11
Miksi mallinnusta tarvitaan? Hallinnon tarpeisiin tarvitaan malleja ja arviointijärjestelmiä vesivaroista, ympäristön kuormituksesta, näiden muutoksista ja tarvittavista ohjauskeinoista. Tiedeyhteisön tarpeisiin tarvitaan tutkimusmalleja syyseuraussuhteiden ja prosessien ymmärtämiseksi, mutta niidenkin tulee olla hyödyllisiä ympäristöpoliittista päätöksentekoa varten. Kenttäkokeita tai veden laadun mittauksia ei ole mahdollista tehdä kaikissa olosuhteissa Mm. seurannan kalleus Toimenpiteiden vaikuttavuutta ei pystytä mittaamaan kaikissa olosuhteissa. Skenaarioiden tuottamiseen, malleilla voidaan ajaa esim. maankäytön muutosten tai ilmastonmuutoksen vaikutuksia. 12
Mitä oletuksia tutkija tekee mallintaessaan? Syötettävistä lähtötiedoista aiheutuva epävarmuus Miten vastaanottaja tulkitsee saamiaan tuloksia? MALLI Monimutkaisten luonnonprosessien epätäydellinen kuvaus Mallin kalibrointi ja testaus mitatuilla aineistoilla/havainnoilla Havaintoihin liittyvä epävarmuus 13
Viljelyalueiden valumavesien hallintamalli -VIHMA Koekenttämittauksiin perustuva excel-työkalu, joka auttaa arvioimaan pelloilta tulevaa eroosiota ja P & N kuormitusta erilaisilla toimenpideyhdistelmillä Mahdollista vertailla erilaisia toimenpideyhdistelmiä ja niiden vaikutuksia keskenään, esim. nykyinen tilanne vs. Vesienhoidonsuunnittelun mukainen tilanne Malliin tarvittavia lähtötietoja: peltojen maalaji, kaltevuus, P-luku, kasvilajit ja muokkaustavat Toimenpiteitä mallissa: erilaiset muokkaustavat mm. suorakylvö, sänkimuokkaus ja kyntö keväällä tai syksyllä sekä suojavyöhykkeet ja kosteikot Malli tulossa myös SYKEn nettisivuille ladattavaksi Lisätietoja Markku Puustinen, Sari Väisänen (SYKE) 14
Mitä VIHMAn skenaarioissa muuttuu Pysyy samana Vaihtuu Kasvilajit Kevätviljat 140 Syysviljat 50 Nurmet 60 Maalajit YHT 250 Savet Hiesut Karkeat Eloperäiset 40 % 30 % 30 % 0 % ha Kevätkylvöiset (viljat, juurikas, peruna) Syysmuokkaus 200 ha Muokkaus Kyntö Sänkim. Normaali syyskyntö ja/tai avokesanto 70 % 10 % Kevennetty muokkaus Kultivointi syksyllä (10-15 cm) Sänkimuokkaus syksyllä (alle 10 cm) 0 % 60 % Talviaikainen sänki Suorakylvö (keväällä) Pysyvät nurmet ym Niitto- ja tuorerehunurmet ym. 30 % 30 % Energiakasvit (Ruokohelpi) Syysviljat (kaikki syyskylvöiset) 50 ha Kyntö Sänkim. Perinteinen kyntö/kylvö 100 % 10 % Syyssuorakylvö 0 % 90 % Kaltevuuden vaihtelut 0-0,5% 0,5-1,5% 1,5-3,0% 3,0-6,0% 6,0-% Tasainen 70 % 20 % 10 % 0 % 0 % Kalteva 0 % 0 % 10 % 20 % 70 % P-luvut % alle 8 8-14 yli 14 Korkeat 0 % 0 % 100 % Matalat 100 % 0 % 0 % 15
Tuloksia kuvitteelliselta esimerkkialueelta (250 ha peltoa) Muuttujat: - Kyntö vs. sänkimuokkaus - Tasaiset vs. kaltevat pellot - Matalat vs. korkeat P-luvut KUVA: Pasi Valkama 16
Tuloksia kuvitteelliselta esimerkkialueelta (250 ha peltoa) kg/a 600 000 Eroosio 500 000 400 000 300 000 200 000 100 000 0 Kyntö, Tasaiset Sänkim, Tasaiset Kyntö, Kaltevat Sänkim, Kaltevat Kylmät talvet Keskim. talvet Lauhat talvet kg/a 5 000 4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 Kyntö, Tasaiset TotN Sänkim, Tasaiset Kyntö, Kaltevat Sänkim, Kaltevat KUVA: Pasi Valkama Kylmät talvet Keskim. talvet Lauhat talvet 17
Tuloksia jatkuu kg/a 250 DRP 200 150 100 50 kg/a 1 200 0 Kyntö, Tasaiset Korkea, P-luku Sänkim, Tasaiset, Korkea P-luku Kyntö, kaltevat, Korkea P-luku Sänkim, Kaltevat, Korkea P-luku Kyntö, Tasaiset, Matala P-luku Sänkim, Tasaiset, Matala P-luku Kyntö, Kaltevat, Matala P-luku Kylmät talvet Keskim. talvet Lauhat talvet TotP Sänkim, Kaltevat, Matala P-luku 1 000 800 600 400 200 0 Kyntö, Tasaiset Korkea, P-luku Sänkim, Tasaiset, Korkea P-luku Kyntö, kaltevat, Korkea P-luku Sänkim, Kaltevat, Korkea P-luku Kyntö, Tasaiset, Matala P-luku Sänkim, Tasaiset, Matala P-luku Kylmät talvet Keskim. talvet Lauhat talvet Kyntö, Kaltevat, Matala P-luku Sänkim, Kaltevat, Matala P-luku 18
Mitä on kustannustehokkuus? Kustannustehokkuus (cost efficiency) Määritelmä: Ympäristöpolitiikka on kustannustehokasta silloin, kun haluttu puhdistustaso (päästöjen vähennys) saavutetaan pienimmin mahdollisin kustannuksin Kustannusvaikuttavuus (cost effectiveness)= Vertaillaan vähintään kahden vaihtoehdon suhteellisia kustannuksia ja hyötyjä = kustannusvaikuttavuusanalyysi Kustannustehokkuus vesiensuojelussa VPD: edellytetään toimenpideyhdistelmien kustannustehokkuutta Vertaillaan vesiensuojelutoimenpiteiden kustannustehokkuutta Tavoitteena resurssien parempi kohdistaminen Kustannusten minimointi Tavoiteltavan kuormitusvähennyksen saavuttaminen mahdollisimman vähillä resursseilla = kustannustehokkain vaihtoehto Toimenpideyhdistelmien vertailu 19
Hintalappu vesiensuojelutoimenpiteille Kosteikko 300 /fosforikilo Suojavyöhyke 450 /fosforikilo 1 000 /fosforikilo 150 /fosforikilo Jätevesien käsittely Turvetuotannon pintavalutuskenttä Esimerkit Karvianjoen vesistöalueelta 20
Toimenpiteiden kustannustehokkuus pilottiaineistossa Maatalous Metsätalous Hajaasutus Turvetuotanto Kustannustehokkuus ( /P kg) Toimenpide Min Ka Max Pienet kosteikot (<0,5 ha), 30-50 % peltoa 150 200 240 Keskikokoiset kosteikot (0,5-2 ha), 20-30 % peltoa 200 300 360 Keskikokoiset kosteikot (0,5-2 ha), 30-50 % peltoa 120 180 220 Keskikokoiset kosteikot (0,5-2 ha), > 50 % peltoa 100 110 130 Suuret kosteikot (> 2 ha), 30-50 % peltoa 110 150 180 Peltojen talviaikainen kasvipeitteisyys, <0,5% kaltevuus 660 990 1400 Peltojen talviaikainen kasvipeitteisyys, 0,5-1,5% kaltevuus 490 630 890 Peltojen talviaikainen kasvipeitteisyys, 1,5-3,0% kaltevuus 280 360 520 Peltojen talviaikainen kasvipeitteisyys, 3,0-6,0% kaltevuus 120 160 230 Peltojen talviaikainen kasvipeitteisyys, >6,0% kaltevuus 70 90 130 Säätösalaojitus 340 1500 2700 Ravinnetaseen hallinta 290 440 520 Hakkuualueiden suojavyöhyke 60 130 210 Metsätalouden putkipadot 20 40 50 Viemäröinnin laajentaminen haja-asutusalueille 830 2300 4500 Uudet haja-asutuksen kiinteistökohtaiset jätevesien käsittelyjärjestelmät 480 1300 2600 Uudet loma-asutuksen kiinteistökohtaiset jätevesien käsittelyjärjestelmät 200 570 1100 Pintavalutuskenttä pumppaamalla (kesä/ympärivuotinen) 430 880 1300 Pintavalutuskenttä (ei pumppausta) 100 202 310 Virtaaman säätö 109 220 330 21 Kemiallinen käsittely 670 1300 2000
Valuma-alueen ominaisuudet vaikuttavat toimenpiteiden kustannustehokkuuteen Kuormituksen muodostuminen Maatalouden, metsätalouden, haja-asutuksen ja turvetuotannon osuus kokonaiskuormituksesta Maaperä Maalaji Alttius eroosiolle Viljavuus (p-luku) Peltojen kaltevuus Alttius eroosiolle 22
Esimerkki: Peltojen kaltevuus 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Hiidenvesi Vanajavesi Pien-Saimaa Paimionjoki 0-0,5% 0,5-1,5% 1,5-3,0% 3,0-6,0% 6,0-% Vantaanjoki Kustannustehokkuus ( /P kg) 0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 Suojavyöhykkeet Maatalous Kosteikko Peltojen talviaikainen kasvipeitteisyys Monivuotinen nurmiviljely Ravinnetaseen hallinta / Optimaalinen lannoitus Hiidenvesi Vanajavesi Pien-Saimaa Paimionjoki Vantaanjoki 23
Johtopäätöksiä toimenpiteiden kustannustehokkuudesta Kun pellot tasaisia/loivia Kustannustehokkaita ovat Ravinnetaseen hallinta Kosteikot Kun pellot kaltevia Kustannustehokkaita ovat Talviaikainen kasvipeitteisyys ja nurmet Suojavyöhykkeet Kustannustehokkuus riippuu alueen ominaisuuksista Kustannustehokkuutta arvioitu vain fosforin suhteen Ei ota kantaa esimerkiksi toimenpiteiden toteutettavuuteen, vaikutukseen typpikuormaan tai happamoitumisen ehkäisyyn 24
LOPUKSI Lähtökohtaisesti on selvää että eri mallit eivät tuota eksaktisti oikeita tuloksia tai edes keskenään vertailukelpoisia tuloksia, jos lähtötiedot ja parametrit eivät ole samoja. Havaintoja on kuitenkin vähän ja kattavan seurantaverkon ylläpito kallista Mallit ja niiden tulokset perustuvat parhaaseen saatavilla olevaan tietoon Maatalouden ympäristötoimen kohdentamista auttaa kuormituksen ja toimenpiteiden vaikutusten ominaisuuksien ymmärtäminen 25
Kiitos! 26
Huuhtoumamääriä: Koekentillä havaittu keskimääräinen: eroosio on vaihdellut 50 2100 kg, partikkelimaisen fosforin kuormitus 0,5-3,7 kg, liukoisen fosforin kuormitus 0,1-2,0 kg ja kokonaistyppikuormitus 5-40 kg hehtaarilta vuodessa. Tarkasteltaessa yksittäisten vuosien minimi- ja maksimikuormitusta: eroosio 30-4640 kg, partikkelifosfori 0,01 9,6 kg, liukoinen fosfori 0,01 3,5 kg sekä typpikuormitus 2,2 - > 40 kg hehtaarilta vuodessa. 27
Dia: Mikko Dufva/SYKE 28
Mallintaminen Eri malleilla lasketaan erilaisia tulosmuuttujia ja yleensä ei erotella esim. luonnonhuuhtoumaa tai laskeuman osuutta. Metsätalouden vaikutuksia lasketaan vain siihen kehitetyillä malleilla. 29
Typen ja fosforin käyttö lannoitteena Lannoitteiden myynti Lannan ravinteet N, mineralil. N, lanta P, mineraalil. P, lanta 30
Ravinnetase Ravinnetaseet laskeneet vuodesta 1995 typpi n. 35 % fosfori n. 60% 120 Ravinnetaseet (OECD) 100 kg/ha 80 60 40 20 P-tase N-tase Typpitase Fosforitase 0 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 Vuosi 31