Luomuviljelyssä energiaa kului keskimäärin 50 % tavanomaista viljelyä vähemmän. Luomuviljelyssä myös energiankäytön tehokkuus oli tutkituista tuotantotavoista paras (käytettyä energiayksikköä kohti tuotettu energia). Tavanomainen viljely oli luomuviljelyä tehokkaampaa vain viljelypinta-alaa kohti tuotetun energian määrässä.
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ja vertailla yhdeksän erilaisen viljelyjärjestelmän uusiutumattoman energian käyttöä, tuotetun energian määrää sekä energiankäytön tehokkuutta. Viljelyjärjestelmät edustivat kolmea eri tuotantopanostasoa ja kolmea erilaista viljelykiertoa tai monimuotoisuuden tasoa. Viljelyjärjestelmiä arvioitiin vuosien 1996 - 2007 ajan Kanadan preeria-alueella. Viljelykoealojen olosuhteet olivat yhtenevät ja jokaista viljelyjärjestelmää testattiin samankokoisilla koealoilla yhteensä 16 hehtaarin alueella.
Viljelyjärjestelmät perustuivat kolmeen tuotantopanosten tasoon: tavanomainen korkeiden tuotantopanosten viljely, vähennettyjen tuotantopanosten viljely (jossa tuotantopanoksia pyritään vähentämään pienentämättä satomääriä) sekä luomuviljely (jossa tuotantopanosten vähentämisen odotetaan laskevan satotasoja). Tuotantopanostasot yhdistettiin kolmeen erilaiseen viljelykiertoon: yksipuolinen viljelykierto, monipuolinen yksivuotisten vilja-, öljy- ja palkokasvien vuorottelu ja monipuolinen yksivuotisten kasvien ja monivuotisten nurmirehujen vuorottelu.
Korkeiden tuotantopanosten viljelyssä käytettiin tavanomaisia maanmuokkausmenetelmiä sekä täysimääräisesti suositeltuja kasvinsuojeluaineiden ja lannoitteiden määriä. Vähennettyjen tuotantopanosten viljelyssä käytettiin säästäviä maanmuokkausmenetelmiä, integroituja kasvinsuojelutapoja ja 33 % suurempia kylvösiemenmääriä polttoaineiden, lannoitteiden ja kasvinsuojeluaineiden käyttömäärien vähentämiseksi. Luomuviljelyssä käytettiin luonnonmukaisia viljelymenetelmiä, maanmuokkausta, ei-kemiallisia tuhoeläinten torjuntatapoja, palkokasvien viherkesannointia, kompostin käyttöä, 33 % suurempia kylvösiemenmääriä sekä myöhempiä kylvöajankohtia.
Viljelyjärjestelmien energiatehokkuutta arvioitiin prosessianalyysillä, jossa määritettiin kaikkiin tuotannossa käytettyihin tuotantopanoksiin suoraan ja epäsuorasti käytetty uusiutumaton energia, (esim. valmistus, pakkaaminen, jakelu, kuljetus ja huolto). Vastaavasti jokaisen koealan sadon energiasisältö määriteltiin kunkin viljelyjärjestelmän osalta. Viljeltyjen kasvien sisältämien energiamäärien laskennassa sovellettiin laboratoriomittauksissa saatuja keskimääräisiä energiasisältöjä. Rehusadoista koko biomassa laskettiin energiatuotantoon, kun taas viljasadosta mukaan laskettiin vain jyvien osuus, koska oljet ja puintijäte palautettiin peltoon.
Viljelyjärjestelmien uusiutumattoman energian kulutus vaihteli sekä käytetyn tuotantopanosten tason että viljelykierron monimuotoisuuden mukaan. Käytetyn kokonaisenergian määrä oli suurin korkeiden tuotantopanosten viljelyjärjestelmissä ja suurin piirtein samaa tasoa myös vähennettyjen tuotantopanosten viljelyssä. Luomuviljelyssä energian kulutus oli keskimäärin 50 % pienempi. Suurin osa energiapanosten säästöstä luomuviljelyssä tuli väkilannoitteiden ja torjunta-aineiden käyttämättä jättämisestä. Tavanomaisessa viljelyssä lannoitteet edustivatkin yli puolta koko energian käytöstä (keskimäärin 2019 MJ/ha/vuosi). Luomuviljelyssä suurin panos oli maatilalla käytetyt poltto- ja voiteluaineet (1081 MJ/ha/vuosi). Polttoaineiden kulutus oli samaa luokkaa korkeiden tuotantopanosten viljelyssä (1025 MJ/ha/vuosi), mutta selkeästi alempi (595 MJ/ha/vuosi) vähennettyjen tuotantopanosten viljelyssä.
Viljelykierroista eniten energiaa kulutti yksivuotisten kasvien monipuolinen vuorottelu. Monivuotisten nurmikasvien sisältyminen viljelykiertoon vähensi typpilannoitteiden ja koneiden käytön tarvetta ja siten myös energian kulutusta. Yksipuolisessa viljelykierrossa tutkimusalueella käytetty kesannointi vähensi energian kulutusta vastaavasti.
Eniten energiaa kului korkeiden ja vähennettyjen tuotantopanosten viljelyjärjestelmissä, joiden viljelykierto perustui yksivuotisten kasvien monipuoliseen vuorotteluun (4409 MJ /ha/vuosi). Vähiten energiapanoksia vaati yksi- ja monivuotisten kasvien monipuolisen viljelykierron luomuviljely (1806 MJ/ha/vuosi).
Tuotettu energiamäärä oli suurin korkeiden tuotantopanosten viljelyssä ja noin 4 % pienempi vähennettyjen tuotantopanosten viljelyssä. Luomuviljelyssä tuotetun energian määrä oli 37 % alempi, mikä johtuu luomuviljelyn alemmista satotasoista. Viljelykierroista korkein keskimääräinen tuotettu energiamäärä oli yksi- ja monivuotisten kasvien viljelykierroissa, noin 5 % pienempi yksivuotisten kasvien monipuolisessa vuorottelussa ja 20 % pienempi yksipuolisissa viljelykierroissa. Siten eniten energiaa tuottivat korkeiden ja vähennettyjen tuotantopanosten viljelyjärjestelmät, joissa käytettiin monipuolisia viljelykiertoja (27 688 MJ/ha/vuosi). Luomuviljelyssä korkein energiatuotos saatiin yksi- ja monivuotisten kasvien vuorottelulla (20 768 MJ/ha/vuosi).
Kaikkien viljelyjärjestelmien energiantuotanto ja energiankulutus vaihtelivat suuresti eri vuosina riippuen kasvukauden sademääristä ja lämpötiloista. Suotuisat kasvuolosuhteet tuottivat suurempia satoja, mikä kasvatti energiantuotannon lisäksi myös energiankulutusta mm. sadonkorjuussa, kuljetuksessa ja varastoinnissa. Eri kasvuolosuhteiden vaikutuksen voimakkuus vaihteli eri viljelyjärjestelmissä; esimerkiksi poikkeuksellisen kuivana kasvukautena luomuviljelyn energiatuotos laski huomattavasti muita viljelyjärjestelmiä enemmän.
Energian käytön tehokkuutta mitattiin sekä viljelyjärjestelmien tuottaman nettoenergian määrällä että tuotetun energian ja energiapanoksen suhdeluvulla.
Tuotetun nettoenergian (tuotettu energia – energiapanos) määrä oli suurin korkeiden ja vähennettyjen tuotantopanosten viljelyjärjestelmissä (22 294 MJ/ha/vuosi) ja matalin luomuviljelyjärjestelmissä (34 % vähemmän). Viljelykierroista korkein nettoenergian tuotanto oli monivuotisten kasvien vuorotteluissa (22 108 MJ/ha/vuosi), 9 % pienempi yksivuotisten kasvien vuorottelussa ja 23 % pienempi yksipuolisissa viljelykierroissa.
Energiankäytön tehokkuus eli tuotetun energian ja energiapanoksen suhde (tuotetun viljan ja rehun energiasisältö panostettua energiayksikköä kohti) oli korkein luomuviljelyssä. Vaikka satotaso ja energiatuotos on luomutuotannossa muita tuotantotapoja matalampi, myös tarvittava energiapanos on suhteessa alhaisempi, mikä johtaa korkeaan energian käytön tehokkuuden suhdelukuun. Luomuviljely tuotti 8,8 yksikköä ravintoenergiaa jokaista sadon tuottamista varten käytettyä energiayksikköä kohti. Tavanomaisessa ja vähennettyjen tuotantopanosten viljelyssä käytetty energiayksikkö tuotti keskimäärin 7,1 yksikköä ravintoenergiaa.
Molemmat energiakäytön tehokkuuden mittarit olivat korkeimpia monivuotisten kasvien viljelykierroissa ja matalampia yksivuotisten kasvien yksi- ja monipuolisissa vuorotteluissa. Tämä heijastaa sitä, että rehukasveilla koko maanpinnan yläpuolinen biomassa laskettiin energiatuotannoksi kun taas viljan viljelyssä vain jyvät laskettiin. Siten luomutuotannon monivuotisten kasvien viljelykierto oli yleensä energiatehokkain viljelyjärjestelmä, kun taas vähennettyjen tuotantopanosten viljelyn yksivuotisten kasvien viljelykierrot sijoittuivat alimmaksi energian käytön tehokkuudessa.
Maataloustuotanto on riippuvainen suurista uusiutumattoman energian tuotantopanoksista, jotka liittyvät lannoitteiden, torjunta-aineiden sekä koneiden käyttöön. Viljelyjärjestelmien energiatehokkuuden merkitys kasvaa energian hinnan noustessa ja fossiilisten polttoaineiden varastojen vähentyessä. Toisaalta myös maailman väestön kasvu asettaa vaatimuksia elintarviketuotannon tehokkuudelle.
Tutkimuksen perusteella luomutuotanto on tehokas keino vähentää riippuvuutta uusiutumattomasta energiasta ja myös tehostaa viljelyn energiankäytön tehokkuutta. Toisaalta luomuviljely vaatii tavanomaisia tuotantotapoja huomattavasti enemmän viljelyalaa saman energiamäärän tuottamiseksi ihmisten tai eläinten ravinnoksi. Suositeltava viljelyjärjestelmä riippuukin siitä, mitä näkökulmaa korostetaan.
Luomuviljely on ylivoimainen vaihtoehto, jos ensisijaisena tavoitteena on uusiutumattoman energian käytön vähentäminen. Jos tärkein kriteeri on energiankäytön tehokkuus (kulutettua energiayksikköä kohti tuotetun energian määrä), paras vaihtoehto on luomuviljely, jonka viljelykierrossa vuorottelevat yksivuotiset kasvit ja monivuotiset nurmirehut.
Jos taas tuottajien ensisijaisena tavoitteena on kasvattaa energian nettotuotantoa pinta-alayksikköä kohti, on suosittava sellaisia tavanomaisia korkeiden tai vähennettyjen tuotantopanosten viljelyjärjestelmiä, joiden viljelykierto perustuu joko yksivuotisten tai yksi- ja monivuotisten viljelykasvien monipuoliseen vuorotteluun. Tämä ravinnontuotannon maksimointitavoitteen merkitys voi korostua, kun halutaan turvata maailman kasvavan väestön ruokatarpeet. Tutkimuksen mukaan siirtyminen korkeiden tuotantopanosten tavanomaisesta viljelystä vähennettyjen panosten viljelyyn vaikutti tuotetun energian nettomäärään ja energiatehokkuuteen erittäin vähän eli pelkkä tuotantopanosten vähentäminen ei juurikaan parantanut energiankäytön tehokkuutta eikä riippuvuutta uusiutumattomasta energiasta.
Tulevaisuuden haasteena onkin löytää keinoja luomuviljelyn satotasojen nostamiseen. Näin voitaisiin saavuttaa riittävä ruokatuotannon taso pienemmillä energiapanoksilla ympäristötekijät huomioonottaen. Joillakin viljelyalueilla luomuviljelyn satotasot ovat lähestyneet tavanomaisia ja jatkotutkimusta tarvitaan mm. erilaisten kasvuolosuhteiden vaikutuksesta viljelyjärjestelmien energiatehokkuuteen eri puolilla maailmaa.
Mikko Salmu
18.5.2011