K a n s a n t a l o u d e l l i n e n a i k a k a u s k i r j a – 1 1 6 . v s k . – 4 / 2 0 2 0
677
Kirjoitus perustuu Helsingin yliopistossa 16.10.2020 tarkastettuun väitöskirjaan Essays on the Socially Optimal Management of Nutrients in Crop Production in a Boreal Agroecosystem: A Long-Term Perspective. Vastaväittäjänä toimi professori Dayton Lambert (Oklahoma State University) ja kustoksena professori Kari Hyytiäinen Helsingin yliopistosta. Matti Sihvonen (matti.sihvonen@helsinki.fi) on yliopisto-opettaja HY:n maatalous-metstätieteellisen tiedekunnan taloustieteen osastolla.
Yhteiskunnallisesti optimaalinen ravinteiden käyttö viljantuotannossa
Matti Sihvonen
G
lobaalit ruoantuotantojärjestelmämme ovat merkittävien haasteiden edessä. Ennustettu väestön kasvu, ja odotetut, tulostason noususta johtuvat muutokset ruokavalioissa, tarkoittavat että ruoantuotannon pitäisi kaksinkertaistua vuoteen 2050 mennessä. Aiemmin kasvavan väestön ruoan kysyntään on vastattu lisäämällä kemiallisten lannoitteiden käyttöä. Tästä huo- limatta maatalousmaiden kyky tuottaa kasveja on heikentynyt useilla pelloilla. Maaperän ra- vinteikkuuden köyhtyminen on merkittävä glo- baali haaste maataloudelle. Jos maaperän ra- vinteikkuuden laskevaa trendiä ei saada kään- nettyä, menetämme ruoantuotannon perustana toimivan luonnonvaran. Täten pitkän aikavälin perspektiivi, sekä maaperän ravinne- ja hiilidy- namiikka, ovat oleellisia pohtiessamme ratkai-suja kestävän maatalouden edistämiseksi. Lan- noitteilla on myös merkittäviä paikallisia ja globaaleja ympäristövaikutuksia, jos ne joutu- vat pelloilta ympäröiviin vesistöihin ja ilmake- hään. Maailmanlaajuisesti maatalous on mer- kittävin typpi- ja fosforihuuhtouman lähde vesistöihin, ja maataloussektori on yksi maail- man merkittävimpiä ihmisperäisten kasvihuo- nekaasupäästöjen (KHK-päästöjen) lähteitä.
Toisaalta sopivien tuotantotapojen muutosten avulla maatalous voi myös mahdollisesti eh- käistä ilmastonmuutosta.
Väitöskirjassani tarkastelen näitä maatalou- den tyypillisiä haasteita. Keskityn tarkastelus- sani viljanviljelyyn Suomessa, jossa tuotanto- olot vastaavat tyypillisiä boreaalisen agro- ekosysteemin oloja. Väitöskirjan päätavoite on
678
KAK 4/2020
kasvattaa tietämystä yhteiskunnallisesti opti- maalisesta ravinteiden käytöstä viljantuotan- nossa. Yhteiskunnallinen optimaalisuus tar- koittaa tässä sitä, että yritämme määrittää ta- poja käyttää lannoitteita siten, että viljantuo- tannon pitkän aikavälin taloudelliset tuotot maksimoidaan, ja samalla tuotannon ulkoisvai- kutukset minimoidaan. Väitöskirjan artikkelit tarkastelevat lannoitteiden käytön kestävyyttä erilaisista näkökulmista. Kaikissa artikkeleissa tarkastelun aikahorisontti on pitkä, minkä ta- kia tulokset on johdettu dynaamisen optimoin- nin avulla.
Aloitimme tilanteesta, jossa ulkoisvaiku- tuksia ei huomioida. Ensimmäisessä artikkelis- sa hyödynsimme laajoja, typpi- ja fosforilannoi- tuskokeita kuvaavia aineistoja estimoidaksem- me ja validoidaksemme epälineaarisia satovas- temalleja. Tarkastelimme mallien avulla, kuin- ka maaperän fosforidynamiikka ja maaperä- tyyppi vaikuttavat optimaalisiin typpi- ja fos- foritasoihin pitkällä aikavälillä. Artikkelin kontribuutio on uudenlainen malli, ja mallin- nustapa, jossa hyödynnetään erillisiä aineistoja johtamaan satovastemalli, jossa muuttujina ovat sekä typpi- että fosforilannoite ja maape- rän fosfori. Malli soveltui hyvin lannoitepanos- ten dynaamiseen optimointiin.
Toisessa artikkelissa laajensimme tarkaste- lua lisäämällä vesitöihin ja ilmaan kohdistuvat ulkoisvaikutukset, sekä maaperän typen dyna- miikan. Keskityimme tarkastelussa optimaali- siin maatalouden ympäristöpolitiikan instru- mentteihin. Tarkastelimme yhteiskunnallisia hyvinvointitappioita, jotka aiheutuvat erilaisten epäoptimaalisten vero-tukikehikoiden käytös- tä. Työn kontribuutio on se, että mallissa huo- miodaan maaperän typpi- sekä fosforidyna- miikka. Vaikka näiden ravinteiden perustavan- laatuinen merkitys sadon kannalta on tiedetty
jo pitkään, ei niitä molempia ole sisällytetty dynaamisiin optimointimalleihin aiemmin.
Kolmannessa artikkelissa lisäsimme analyysiin maan hiilidynamiikan sekä kasvihuonekaasu- jen päästöt. Esittelimme mallin, jonka avulla voidaan tarkastella maaperän typpi- ja hiilidy- namiikan sekä vesistö- ja ilmastopäästöjen vai- kutusta optimaaliseen lannoitukseen. Malli perustui laajaan simuloituun aineistoon, jonka pohjalta muodostettiin useasta yhtälöstä koos- tuva dynaamiseen optimointiin soveltuva sys- teemimalli. Tarkastelimme mallin avulla min- kälaisia synergioita ja ristiriitoja erilaisten maa- talouden tavoitteiden välillä esiintyy, sekä min- kälaisia yhteiskunnallisia kustannuksia seuraa kun jättää huomioimatta tuotannon ulkoisvai- kutukset osittain tai kokonaan. Vastaavasti tar- kastelimme yksityisiä kustannuksia, jotka seu- raavat ulkoisvaikutusten huomioimisesta vuo- tuissa lannoituspäätöksissä.
Väitöskirjan teoreettinen pohja on ympäris- tö- ja luonnonvarataloustieteessä. Täten artik- kelit keskittyvät yksityisen ja yhteiskunnallisen optimin eroihin. Yksityisen optimin johtami- nen alkaa tavoitefunktiosta, joka ei sisällä tuo- tannon ulkoisvaikutuksia. Yhteiskunnallinen tavoitefunktio puolestaan sisältää ulkoisvaiku- tukset. Toisessa artikkelissa keskityimme yksi- tyisen ja yhteiskunnallisen optimin eron lisäk- si johtamaan politiikkainstrumenttia, jonka avulla yksityiset tuotantopanospäätökset saa- daan yhtäläisiksi yhteiskunnan kannalta opti- maalisten tuotantopanospäätösten kanssa. Joh- dettu instrumentti oli suhteellisen monimut- kainen, ja siksi tarkastelimme myös yksinker- taisempia instrumentteja, jotka kuitenkaan eivät johda täysin yhteiskunnallista optimia vastaavaan tilanteeseen. Yhteiskunnalliset hy- vinvointitappiot saadaan optimaalisen ja epä- optimaalisen politiikan avulla saatujen yhteis-
679 M a t t i S i h v o n e n
kunnallisten nettonykyarvojen erotuksena.
Kolmannessa artikkelissa keskityimme erilai- siin tavoitefunktioihin, joissa huomioidaan joko kaikki ulkoisvaikutukset (yhteiskunnalli- nen optimi), tai osittaiset ulkoisvaikutukset (epätäydellinen yhteiskunnallinen optimi), tai jätetään ulkoisvaikutukset huomioimatta koko- naan (yksityinen optimi). Tässä tapauksessa yhteiskunnalliset hyvinvointitappiot saadaan yhteiskunnallisen optimin ja epätäydellisen sekä yksityisen optimin välisenä erotuksena.
Saamiemme tulosten valossa voimme tode- ta, että maaperän ravinnedynamiikalla on suu- ri merkitys optimaalisen ravinteiden käytön kannalta. Maaperän fosforivaranto vaikutti merkittävästi yhteiskunnallisesti ja yksityisesti optimaalisiin typen ja fosforin vuotuisiin lan- noituspäätöksiin. Sen sijaan maaperän typpiva- rannon vaikutus oli suhteellisen vähäinen.
Maaperän hiilivaranto vaikutti enemmän tuo- tannon ulkoisvaikutuksiin kuin vuosittaisiin lannoituspäätöksiin. Lisäksi teoreettiset ja em- piiriset tulokset osoittivat, että jos hyödyt sa- dosta saatavista tuotoista ylittävät maaperän ravinnevarannoista johtuvat ulkoisvaikutukset, yhteiskunnallinen nettonykyarvo on maaperän ravinnevarannon nouseva funktio. Tämä tar- koittaa, että korkea ravinnevaranto ei ole auto- maattisesti huono asia.
Politiikkainstrumenttia koskeva analyysim- me osoitti, että dynaaminen vero-tukikehikko, joka mukautuu vuosittain maaperän ravinneva- rantojen muuttuessa, ja joka huomioi maaperä- tyypin, johtaa yhteiskunnalliseen optimiin.
Lisäksi yhtäaikainen typen ja fosforin opti- mointi mahdollisti yksinkertaisimman, staattis- ten ja maaperätyypin sivuuttavan vero-tukike- hikon käytön ilman mainittavia hyvinvointitap- pioita. Jos kipsin käyttöä tuettaisiin korkean fosforiluvun mailla, tämän kaltainen yksinker-
tainen vero-tuki-instrumentti ei aiheuttaisi käy- tännössä laisinkaan hyvinvointitappioita. Mi- käli kohdealue kuitenkin koostuu maista, joilla on huomattavan korkeat ravinnevarannot ja vallitseva maaperätyyppi pidättää hyvin ravin- teita, voi staattisesta ja maaperätyypin sivuutta- vasta politiikkainstrumentista seurata merkit- tävät yhteiskunnalliset hyvinvointitappiot.
Tuloksemme osoittivat myös, että hiilensi- donta maatalousmaille karjanlannan avulla voisi johtaa laskevaan yhteiskunnalliseen hy- vinvointiin mailla, joissa päästöt vesistöihin ja ilmakehään ovat suuret. Tästä huolimatta kar- janlannan ja epäorgaanisen lannoitteen yhtä- aikainen käyttö oli parempi vaihtoehto kuin vain toisen ravinnelähteen käyttö yksinään.
Voimme täten todeta, että karjanlanta on hyvä sadon kannalta, mutta se ei ole ratkaisu maata- louden kasvihuonekaasujen päästöongelmaan.
Tulokset osoittivat lisäksi, että ilmastonmuu- toksen torjumisen ja vesiensuojelun välillä on synergioita, kun taas päästöjen vähentämisen ja ruoantuotannon tavoitteiden välillä on risti- riitoja. Lisäksi hiilen sidonnan ja vesiensuoje- lun tavoitteiden välillä oli ristiriitoja. Kolmas artikkeli osoitti myös, että jos maaperä on huo- mattava KHK-päästöjen lähde ja suhteellisen merkityksetön vesistöpäästöjen lähde, ilmake- hään kohdistuvat ulkoisvaikutukset dominoi- vat vesistöihin kohdistuvia ulkoisvaikutuksia, jopa suhteellisen matalilla hiilen hinnan esti- maateilla.
Voimme esittää joitakin politiikkasuosituk- sia tulosten valossa.
Ensinnäkin, jos maatalouden ympäristövai- kutusten vähentämiseen tähtääviä toimenpitei- tä voidaan kohdentaa alueellisesti, maaperä- tyypin pitäisi olla yksi kohdentamisen peruste.
Toiseksi, Suomen maatalouden vapaaehtoi- sen ympäristötukijärjestelmän määrittämät,
680
KAK 4/2020
maaperän fosforivarannot huomioivat lannoi- tuspanosten ylärajat vaikuttavat järkeviltä ta- loudellisesta/agronomisesta perspektiivistä tarkasteltuna, jos tuotannon ulkoisvaikutuksia ei huomioida. Jos tukijärjestelmän määrittä- millä lannoituksen ylärajoilla tähdätään ympä- ristötavoitteiden saavuttamiseen, rajojen pitäi- si olla alhaisemmat, jolloin viljelijän pitäisi saada kompensaatiota alentuneista sadoista johtuvista taloudellisista tappioista. Toisaalta jos ylärajat pidetään nykyisellä tasollaan, kom- pensaatio ei ole perusteltua, koska taloudelli- set tappiot ovat lähes olemattomat.
Kolmanneksi, tällä hetkellä on tarpeeksi tietoa, jotta voidaan kehittää vero-tukikehikoi- ta, jotka huomioivat maaperän fosforivarannon ja maaperätyypin. Yhteiskunnallisen optimin saavuttamiseksi pitäisi kerätä tietoa myös maa- perän typpitasoista. Joka tapauksessa, dynaa- misen, vuosittain muuttuvan vero-tuki-instru- mentin hallinnolliset kustannukset voisivat olla merkittävät. Tämän kaltaisen politiik- kainstrumentin johtaminen on silti hyödyllistä, koska sen avulla voidaan johtaa yksinkertai-
sempia staattisia politiikkainstrumentteja, ja arvioida niistä aiheutuvien yhteiskunnallisten tappioiden suuruutta.
Neljänneksi, ilmastonmuutoksen lieventä- minen on tärkeä tavoite maataloudelle, mutta myös vesistöihin kohdistuvat ulkoisvaikutukset pitäisi huomioida, koska niiden sivuuttaminen voi johtaa merkittäviin yhteiskunnallisiin tap- pioihin.
Väitöskirjan artikkelit pyrkivät tarjoamaan joitakin vastauksia maatalouden suuriin haas- teisiin. Väitöskirja keskittyi erityisesti ravintei- den käyttöön, koska optimaalista ravinteiden käyttöä on usein pidetty keskeisenä lähtökoh- tana siirtymässä kohti kestävää maataloutta.
Väitöskirjan tärkein kontribuutio on läpinäky- vä teoreettinen ja empiirinen mallinnuksen viitekehys, jonka avulla voidaan analysoida maaperän ravinteiden ja hiilen dynamiikan, sekä tuotannon ulkoisvaikutusten vaikutusta yhteiskunnan kannalta optimaaliseen ravintei- den käyttöön viljantuotannossa. Tätä viiteke- hystä voidaan laajentaa monella tapaa erilais- ten ongelmien tarkasteluun. □
