Monikäyttöiset palkokasvit: valkuaista, viherlannoitusta ja maanparannusta

06.07.2018 // Tekstit: Heli Lehtinen, Pentti Seuri, Sari Himanen, Meri Saarnia, Riitta Savikko / Kuvat: Riitta Savikko, Meri Saarnia

Palkokasvien viljelyllä voidaan saavuttaa monenlaisia hyötyjä. Typensidonnan lisäksi palkokasvit tuottavat runsaasti valkuaista, jota voidaan käyttää monipuolisesti joko ihmisten ravintona tai eläinten rehuna. Kasviperäiset valkuaiset ovat lisänneet suosiotaan ihmisten ravitsemuksessa ja satoa tuottavien kotimaisten palkoviljojen käyttö lisääkin valkuaisomavaraisuutta. Viljelykierrossa palkokasveilla on hyvä esikasvivaikutus ja ne vähentävät seuraavan kasvin typpilannoitustarvetta. Monivuotiset palkokasvinurmet tuottavat typpeä ja tämän lisäksi ne parantavat maan rakennetta sekä lisäävät maan humuspitoisuutta. Palkokasveiksi nimitetään kasveja, joiden siemenet kehittyvät paloissa ja jotka tyypillisesti kuuluvat hernekasvien heimoon. Palkokasvit kykenevät juuristossaan elävien bakteerien avulla biologiseen typensidontaan eli ottamaan ilmasta tarvitsemaansa typpeä.

Palkokasveilla ilmastohyötyjä ja tehokasta viherlannoitusta

Typpi on yksi tärkeimmistä kasvinravinteista. Typen valmistamiseen väkilannoitteeksi tarvitaan runsaasti energiaa: yhden typpikilon valmistukseen sitä kuluu reilun öljykilon verran (öljykilo = 40 MJ; typpikilon valmistukseen tarvitaan lannoitetyypistä riippuen 41-51 MJ) (Mikkola ym. 2016). Lannoitetypen valmistuksesta ja käytöstä aiheutuu myös kasvihuonekaasupäästöjä. Yhdestä kasvien käytön sijaan ilmakehään haihtuneesta typpikilosta syntyy noin nelinkertainen määrä kasvihuonekaasupäästöjä (9 – 11 kg hiilidioksidiekvivalenttia), verrattuna yhden öljykilon polttamisesta syntyvään määrään (2,7 kg hiilidioksidiekvivalenttia) (Mikkola ym. 2016). Tämä johtuu siitä, että typpi vapautuu paljolti dityppioksidina ilmakehään, tämä ilokaasuksikin kutsuttu yhdiste on hiilidioksidia haitallisempi kasvihuonekaasu.  Mikäli teollisesti tuotettua typpilannoitusta korvataan viljelyssä onnistuneesti biologisella typensidonnalla, voitaisiin samanaikaisesti säästää energiaa ja vähentää kasvihuonekaasupäästöjä.

Onkin esitetty, että Suomen maataloudessa olisi mahdollista hyödyntää biologista typensidontaa merkittävästi enemmän kuin nykyään. Vuonna 2013 julkaistun raportin ”Biologinen typensidonta fossiilisen energian säästäjänä” mukaan nurmipalkokasvien käyttö rehuntuotannossa, viherlannoituksen ja aluskasvien hyödyntäminen typen tuottamisessa sekä palkokasviviljojen täysimittainen viljely voivat vähentää väkilannoitetypen käyttöä 60 % nykyisestä (Känkänen ym. 2013). Tällöin fossiilista energiaa säästyisi, koneketjujen energiankulutus mukaan lukien, noin 3700 terajoulea (TJ) vuodessa. Vastaavasti vuonna 2010 käytettiin yhtä suuri energiamäärä polttoöljynä lämmitykseen ja viljankuivaukseen.

Palkokasvien avulla kestävää tuotantoa voidaan tehostaa, sillä ne eivät tarvitse typpilannoitusta vaan jättävät maaperään typpeä seuraavan viljelykasvin käytettäväksi. Karkea arvio peltomaahan jäävästä biologisen typensidonnan määrästä on noin 50 kg typpeä palkokasvin maanpäällistä satona korjattua kuiva-ainetonnia kohti. Palkokasvien kokonaistyppisisällöstä arvioidaan sijaitsevan juuristossa sekä maanpäällisissä satotähteissä noin puolet. Voimakaskasvuisimmat palkokasvit tuotavat yli 4 t/ha maanpäällistä biomassaa kasvukaudessa, jolloin lannoitteeksi maahan jäävä typpimäärä voi ylittää 200 kg/ha.

Ympäristöolot vaikuttavat typensidontaan

Typpibakteerien ja kasvien biologinen typensidonta voi alkaa, kun ympäristöolot ovat suotuisat. Maan runsas ravinnepitoisuus rajoittaa typensidonnan käynnistymistä. Palkokasvit ottavat ensisijaisesti typpeä maasta, jos sitä on liukoisessa muodossa tarjolla: maan korkea typpipitoisuus vähentää ja vastaavasti alhainen määrä lisää typensidontaa.

Palkokasvien typensidonnan edellytys on, että maan lämpötila on vähintään + 7 °C. Lämpötilan ollessa välillä + 15 - +25 °C typensidonta on tehokkaimmillaan. Maan liiallinen happamuus heikentää typensitojabakteerien kasvua. Kivennäismailla maan pH-arvon tulisi olla vähintään 6 ja eloperäisillä mailla vähintään 5,5. Maan liiallinen kosteus sekä kuivuus vähentävät typensidontaa heikentämällä kasvin kykyä siirtää energiaa bakteereille. Typensidonta on tehokkainta silloin, kun pellon peruskunto on hyvä ja vesitalous toimiva.

Palkokasveilla valkuaista 

Palkokasvit tuottavat ottamastaan typestä valkuaisaineita eli aminohappoja. Korsiviljoihin verrattuna palkokasvien valkuaispitoisuus on noin kaksinkertainen, eikä pitoisuus rajoitu ainoastaan siemeniin, vaan tyypillisesti myös muu maanpäällinen biomassa sekä juuristobiomassa sisältävät paljon valkuaista. Siementen ja tuleentumattoman biomassan kuiva-aineesta raakavalkuaisen osuus on tyypillisesti 18 – 25 prosenttia ja tuleentuneessa biomassassa noin puolet tästä. Verrattuna ei-palkokasveihin vain rypsin ja rapsin siementen valkuaispitoisuus yltää samaan luokkaan kuin palkokasveilla. Useimmiten öljykasvien siemensato on kuitenkin pienempi kuin palkokasvien. Lisäksi öljykasvit tarvitsevat noin 100 kg/ha typpilannoitusta, kun taas palkokasvien valkuaissato on mahdollista tuottaa ilman typpilannoitusta.

Palkokasvit seoskasvustoissa

Palkokasveja viljellään usein seoksissa. Niiden lisääminen esimerkiksi viljan kumppaniksi vähentää typpilannoitustarvetta, tuo rehuvalkuaista ja tekee hyvää maan rakenteelle. Kasvuston perustamisvaiheessa palkokasvit ovat melko hitaasti kehittyviä ja kilpailevat rikkoja vastaan heikosti, jolloin nopeakasvuisempi seoskumppani, kuten vilja, helpottaa rikkojen hallinnassa. Vilja seoskasvina helpottaa myös rentovartisten palkoviljojen (herne) pystyssä pysymistä ja varmistaa tasaisen tuleentumisen ja helpottaa puintia. Nurmiseoksissa ja aluskasveina voidaan hyödyntää palkokasveista eri apila- ja mailaslajeja. Viherlannoitukseen sopivat lisäksi mm. rehu- ja ruisvirna sekä makealupiinit. Käytettäessä kemiallista rikkakasvintorjuntaa palkokasvit saattavat hankaloittaa sopivan valmisteen valintaa. On myös huomioitava, että monilla palkokasveilla on yhteisiä kasvitauteja ja –tuholaisia, joten viljelykiertoa tarvitaan myös palkokasvien kanssa.

 

Palkokasvit tärkeitä myös globaalista näkökulmasta

Ihmisen toiminta on lisännyt reaktiivisen typen määrää globaalissa typen kierrossa niin typpilannoitteiden valmistuksen, palkokasvien laajemman viljelyn kuin fossiilisten polttoaineiden käytössä vapautuvien typpioksidien kautta. Yhteensä nämä tuottavat enemmän typpeä (210 teragrammaa (Tg) vuodessa) globaaliin typen kiertoon kuin luontaiset prosessit (203 Tg vuodessa) (Fowler ym. 2013). Näistä palkokasvien typpi muodostuu kuitenkin fotosynteesin energialla ja palkokasvien lisääminen viljelykiertoihin voi mahdollistaa yhtäaikaisesti myös biologisesti tuotetun hiilen sidontaa maaperään. Riippumatta typen lähteestä, on tärkeää minimoida typen hävikit ympäristöön, niin vesistöihin kuin ilmakehään.

Viljelymailla biologisen typensidonnan on arvioitu globaalisti kattavan noin 13 % kokonaistyppilannoituksesta (Anglade ym. 2015). Herridge ym. (2008) arvioivat viljelykasveista soijapavun sitovan globaalisti vuosittain noin 16.4 Tg typpeä, palkoviljojen noin 2.95 Tg ja nurmipalkokasvien noin 12-25 Tg. Arvioitaessa palkokasvien kokonaismerkitystä viljelyn typpitaloudelle tulisi ajatella paitsi lyhyen aikavälin tuottavuutta ja markkinoita niin myös pitkän aikavälin vaikutuksia viljelyn resurssitehokkuudelle, maaperälle ja viljelyjärjestelmän kestävyydelle. 

 

Artikkeli on tuotettu Ilmastoviisaita ratkaisuja maaseudulle –tiedonvälityshankkeessa.
Lisäinfoa www.ilmastoviisas.fi

Kirjallisuutta

Anglade J, Billen G & Garnier J (2015) Relationships for estimating N2 fixation in legumes: incidence for N balance of legume-based cropping systems in Europe. Ecosphere 6: 1-24.

Fowler D ym. (2013) The global nitrogen cycle in the twenty-first century. Philosophical Transactions of the Royal Society B 368: 20130164.

Herridge DF, Peoples MB & Boddey RM (2008) Global inputs of biological nitrogen fixation in agricultural systems. Plant and Soil 311: 1-18.

Känkänen, Hannu, Suokannas, Antti, Tiilikkala, Kari, Nykänen, Arja 2013. Biologinen typensidonta fossiilisen energian säästäjänä. MTT Raportti 76. saatavilla verkossa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-487-444-1

Mikkola, Hannu, Stoddard, Frederick Seppänen, Mervi, Jaakkola, Seija, Sipiläinen, Timo, Lindström, Kristina & Pyykkönen, Perttu 2016. Kestävä tehostaminen maatalouden haasteena – Keste-hankkeen esittely. Esitelmätiivistelmä Maataloustieteen päivillä. saatavilla verkossa http://www.smts.fi/sites/smts.fi/files/MAATALOUSTIETEEN_ABSTRAKTIKIRJA2016.pdf, sivu 105.

ProAgria. Hyödynnä biologinen typensidonta. Luomublogi 2.5.2016. saatavilla verkossa https://www.proagria.fi/blogit/luomublogi/2016/05/02/hyodynna-biologinen-typensidonta

Seuri, Pentti & Saarnia, Meri 2016. Palkokasveista on moneksi: valkuaista, viherlannoitusta, maanparannusta. Tietokortti. saatavilla verkossa. http://www.ilmase.fi/site/tietopaketit/palkokasveista-on-moneksi-valkuaista-viherlannoitusta-maanparannusta/

Sipilä, Anna 2006. Biologinen typensidonta. Nurmitieto 2.2.4. Suomen Nurmiyhdistyksen ja MTT:n julkaisusarja. Julkaisupäivä: 31.5.2006. saatavilla verkossa http://www.nurmiyhdistys.fi/Nurmitieto/NT_2-2-4.pdf

Vitousek PM, Menge DNL, Reed SC & Cleveland CC (2013) Biological nitrogen fixation: rates, patterns and ecological controls in terrestrial systems. Philosophical Transactions of the Royal Society B 368: 20130119.

Biologinen typensidonta

Biologinen typensidonta on prosessi, jossa kasvien juuret toimivat yhteistyössä ilmakehän typpikaasuja (N2) sitovien maaperäbakteerien kanssa. Kasvin ja bakteerin yhteistoiminnasta syntyy juurinystyröitä, joiden kautta kasvi antaa yhteyttämisessä syntynyttä energiaa bakteereille, jotka puolestaan luovuttavat ammoniumioneiksi (NH4+) muuttamaansa typpeä kasvin valkuaisaineiden rakentamiseen.

Tietyt luontaisesti esiintyvät kasvi- ja puulajit sekä viljellyt palkokasvit kykenevät näiden juuristossaan elävien bakteerien avulla ottamaan ilmasta kasvuunsa tarvitsemaa typpeä.

Typpibakteerit ovat pääsääntöisesti erikoistuneet nystyröimään tietyissä isäntäkasveissa. Suomessa viljellyt palkokasvit muodostavat symbioosin Rhizobium – bakteerien kanssa. Aktiivisessa typensidontavaiheessa nystyrät ovat sisältä väriltään punertavia. Rhizobium-suvun bakteerit sitovat typpeä vain eläessään sopivan isäntäkasvin juuristossa.

Palkoviljojen siemenet voidaan ympätä tehokkaaseen typensidontaan kykenevillä bakteereilla, jos lohkon luontainen typpibakteerikanta ei ole riittävä. Bakteerikannan vakiinnuttua myöhemmillä viljelykierroilla ymppääminen ei enää nosta satotasoja.

Typensidonnan määrää voidaan arvioida karkealla tasolla tarkastelemalla juuristossa näkyviä nystyröitä sekä niiden kokoa ja väriä. Määrälliseen arviointiin on kehitetty useita menetelmiä: yksinkertaisimmillaan voidaan vertailla palkokasvin ja muun vastaavissa oloissa kasvaneen viljelykasvin typpipitoisuuden eroja tai mitata luontaisesti esiintyvän typen isotoopin 15N määrää. 

Uusin lehti

Lue verkkolehti

Luetuimmat artikkelit

Lisää luetuimpia artikkeleita