Jätevesilietteen pitkäkestoinen fosforilannoitusvaikutus ja yhteys ympäristö‐ ja ruokaturvallisuuteen : Jätevesilietteen potentiaali kasvintuotannossa ja vaikutukset ympäristöön ja elintarviketurvallisuuteen (PProduct) ‐hankkeen loppuraportti
Ylivainio, Kari; Äystö, Lauri; Fjäder, Päivi; Suominen, Kimmo; Lehti, Alma; Perkola, Noora; Ranta, Jukka; Meriläinen, Päivi; Välttilä, Ville; Turtola, Eila (2020)
Julkaisusarja
Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus
Numero
55/2020
Sivut
120 s.
Luonnonvarakeskus
2020
© Luonnonvarakeskus
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-380-018-2
http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-380-018-2
Tiivistelmä
Kiertotalouden tavoitteiden mukaisessa elintarviketuotannossa on olennaista, että ravinnerikkaat sivuvirrat hyödynnetään mahdollisimman tarkoin lannoitteina. Merkittävimmät ravinnerikkaat sivuvirrat ovat kotieläintuotannossa muodostuva lanta sekä jätevedenpuhdistuksessa muodostuva jätevesiliete. Ravinteista erityisesti fosforin kierrätys on keskeistä, koska fosfori on hupeneva luonnonvara ja se on asetettu myös EU:ssa kriittisten materiaalien listalle. Kotieläinten lantaan verraten jätevesilietteen fosforista palautuu ravinnontuotantoon ja lannoitteeksi huomattavasti pienempi osuus ja jätevesilietteen ravinteiden hyödyntäminen on puutteellista. Yhtenä syynä tähän on epätietoisuus jätevesilietteen sisältämien ravinteiden, erityisesti fosforin, lannoitusarvosta. Toinen jätevesilietteen käyttöä rajoittava tekijä on epäilty raskasmetallien ja orgaanisten haitta-aineiden siirtyminen elintarvikkeisiin ja myös vaikutukset ympäristöön.
Maa- ja metsätalousministeriön, useiden jätevedenpuhdistamoiden, yksityisten yritysten sekä vesilaitosyhdistyksen rahoittamassa hankkeessa ”Jätevesilietefosforin potentiaali kasvintuotannossa ja vaikutukset ympäristöön ja elintarviketurvallisuuteen (PProduct)” selvitettiin kasvatuskokeissa jätevesilietefosforin pitkäkestoista fosforilannoitusvaikutusta sekä raskasmetallien (Cd, Pb, Ni, As, Cr, Co) kerääntymistä ohraan ja raiheinään. Laajassa kartoituksessa selvitettiin myös PBDE-yhdisteiden esiintymistä eri puolilta Suomea kerätyissä jätevesilietenäytteissä. Kasvatuskokeilla tutkittiin orgaanisten haitta-aineiden (PBDE, lääkeaineet ja biosidit) mahdollista kerääntymistä kauraan ja raiheinään ja kokeen päätyttyä niiden pitoisuutta koemaassa. Elintarvikeriskinarvioinnissa selvitettiin puhdistamolietepohjaisten lannoitevalmisteiden yhden levityskerran aiheuttama laskennallinen PBDE-pitoisuuksien nousu viljelymaassa ja yhdisteiden laskennallinen kertyminen kauraan. Ympäristönriskinarvioinnissa selvitettiiin jätevesilietepohjaisten lannoitteiden vaikutusta orgaanisten haitta-aineiden (PAH, PFAA, PBDE, lääkeaineet ja biosidit) kertymiseen maaperään kahdella eri lisäystasolla (5 t ha-1 v-1 ja 20 tn ha-1 5v-1).
Fosforin pitkäkestoista lannoitusvaikutusta selvittävissä kasvatuskokeissa lannoitevalmisteet sisälsivät joko ainoastaan jätevesilietettä (HSY:n maanparannuskomposti, Stormossenin komposti, Kemicond, Biovakka Turku, pyrolysoitu HSY:n mädäte), jätevesilietettä yhdessä muiden orgaanisten sivuvirtojen kanssa (BioKymppi Oy: Peltokymppi A), jätevesilietteen tuhkaa (Endev Oy:n polttama jätevesiliete sekä tuhkat Puolasta ja Saksasta) tai sian lietelantaa ja teollisuuden biohajoavia sivutuotteita (Biovakka Vehmaa).
Kun koekasvina oli ohra, jätevesilietefosforin pidempikestoinen käyttökelpoisuus pysyi samalla tasolla välittömän eli ensimmäisen vuoden ohrasadolle määritetyn käyttökelpoisuuden kanssa. Kun koekasvina oli raiheinä, fosforin käyttökelpoisuus sen sijaan parani ensimmäisen kasvukauden edetessä ja edelleen seuraavilla kasvukausilla. Ohralle fosforin käyttökelpoisuus kolme kasvukautta kestäneessä kasvatuskokeessa oli 3–10 % ja raiheinälle (yhteensä 10 satoa) 17–38 % ainoastaan jätevesilietettä sisältäneille fosforilähteille ja parani jätevesilietteen osuuden laskiessa. Ohran heikompaan käyttökelpoisuuteen vaikutti osaltaan säätekijöiden aiheuttama ensimmäisen kasvukauden heikko sato. Pyrolysoidussa mädätteessä fosforin käyttökelpoisuus oli molemmilla koekasveilla alhainen. Pyrolysoitu mädäte myös alensi samaan aikaan lisätyn superfosfaatin käyttökelpoisuutta, toisin kuin kompostoitu mädäte.
Kompostoidun ja mädätetyn jätevesilietefosforin välitön käyttökelpoisuus riippui materiaalin (Fe+Al)/P -moolisuhteesta siten, että suhteen kasvaessa käyttökelpoisuus aleni. Pidempikestoisen käyttökelpoisuuden ennusti puolestaan hyvin DGT-menetelmällä määritetty fosforin liukoisuus koemaassa. Lannoitevalmistelain mukaiset uuttoliuokset (neutraali ammoniumsitraatti, 2 %:nen sitruunahappo ja 2 %:nen muurahaishappo) sen sijaan joko yli- tai aliarvioivat fosforin käyttökelpoisuuden.
Raskasmetallien biosaatavuus sekä ohralle että raiheinälle oli alhainen jätevesilietepohjaisista fosforilähteistä, sillä huolimatta väkilannoitefosforia (superfosfaatti) suuremmista raskasmetallipitoisuuksista kasveista mitatut pitoisuudet jäivät samalle tasolle kuin superfosfaattilisän seurauksena.
Mädätetyn jätevesilietteen pyrolysointi alensi lähes kaikkia tutkittavia orgaanisia haitta-ainepitoisuuksia. Ainoastaan kahden PAH-yhdisteen (bentso(ghi)peryleeni ja indeno(1,2,3-cd)pyreeni) sekä lääkeaineista parasetamolin pitoisuus kasvoi pyrolysoinnin seurauksena. Mädätetyn jätevesilietteen kompostointi alensi PAH-yhdisteiden, lääkejäämien ja biosidien pitoisuuksia, mutta kasvatti PFAA- ja PBDE-yhdisteiden pitoisuutta Metsäpirtin maanparannuskompostissa. Kompostoinnissa käytettyjen lisäaineiden aikaansaama laimeneminen saattaa selittää osittain kompostin pienempiä pitoisuuksia. Analysoiduista PBDE-kongeneereistä BDE-209 oli pitoisuudeltaan suurin, 87–99 % kaikkien kongeneerien summapitoisuudesta. Tutkittujen 19 jätevesilietepohjaisen lannoitevalmisteen PBDE-summapitoisuudet vaihtelivat välillä 4,65–712 µg kg-1 (yhdessä näytteessä 3 540 µg kg-1).
Jätevesilietepohjaiset lannoitevalmisteet kasvattivat kauran ja raiheinän PBDE-pitoisuuksia määritysrajan yläpuolelle ainoastaan muutamassa rinnakkaisessa näytteessä suurimmalla (300 t ha-1) lietepohjaisella lannoitelisäysmäärällä. Merkittävimmän BDE-209-kongeneerin biokertyvyys kauraan oli alle määritysrajan. Biokertyvyystekijän arviointi oli epävarmaa.
Ympäristönriskinarvioinnissa PAH-yhdisteille lasketut riskiosamäärät ylittivät kolmen yhdisteen kohdalla 0,1 riskitason (merkityksettömän alhainen riski), ollen korkeimmillaan 0,26. PFAA-yhdisteille samoin kuin BDE-209- ja BDE-99-kongeneereille riskiosamäärät olivat alle 0,1. Suurimpia riskiosamäärät olivat lääkeaineille ja biosideille, ja korkeimman riskiosamäärän saavutti triklosaani (68; korkea riski jos >10).
Maa- ja metsätalousministeriön, useiden jätevedenpuhdistamoiden, yksityisten yritysten sekä vesilaitosyhdistyksen rahoittamassa hankkeessa ”Jätevesilietefosforin potentiaali kasvintuotannossa ja vaikutukset ympäristöön ja elintarviketurvallisuuteen (PProduct)” selvitettiin kasvatuskokeissa jätevesilietefosforin pitkäkestoista fosforilannoitusvaikutusta sekä raskasmetallien (Cd, Pb, Ni, As, Cr, Co) kerääntymistä ohraan ja raiheinään. Laajassa kartoituksessa selvitettiin myös PBDE-yhdisteiden esiintymistä eri puolilta Suomea kerätyissä jätevesilietenäytteissä. Kasvatuskokeilla tutkittiin orgaanisten haitta-aineiden (PBDE, lääkeaineet ja biosidit) mahdollista kerääntymistä kauraan ja raiheinään ja kokeen päätyttyä niiden pitoisuutta koemaassa. Elintarvikeriskinarvioinnissa selvitettiin puhdistamolietepohjaisten lannoitevalmisteiden yhden levityskerran aiheuttama laskennallinen PBDE-pitoisuuksien nousu viljelymaassa ja yhdisteiden laskennallinen kertyminen kauraan. Ympäristönriskinarvioinnissa selvitettiiin jätevesilietepohjaisten lannoitteiden vaikutusta orgaanisten haitta-aineiden (PAH, PFAA, PBDE, lääkeaineet ja biosidit) kertymiseen maaperään kahdella eri lisäystasolla (5 t ha-1 v-1 ja 20 tn ha-1 5v-1).
Fosforin pitkäkestoista lannoitusvaikutusta selvittävissä kasvatuskokeissa lannoitevalmisteet sisälsivät joko ainoastaan jätevesilietettä (HSY:n maanparannuskomposti, Stormossenin komposti, Kemicond, Biovakka Turku, pyrolysoitu HSY:n mädäte), jätevesilietettä yhdessä muiden orgaanisten sivuvirtojen kanssa (BioKymppi Oy: Peltokymppi A), jätevesilietteen tuhkaa (Endev Oy:n polttama jätevesiliete sekä tuhkat Puolasta ja Saksasta) tai sian lietelantaa ja teollisuuden biohajoavia sivutuotteita (Biovakka Vehmaa).
Kun koekasvina oli ohra, jätevesilietefosforin pidempikestoinen käyttökelpoisuus pysyi samalla tasolla välittömän eli ensimmäisen vuoden ohrasadolle määritetyn käyttökelpoisuuden kanssa. Kun koekasvina oli raiheinä, fosforin käyttökelpoisuus sen sijaan parani ensimmäisen kasvukauden edetessä ja edelleen seuraavilla kasvukausilla. Ohralle fosforin käyttökelpoisuus kolme kasvukautta kestäneessä kasvatuskokeessa oli 3–10 % ja raiheinälle (yhteensä 10 satoa) 17–38 % ainoastaan jätevesilietettä sisältäneille fosforilähteille ja parani jätevesilietteen osuuden laskiessa. Ohran heikompaan käyttökelpoisuuteen vaikutti osaltaan säätekijöiden aiheuttama ensimmäisen kasvukauden heikko sato. Pyrolysoidussa mädätteessä fosforin käyttökelpoisuus oli molemmilla koekasveilla alhainen. Pyrolysoitu mädäte myös alensi samaan aikaan lisätyn superfosfaatin käyttökelpoisuutta, toisin kuin kompostoitu mädäte.
Kompostoidun ja mädätetyn jätevesilietefosforin välitön käyttökelpoisuus riippui materiaalin (Fe+Al)/P -moolisuhteesta siten, että suhteen kasvaessa käyttökelpoisuus aleni. Pidempikestoisen käyttökelpoisuuden ennusti puolestaan hyvin DGT-menetelmällä määritetty fosforin liukoisuus koemaassa. Lannoitevalmistelain mukaiset uuttoliuokset (neutraali ammoniumsitraatti, 2 %:nen sitruunahappo ja 2 %:nen muurahaishappo) sen sijaan joko yli- tai aliarvioivat fosforin käyttökelpoisuuden.
Raskasmetallien biosaatavuus sekä ohralle että raiheinälle oli alhainen jätevesilietepohjaisista fosforilähteistä, sillä huolimatta väkilannoitefosforia (superfosfaatti) suuremmista raskasmetallipitoisuuksista kasveista mitatut pitoisuudet jäivät samalle tasolle kuin superfosfaattilisän seurauksena.
Mädätetyn jätevesilietteen pyrolysointi alensi lähes kaikkia tutkittavia orgaanisia haitta-ainepitoisuuksia. Ainoastaan kahden PAH-yhdisteen (bentso(ghi)peryleeni ja indeno(1,2,3-cd)pyreeni) sekä lääkeaineista parasetamolin pitoisuus kasvoi pyrolysoinnin seurauksena. Mädätetyn jätevesilietteen kompostointi alensi PAH-yhdisteiden, lääkejäämien ja biosidien pitoisuuksia, mutta kasvatti PFAA- ja PBDE-yhdisteiden pitoisuutta Metsäpirtin maanparannuskompostissa. Kompostoinnissa käytettyjen lisäaineiden aikaansaama laimeneminen saattaa selittää osittain kompostin pienempiä pitoisuuksia. Analysoiduista PBDE-kongeneereistä BDE-209 oli pitoisuudeltaan suurin, 87–99 % kaikkien kongeneerien summapitoisuudesta. Tutkittujen 19 jätevesilietepohjaisen lannoitevalmisteen PBDE-summapitoisuudet vaihtelivat välillä 4,65–712 µg kg-1 (yhdessä näytteessä 3 540 µg kg-1).
Jätevesilietepohjaiset lannoitevalmisteet kasvattivat kauran ja raiheinän PBDE-pitoisuuksia määritysrajan yläpuolelle ainoastaan muutamassa rinnakkaisessa näytteessä suurimmalla (300 t ha-1) lietepohjaisella lannoitelisäysmäärällä. Merkittävimmän BDE-209-kongeneerin biokertyvyys kauraan oli alle määritysrajan. Biokertyvyystekijän arviointi oli epävarmaa.
Ympäristönriskinarvioinnissa PAH-yhdisteille lasketut riskiosamäärät ylittivät kolmen yhdisteen kohdalla 0,1 riskitason (merkityksettömän alhainen riski), ollen korkeimmillaan 0,26. PFAA-yhdisteille samoin kuin BDE-209- ja BDE-99-kongeneereille riskiosamäärät olivat alle 0,1. Suurimpia riskiosamäärät olivat lääkeaineille ja biosideille, ja korkeimman riskiosamäärän saavutti triklosaani (68; korkea riski jos >10).
Collections
- Julkaisut [86017]