Typpi- ja valkuaisomavaraisuuden lisääminen palkokasveja tehokkaasti hyödyntämällä : MoniPalko-hankkeen loppuraportti

Abstract

Hankkeen päätavoitteena oli parantaa maatilojen ravinneomavaraisuutta, biologisen typensidonnan hyötysuhdetta sekä maatalouden valkuaisomavaraisuutta. Tavoitteisiin pyrittiin sekä taloudellisilla laskelmilla että biologisilla kokeilla, joiden tarkoituksena oli lisätä palkoviljojen viljelyvarmuutta ja tehostaa palkokasvien sitoman typen käytön tehokkuutta. Biologisesti typpeä sitovien kasvien viljelyn laajuus on riippuvainen niiden viljelyn taloudellisista edellytyksistä. Tämän taustalla on kasvien suhteellinen kilpailukyky Suomen viljelyoloissa: niiden tuottama hehtaarisato, sadon laatu sekä viljelyvarmuus mutta myös sadontuottamiseksi edellytetty panostus ja tuotteesta saatu hinta. Nämä yhdessä tuotannon tuen kanssa määrittävät, millaisen katetuoton eri kasvit tuottavat. Katetuotto puolestaan on keskeinen mittari, jonka perusteella viljelijät tekevät kasvivalintojaan. Palkokasvien tuotannon biologisten edellytysten/ kilpailukyvyn parantamista palvelivat hankkeessa tutkimukset, joissa tutkittiin palkoviljojen viljelyvarmuuden lisäämistä tukikasvien avulla, suorakylvön mahdollisuuksia ja härkäpavun kasvinsuojelua. Tämän lisäksi etsittiin uusia potentiaalisia palkokasveja ja -lajikkeita, jotka voisivat menestyä ja tuottaa parempaa satoa Suomessa. Palkoviljojen viljelyn laajuus on sidoksissa niiden suhteelliseen kannattavuuteen, mutta viljelyä rajoittaa niiden vaateliaisuus kasvupaikan suhteen sekä viljelykiertovaatimukset. Herneen ja erityisesti härkäpavun viljelyn luotettavaa taloudellista vertailua muihin kasveihin vaikeuttavat hinta- ja satotietojen puutteellisuus. Käytettyjen, osin laskennallisten oletusten perusteella kasvikohtaisissa katetuottolaskelmissa härkäpapu ja herne osoittautuivat vähintään yhtä kannattaviksi kuin kevätviljat ja rypsi. Lannoitetypen hinnan noustessa palkokasvien kilpailukyky paranee. Käytetyillä hinta- ja sato-oletuksilla tuotantosuuntakohtaisissa katetuottotarkasteluissa luomutuotanto on tavanomaista kannattavampaa. Luomuviljely perustuu biologisen typensidonnan hyödyntämiseen, mutta myös tavanomaisessa tuotannossa typensitojakasvien sisällyttäminen viljelykasvivalikoimaan pienentää typpilannoitteen hintamuutosten vaikutusta tilan katteeseen. Luomumaidontuotannossa näyttää olevan mahdollista päästä tavanomaista tuotantoa parempaan katteeseen jopa ilman maidosta saatavaa lisähintaa, vaikka tuotostaso on alempi, mutta tuki vastaavasti korkeampi. Pelkästään kasvinviljelyn osalta luomutuotantoa harjoittava maitotila tai biologista typensidontaa nurmissa hyödyntävä tavanomainen maitotila ovat taloudellisesti kilpailukykyisiä tavanomaisen heinänurmiin perustuvan maidontuotannon kanssa. Biologisesti sidottu typpi tulee pääosin hyödynnettyä sidontavuonna korjattaessa biologisesti typpeä sitovan kasvin sato. Osa sidotusta typestä jää kasvustojätteisiin, mutta sen merkitys on huomattavasti pienempi, kuin suoraan typpeä sitovan kasvin sadon mukana hyödynnettävän biologisen typensidonnan merkitys. Biologisen typensidonnan potentiaalinen määrä on noin 25 kg/ha jokaista viljelyhehtaaria kohti laskettuna. Tähän päästään, jos nykyisellä nurmialalla kaikissa kasvustoissa olisi typensitojakasvi mukana, hernettä ja härkäpapua viljeltäisiin niille sopivilla lohkoilla viljelykiertovaatimukset huomioon ottaen ja viherlannoituskasvustoja käytettäisiin nykyinen määrä. Tällöin biologisen typensidonnan osuus vastaisi noin 30 % (nykyisin alle 5 %) tällä hetkellä keskimäärin käytetystä väkilannoitetyppimäärästä. Kaura sopii parhaiten herneen tukikasviksi ja se estää herneen lakoutumisen maata myöten myös vaikeissa olosuhteissa. Jalostuksen avulla melko pieneksi saatu lakoutumisriski pienenee kauraa tukikasvia käyttäen oleellisesti. Tukikasvi kannattaa kylvää välittömästi herneen jälkeen. Herne kärsii herkästi maan tiiviydestä ja märkyydestä, jonka vuoksi herneen suorakylvöön liittyy erityisiä haasteita. Lisää tutkimustietoa tarvitaan herneen suorakylvön siemenmäärästä ja kylvösyvyydestä sekä seuraavan kasvin typpilannoituksen määrästä. Kasvintuhoojien (kasvitaudit, tuhoeläimet, rikkakasvit) hallinta on tärkeä osa palkokasvien viljelyvarmuutta. Viljelykasvin viljelyn laajetessa myös kasvinsuojeluongelmat usein runsastuvat. Härkäpavun viljelyssä voidaan osittain hyödyntää muiden palkokasvien kasvinsuojelukeinoja, joista tärkein on riittävä viljelykierto. Tällä hetkellä rikkakasvien ja suklaalaikun torjunta ovat tärkeimpiä härkäpapukasvuston kasvinsuojelutoimenpiteitä. Myös tuhoeläinten torjuntatarve voi kasvaa härkäpavun viljelyn yleistyessä. Kasvintuhoojien runsaudessa voi olla suurta vaihtelua, minkä vuoksi kasvintuhoojien tarkkailu on tarpeen etenkin uuden viljelykasvin vakiinnuttaessa asemaansa. Hitaasta alkukehityksestä johtuen härkäpapu kilpailee heikosti rikkakasvien kanssa. Härkäpavun rikkakasvien torjuntaan sopii Fenix (tehoaine aklonifeeni) ennen härkäpavun taimettumista, mutta ei viljelykasvin taimille ruiskutettuna. Juolavehnän ja hukkakauran torjumiseen soveltuu Agil 100 EC (propakvitsafoppi). Lupiinin rikkakasvien kemiallisessa torjunnassa saatiin lupaavia tuloksia Lentagran WP (pyridaatti), Basagran SG (bentatsoni), Fenix (aklonifeeni) ja Senkor (metributsiini) -valmisteilla. Myös rikkakasvien harausta kannattaa harkita. Härkäpavun kasvitautien esiintymiseen vaikuttaa merkittävimmin kasvukauden sää. Kylvösiemenen terveys sekä viljelykierto ovat oleellisimmat kasvitautiriskejä vähentävät tekijät. Suklaalaikun kasvustoruiskutuksessa on kiinnitettävä huomiota torjunnan ajoitukseen. Vaikka härkäpavulla ei viljelyn alkuvuosina ole havaittu pahoja tuhoeläinongelmia, on niiden (hernekärsäkkäät, kirvat) ilmaantumiseen kuitenkin varauduttava, jos ja kun viljely laajenee. Suomessa viljelty härkäpapu on pääosin Kontu -lajketta. Muut kokeiden lajikkeet (20 kpl) olivat vuosina 2009 2011 myöhäisempiä, mutta yleensä myös satoisampia kuin Kontu . Esimerkiksi Babylon oli ainoastaan viikon Kontua myöhäisempi mutta sitä huomattavasti satoisampi. Tangenta -lajike tuottaa paljon biomassaa ja on siten sopiva kokoviljasäilörehuksi tai vastaavaan käyttöön. Sinilupiinilajikkeet Haags Blaue ja Sonet ovat muita sinilupiineja aikaisempia ja sopivat palkoviljatuotantoon hiekkaisilla ja happamilla mailla aina Vaasan korkeudelle asti. Valkolupiinilajikkeet, kuten Ludic , soveltuvat ominaisuuksiltaan biomassan/kokoviljasäilörehun tuotantoon. Ne sopivat hyvin tuotettavaksi seoskasvustona esimerkiksi vehnän kanssa. Kokeita jatketaan sen selvittämiseksi, kuinka kokoviljakasvi voidaan hyödyntää rehuna parhaiten. Aikaisia linssilajikkeita voidaan tuottaa hyvin kuivatetuilla peltolohkoilla eteläisimmässä Suomessa. Viherlannoitusnurmen mädättämisen edut suoraan maahan muokattuun nurmibiomassaan ovat lähinnä typen huuhtoutumisriskin pieneneminen ja bioenergian tuotto, jonka etu riippuu taloudellisista tekijöistä. Kokeissa keskimääräinen apila-heinäseosnurmen sadontuotto kuiva-aineena mitattuna oli noin 7 000 kg/ha, mutta pellolla, jossa apilaa ei ollut viljelty pitkään aikaan, saatiin jopa 11 000 kg/ha. Hyvätuottoisen nurmen biomassalla on mahdollista lannoittaa suurempi ala, kuin miltä se on korjattu nurmen korkean sadon ja sitä kautta typpimäärän vuoksi. Nurmesta saatu mädäte toimi vehnän lannoitteena hiukan paremmin kuin maahan muokattu viherlannoitus tai jopa väkilannoitus. Erot vehnäsadoissa olivat kuitenkin pieniä. Biokaasun tuotto keskimääräisellä nurmisadolla oli noin 20 MWh/ha ja mädätteen kokonaistypestä noin puolet oli muuntunut ammoniumtyppimuotoon eli kasveille käyttökelpoiseen muotoon.. Viherlannoituskasvuston mädättämisen suurimmat edut maahan muokattuun viherlannoitukseen verrattuna ovatkin typen huuhtoutumisriskin vähentäminen sekä biokaasutuotto, Seosnurmi (apilaheinä) tuotti biokaasua ja metaania paremmin kuin puhdas apilanurmi.

The need for the research rosed from the fact that agricultural production is heavily dependent on nonrenewable energy sources. This research aimed at enhancing the competitiveness and self-sufficiency of Finnish agriculture by searching for and introducing more effective ways to utilize the potential of the biological nitrogen (N) fixation by improved farming practices and new legume species. The research approach is multidisciplinary and it is based on the collaboration between economists, crop scientists, animal scientists and plant breeders. The main objectives, in addition to the above mentioned, are related to the economic analysis of N fixation under varying energy and fertilizer prices, as well as the reduction of variability in pea and Faba bean yields. Profit margin calculations of different crops showed that Faba bean and pea were most profitable in 2009 and 2010, when the prices of cereals were low and prices of fertilizers were high. In those years the yield of Faba bean and pea could have been 1 000 kg/ha lower than of cereals and the profit margin would have been the same as for spring cereals. On the other hand, in 2008 and 2011, the price relations were such as the margins were at the same level for all crops. In this situation over estimations of the yield and/or price can lead to lower profitability for pulse crops compared to spring cereals. It is good to notice that the fertilization effect of the legumes was not taken into account in these calculations. Profit margin calculations for different production systems showed organic plant production to be more profitable than the conventional one. In plant production, the difference is mainly due to the subsides because the differences in prices and yields repeal each other. Organic farming is based on the utilization of biological N fixation. If legumes are included in conventional farming, the effect of fertilizer price changes on the economic result of the farm will decrease. Organic milk production seems to be more profitable than conventional production, even without the extra price of organic milk. Farms with only organic crop production (not organic animals) and conventional farms which utilize legumes in their leys, seem to be economically competitive to conventional farms with only grasses in their leys. At the moment, less than 5% of the N used in farming is originated from biological nitrogen fixation. Big changes in cropping practices and crops are needed, if the share is to be increased. The theoretical share of biological N fixation might be 90 kg/ha in Finland, but more realistic one would be 25 kg/ha. This could be achieved, if all leys include legumes, Faba bean and pea are cultivated as much as possible taking into account suitable fields and crop rotations; and green manuring is used as much as is at the moment. In this situation, the amount of biologically fixed N would be 30% of the mineral N used in agriculture. The biggest problem in cropping peas might be laming. Based on our results, oats, dwarf oats and barley would be the best crops in mixtures to prevent laming. Seeding of oats can be done at the same time with peas. Companion crop can decrease the yield of pea, but on the other hand, the yield of mixed crop is higher the yield of sole pea. Direct drilling of peas is more demanding than direct drilling of spring cereals. Success depends greatly on properties of the field, especially the soil structure. Rainy spring seasons are especially difficult, since pea is easily suffering from the lack of oxygen. In addition, the plant diseases might become more evident in direct drilling compared to ploughed soil. On the other hand, peas in spring cereal crop rotation decrease plant diseases of cereals. At least on clay soils the amount of seeds needs to be increased to be able to achieve high enough density on plants. Plant protection is an essential part of Faba bean cultivation. Suitable herbicide for Faba bean in Finland is Fenix (a.i. aclonifen), which is recommended to apply before the plant germinates. Agil 100 EC (propaquizafop) is suitable to terminate cough grass and wild oats. Results showed Lentagran WP (pyridate), Basagran SG (bentazone), Fenix (aclonifen) ja Senkor (metribuzin) to be possible herbicides to prevent weeds from lupins. Plant disease risks on Faba beans are mostly affected by the weather of growing season. Healthy seed and crop rotation are the most important control methods to decrease the risk of plant diseases, because the most common diseases (chocolate spot and stem and root diseases) are spread via plant residues and seeds. At the moment, there are few suitable fungicides available for seed dressing. Timing of fungicide application against chocolate spot is critical, and therefore monitoring during growing season is essential. Although there has been no problems with pests in Faba been cropping, expansion of cropping may increase pest risk. Use of pesticides e.g. pyretroids could be needed to control Sitona and Acyrthosiphon, but at the moment, they are not approved for pest control in Faba bean in Finland. The most potential narrow-leafed lupin variety in Finland for seed production seems to be Haags Blaue , which has the shortest growing time. The best Faba bean variety is Kontu although there are several other varieties which are promising for the future. For lentils there are four possible varieties: Milestone Redbow and Rosebud. Our results show that Faba beans and white lupins with long growing time are very well suitable for whole crop silage with spring wheat. The benefit from anaerobic digestion of the green manure leys seem to be based more on bioenergy production and lower N leaching risk than for higher cereal yields after anaerobic digestion. The results from anaerobic digestion show that clover-grass biomass produces more biogas than pure clover biomass. In this study clover-grass leys produced about 20 MWh energy per hectare. After digestion, half of the N was in form of ammonium N.