Uuden vihreän vallankumouksen arkkitehdit haluavat kasvattaa enemmän vähemmällä. Suunnitelman ytimessä ovat pavut ja maissit, jotka ottavat maaperästä fosforia ennennäkemättömän tehokkaasti.
 

Teksti: Outi Toivanen-Visti

Uuden vihreän vallankumouksen arkkitehdit haluavat kasvattaa enemmän vähemmällä. Suunnitelman ytimessä ovat pavut ja maissit, jotka ottavat maaperästä fosforia ennennäkemättömän tehokkaasti.

Julkaistu Tiede -lehdessä 9/2010Pienviljelijä Maria Issa seisoo kaksimetrisen maissikasvustonsa edessä Mwandamassa Malawissa. Kylässä on eletty suoranaista ihmeiden aikaa, sillä vihreä vallankumous on löytänyt sinne tiensä. Uudet siemenet ja kasviravinteet ovat tuottaneet niin paljon satoa, että maissia on riittänyt jopa vientiin naapurimaahan Zimbabween. Kylän talouselämä on saanut sysäyksen eteenpäin. On perustettu kauppoja, taloja rakennetaan, ja käsityöpajoissa on ilmeisen kiireistä. Tyytyväiset ihmiset jonottavat avaamaan tilejä pankkiin, joka toimii pakettiautossa. Näin esittää African Voice A24:n tuottama uutisvideo. Riittävä ruoantuotanto parantaa nopeasti hyvinvointia. Euroopassa, Aasiassa ja Amerikassa talouselämän ja yhteiskunnan kehitys kiihtyi, kun vihreä vallankumous lähti liikkeelle 1960-luvulla. Lannoitteet ja uudet vehnä- ja riisilajikkeet moninkertaistivat sadot ja vapauttivat väkeä maaseudulta kaupunkeihin teollisuuden käyttöön. Afrikka jäi paitsi tästä ensimmäisestä vihreästä vallankumouksesta, sillä vehnä ja riisi eivät ole siellä tärkeimpiä ruokakasveja. Maanosan kehitystä ovat hidastaneet myös lukuisat sodat ja vallankaappaukset sekä huono infrastruktuuri.Ilmastonmuutoksen vuoksi kuivuus lisääntyy monissa osissa Afrikkaa entisestään. BBC:n dokumentti näyttää tätä karumpaa puolta. Tuhat kilometriä Issan pellolta pohjoiseen, Itä-Afrikan hautavajoaman alueella Keniassa masait tuskailevat vakavan kuivuuden kanssa. Useat sadot peräkkäin ovat tuhoutuneet, ihmiset ovat nälissään, ja lehmien raatoja lojuu tasangoilla. Toisaalla Keniassa viljellään kyllä menestyksekkäästi vihanneksia, hedelmiä ja tietysti teetä ja kahvia eurooppalaisille.

Lannoitteet eivät pelastaPennsylvanian osavaltionyliopiston kasvinravitsemustieteen professori Jonathan Lynch aloittelee esitelmäänsä Yhdysvaltain tiedeviikolla San Diegossa helmikuussa.– Ilman rahaa, luottoa, toimivia markkinoita ja lukutaitoista väestöä Afrikka tarvitsee edullisen ja yksinkertaisen vihreän vallankumouksen, Lynch sanoo. Jopa 75 prosenttia Afrikan maatalousmaasta on heikossa kunnossa kuivuuden, eroosion ja tauottoman viljelyn vuoksi.– Lannoitteiden lisääminen näihin köyhtyneisiin maaperiin ei ratkaise mitään. Lannoitteet ovat kalliita, eivätkä ne edes auttaisi Saharan eteläpuolisten seutujen kuivuudessa. Ne huuhtoutuisivat pois sateiden mukana. Tarvitaan järkevää lannoitusta, toimia, jotka suojelevat maaperää, ja siemeniä, jotka kestävät kuivuutta ja vähäravinteista kasvualustaa, Lynch esitelmöi.

Riittävästi riittääMyöhemmin työhuoneellaan Pennsylvaniassa Lynch kertoo koeviljelmistään Etelä-Afrikassa ja Mosambikissa. Uusilla siemenillä sadot ovat kaksin- ja jopa kuusinkertaistuneet aikaisempaan verrattuna.– Täytyy muistaa, että nyt vertaamme tulosta satoon, joka on saatu huonoilta mailta vanhoin menetelmin.Lynch haluaa korostaa, että hänen ideansa on kehittää lajikkeita, jotka selviävät kuivuudessa ja antavat riittävän sadon. Tavoitteena ei ole luoda lajikkeita, jotka tuottaisivat maksimaalisesti, mihin jalostustyö ja lannoitus länsimaissa on pyrkinyt.Mosambikissa Lynchin työryhmä tekee yhteistyötä kansallisen maatalousinstituutin Iiamin kanssa. Projektissa on täytynyt ottaa huomioon myös yhteiskunnalliset ja kulttuuriset tekijät. – Emme voi mennä sinne ja sanoa, että tässä on uusi amerikkalainen siemen, ottakaa se käyttöön. Jokaisessa maassa on tietyt papulajit, joita viljelijät suosivat. Yksi syy siihen, miksi keskitymme Mosambikissa tarhapapuihin, on se, etteivät pavut ole kaupallisesti yhtä kiinnostavia kuin monet muut viljelykasvit, esimerkiksi kahvi tai pähkinät. Jos jalostaisimme niitä, miehet korjaisivat koko sadon myyntiin ja ostaisivat ensimmäiseksi olutta kyläpäälliköille, jotta nämä pysyisivät suopeina ja antaisivat  kylän maiden viljelyn jatkua, Lynch kertoo.– Siemen pitää antaa naiselle. Naiset ruokkivat ensin ihmiset, ja vasta loppu joutaa myyntiin.

Vastaus löytyy juuristaLynch kiinnostui juurista kymmenen vuotta sitten Jo tuolloin oli näkyvissä, että tulevaisuudessa ilmastonmuutos ja eroosio vaikeuttavat ruoantuotantoa niin Afrikassa kuin koko maailmassa. – Luulen, että meidän lapsemme joutuvat pohtimaan ruoantuotantoa paljon enemmän kuin me olemme joutuneet, Lynch toteaa.Juuritutkimuksen pääkohteiksi Lynch valitsi laajasti viljellyt soijapavun, tarhapavun ja maissin, koska ne ovat erityisen tärkeää ravintoa niin kasvutalouksissa kuin aliravitsemuksen kiusaamissa kehitysmaissa. Tutkimusta aloittaessaan Lynch yllättyi siitä, kuinka vähän biologit tietävät juurien toiminnasta. Maatalouskasvien tutkimus on keskittynyt kasvualustaan, sen ravinteikkuuden lisäämiseen ja kasvien maanpäällisiin osiin.– Tutkimuksemme on kuitenkin osoittanut, että juurten kasvutapa ja rakenne määräävät pitkälti sen, miten tehokkaasti pavut käyttävät maaperän ravinteita, Lynch toteaa.Kuivuuden ohella Afrikan köyhimpien alueiden ruoantuotantoa rajoittavat ennen kaikkea ravinteiden niukkuus ja maaperän happamuus. – Analyysit on tehty luonnontilaisesta maasta. Maatalouskäytössä ollut maa saattaa olla ravinteiltaan jopa heikompaa eroosion ja huuhtoutumisen vuoksi, Lynch muistuttaa.Ravinteista tärkeimpiä on fosfori. Typen ja kaliumin ohella se on ravinne, jota ilman kasvi ei menesty ja tuota satoa. Kasvi tarvitsee fosforia juurten muodostukseen ja hedelmien ja siementen kehittämiseen. Fosforin puutteessa versot jäävät ohuiksi ja juuret heikoiksi. Kukinta ja tuleentuminen viivästyvät.

Hennot imevät fosforiaLynchin tutkimusryhmä on kehittänyt papulajikkeita, jotka kasvattavat runsaasti haarautuvan hiusjuuriston lähelle maanpintaa. Fosforia on eniten pinnan läheisyydessä, joten hiusjuuret pystyvät hyödyntämään sitä paremmin kuin syvät juuret. Lynchin mukaan biomassaltaan vähäiseen mutta erittäin tehokkaasti toimivaan hiusjuuristoon kannattaa satsata kasvinjalostuksessa, sillä runsaan mutta hennon juuriston kasvattaminen on kasville energiataloudellisesti halpa panostus.Typensitojakasvit ovat omavaraisia typen suhteen, koska ne  sitä bakteerien avulla ilmakehästä, mutta niidenkin kasvu riippuu juurten hankkimasta fosforista. Siksi ei ole yllättävää, että maaperän ravinnetilanne vaikuttaa juuristoon. Kun ravinteita on niukasti, juuret ovat usein suuremmat kuin maanpäälliset osat. Ravinteikkaassa ja kosteassa maaperässä tilanne on päinvastainen.Lynchin työryhmä on jalostanut juuriarkkitehtuurin, jossa pääjuuri tunkeutuu syviin maakerroksiin. Sen avulla kasvi imee tehokkaasti vettä ja pysyy paremmin pystyssä tulvien ja tuulien iskiessä. Sen sijaan ravintojuurten verkosto kasvaa mahdollisimman lähellä maanpintaa ja pystyy näin hyödyntämään tehokkaasti fosforia.

Myös eroosio väheneeLynch kollegoineen arveli, että fosforia tehokkaasti käyttävien kasvien viljelystä saattaisi olla myös kielteisiä seurauksia. Jos kasvit hyödyntävät fosforia liian hyvin, maa köyhtyy entisestään ja viljelijän on pakko turvautua yhä useammin fosforilannoitteisiin. Alustavien tutkimusten mukaan näin ei kuitenkaan käy, vaan fosforille ahneet kasvit vähentävät eroosiota ja arvokkaiden ravinteiden huuhtoutumista pois pellolta. Ne itse asiassa pidättävät enemmän fosforia kuin ottavat sitä maasta.Fosforia tehokkaasti hyödyntävien kasvien viljely vaikuttaa maan tuottavuuteen laajasti. Kun kasvit kasvavat paremmin, syntyy enemmän kompostoituvaa biojätettä, mikä lisää multavuutta ja ravinnepitoisuutta. Kasvien tähteistä kertyvä biomassa on erityisen tärkeä maan vedenpidätyskyvylle, ja luontainen ravinteikkuus vähentää lannoittamisen tarvetta. Runsas maanpäällinen kasvusto taas tarjoaa enemmän rehua eläimille sen jälkeen, kun pavut on kerätty ihmisravinnoksi. – Fosforin kerääjien käyttöönotto saattaa mullistaa koko maatalouden, Lynch uskoo.Hän on saanut myös yhä useamman rahoittajan ja tutkimusyhteisön uskomaan samoin. Aikaisemmin Lynch valitteli, että muodikas molekyylibiologia vie kaikki tutkimusrahat ja perinteinen tuotantobiologinen tutkimus jää heitteille. Taloustaantuma ja ruokakriisit näyttävät muuttaneen tilanteen. Hiljattain muun muassa Yhdysvaltain tunnetuimpiin ja merkittävimpiin sijoittajiin kuuluvan Howard G. Buffettin säätiö otti Lynchiin yhteyttä ja tarjosi rahoitusta Afrikan-hankkeisiin.

Outi Toivanen-Visti on vapaa toimittaja.

Uuden vallankumouksen kasvit lähikuvassa

Tarhapapu, Phaseolus vulgaris, on hernekasvien heimoon kuuluva yksivuotinen kasvi. Se on kotoisin Amerikasta, mutta nykyään sen eri lajikkeita viljellään kaupallisesti kaikkialla maailmassa. Brasilia ja Intia ovat suurimmat kuivien papujen tuottajat, kun taas Kiina hallitsee vihreiden tarhapapujen markkinoita. Pavut sisältävät runsaasti hiilihydraatteja, proteiineja ja kuituja. Niistä saa myös kalsiumia, rautaa, sinkkiä ja magnesiumia.Fosforia tehokkaasti hyödyntävien tarhapapujen tutkimus keskittyy Mosambikiin, missä tarhapavut ovat merkittävä proteiininlähde. Jonathan Lynchin ensimmäiset uudet lajikkeet ovat viljelykokeissa osoittautuneet hyviksi, mutta lisää lajikkeita tarvitaan. Lynch haluaa kehittää jokaiselle alueelle oman lajikkeen juuri siitä pavusta, joka on asukkaiden suosikki ja tärkein ravinnonlähde.

Soijapapu, Glycine max, on hernekasvien heimoon kuuluva yksivuotinen kasvi ja varhaisimpia viljeltyjä ravintokasveja. Kiinassa sitä lienee kasvatettu jo 6 000 vuotta sitten. Tätä nykyä Kiina on maailman merkittävin soijapapujen tuottaja, kuluttaja ja ostaja. Soija on tärkein kotieläinten valkuaisrehujen raaka-aine, ja elintason noustessa soijan kysyntä moninkertaistuu muuallakin kuin Kiinassa.Kiina haluaisi lisätä soijan viljelyä, mutta maaperän heikko ravinnetilanne ja etenkin fosforin vähyys on estänyt hankkeita. Ei siis ihme, että fosforia tehokkaasti hyödyntävän soijapavun jalostus on keskittynyt Kiinaan, ennen kaikkea Etelä-Kiinan maatalousyliopistoon, jossa sitä vetää Johathan Lynchin kollega, professori Hong Liao. Maan johdon kannustamana työ on edennyt ripeästi. Ensimmäiset uudet soijapavut ovat jo viljelyssä.

Maissi, Zea mays, on yksivuotinen korkea heinäkasvi. Se on alkuaan kotoisin Etelä- tai Keski-Amerikasta, missä alkuperäisasukkaat lienevät risteyttäneet sen kantamuodon jonkin muun kasvin kanssa. Maissista on ajan mittaan jalostettu useita lajikkeita, ja nykyään maissi lukeutuu maailman tärkeimpiin viljelykasveihin. Se on perusruokaa myös Afrikassa. Maissin ravintoarvo perustuu pääasiassa suureen hiilihydraattipitoisuuteen. Lisäksi jyvissä on hieman proteiineja ja rasvaa.Fosforia tehokkaasti käyttävän maissin koeviljelmät sijaitsevat Etelä-Afrikassa Ukulimassa, minne Jonathan Lynch on perustanut tutkimuskeskuksen. Ensimmäiset viljelyyn sopivat lajikkeet ovat matkalla pelloille.

Suomikin varautuu fosforipulaan

Pelloissamme on fosforia vielä yllin kyllin, mutta kaivoksista se ehtyy. Nyt on keksittävä keinot, jotka pitävät kasvien elintärkeän ravinteen maaperässä.

Näytin artikkeliani Jonathan Lynchin juurihankkeista Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksen professorille Pirjo Peltonen-Sainiolle ja pyysin kommenttia Suomen näkökulmasta. Tässä tiivistelmä.– Suomen peltomaiden fosforivarannot ovat pitkään jatkuneen lannoituksen ansiosta runsaat, mutta tuotantokykyä ajatellen on tärkeää tehostaa viljelykasvien veden ja fosforin – ja toki myös typen – käyttöä samankaltaisin toimin ja lähestymistavoin, joita Lynch kokeilee. – Kasvustomme ovat yhä enemmän suoraan maasta saatavan fosforin varassa, joten on mahdollista, että tulevaisuudessa lajikkeilta vaaditaan hyvin tehokkaaksi trimmattua, perinnöllistä fosforinottokykyä. Helposti saatavilla olevista fosforivarannoista siirrytään näet ajan oloon yhä haasteellisempien varantojen käyttöön. Koska Suomen kasvukausi on lyhyt ja kasvit kehittyvät kiivaasti pitkässä päivässä, on tärkeää, että fosforia on saatavilla kasvun ensi hetkistä lähtien. – Alkuvuoden suuressa Itämeri-kokouksessa Suomi sitoutui toimiin, joilla parannetaan Saaristomeren tilaa. Koska Saaristomerta kiusaavat nimenomaan ravinnepäästöt, yksi keinoista on, että Suomesta tulee fosforin ja typen kierrättämisen esimerkkialue.

Vesiin valuu liikaaVaikka Suomen maaperässä on nyt niin paljon fosforia, ettei sitä tarvitsisi lisätä vuosikymmeniin, professorin kommentit on helppo ymmärtää, kun muistaa, että fosfori on ehtyvä luonnonvara. Joidenkin arvioiden mukaan se louhitaan maailmasta loppuun 50 vuoden kuluessa. Eniten fosforia on kaivoksissa jäljellä Kiinassa ja Länsi-Afrikassa. Suomessa sitä saadaan Siilinjärveltä ja vielä avaamattomasta Soklin kaivoksesta Itä-Lapista. Kahden kaivoksen varanto riittää kuitenkin vain noin 25 vuodeksi.Vaikka fosforin käyttö maataloudessa on selvästi tehostunut 20:n viime vuoden aikana, ympäristöhallintomme seuranta-aineistot osoittavat, ettei vesistöjen fosforikuormitus ole pienentynyt. Selitys löytyy maaperän fosforivarastoista, joista ravinnetta huuhtoutuu sadevesien mukana jokiin, järviin ja mereen.

Hukkavirrat saatava kuriinRuokajärjestelmä on merkittävä ravinteiden kierrättäjä. Systeemi ei kuitenkaan ole suljettu, vaan hävikkiä tapahtuu – ja liikaa.Fosforista huomattava osuus, yli 70 prosenttia, kiertää kotieläintuotannon kautta. Eläinrehun fosforista noin 70 prosenttia mutta lannoiteteollisuuden fosforista vain hieman yli 50 prosenttia palaa karjanlantana peltoon. Kotimaiseen kulutukseen siirtyy vuosittain noin 5 200 tonnia fosforia. Henkeä kohti saanti on 900 grammaa, mikä ylittää ravitsemustarpeen kolminkertaisesti. Ylimääräiset ravinteet elimistö poistaa, ja ne päätyvät lähinnä jätevesiin. Jätteiden ravinteista saadaan nykyisin talteen ja takaisin kasvien käyttöön vain viidennes.Ravinteiden kierrätystä pyritään jatkuvasti parantamaan hukkavirtoja sulkemalla. Muun muassa kasvihuoneille kehitetään suljettua ravinnekiertoa. Myös jätteiden hyödyntämistä tutkitaan alati. Tulevaisuutta ajatellen suurin haaste on kuitenkin pitää fosfori pelloilla ja estää sen huuhtoutuminen vesistöihin, joissa se aiheuttaa vakavan ympäristöongelman.

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.