Abstract

In this thesis, the main objective was to gain an understanding of the current level of the Finnish livestock sector’s environmental impacts and on the applicability of different LCA methods when investigating the environmental sustainability livestock products. Here, the climate change impact of Finnish beef, broiler chicken and pork were assessed with liquid organic dairy products and the most important feed crops in non-ruminant production. For the same production systems in variable combinations, eutrophication, acidification, and water scarcity impacts were assessed.

The average for the climate impact of Finnish beef was 26.1 kg CO₂ eq. kgCW^-1, with specific methods for rumination and N₂O from cultivation. With more standardised IPCC-based NIR methods, the average climate change impact for Finnish beef was 21.9 kg CO₂ eq. kgCW^-1. Finnish broiler chicken results for climate change impact with European Commission’s PEF methods were 2.37 kg CO₂ eq. kgCW^-1, including LUC, which was 0.55 kg CO₂ eq. kgCW^-1. Finnish pork results with PEF methods were 3.6 kg CO₂ eq. kgCW^-1, including LUC, which was 0.13 kg CO₂ eq. kgCW^-1. Organic dairy was assessed for a selection of farms with IPCC methods and the average of included European countries was 1.32 kg CO₂ eq. kgECM^-1. Water scarcity impacts were assessed for Finnish broiler chicken and pork production, besides the feed crops utilised in their production. The average water scarcity impact of Finnish broiler chicken was 0.54 m³ eq. kgCW^-1, and of Finnish pork 0.69 m³ eq. kgCW^-1.

The importance of more sensitive methods for prediction N₂O from crop cultivation and CH₄ from enteric fermentation became evident in assessing climate change impact of beef. This allowed diet composition to be included in more detail, which was also reflected in the results, increasing resolution in mitigation design and supporting mitigation efforts. The IPCC and PEF methods differed in how they included N₂O emissions in the assessment. It was noted that especially for Finland, N₂O emissions should be included according to IPCC methods for the best accuracy. Yet, it was found mainly uncontroversial to use either of the methods, as the magnitude of the results and the most important life cycle stages remained same with both methods in most cases.

Tiivistelmä

Tämän väitöskirjatyön päätavoitteena on ollut saada käsitys suomalaisen kotieläinsektorin ympäristövaikutusten nykytasosta ja erilaisten LCA-menetelmien soveltuvuudesta kotieläintuotteiden ympäristökestävyyden selvittämiseen. Työssä arvioitiin suomalaisen naudanlihan, broilerinlihan ja sianlihan ilmastovaikutuksia, yhdessä luomumaidon ja yksimahaistuotannon tärkeimpien kotimaisten rehukasvien kanssa. Ilmastovaikutuksen lisäksi samoille tuotteille arvioitiin vaihtelevin yhdistelmin myös rehevöitymis-, happamoitumis- ja vesiniukkuusvaikutukset.

Suomalaisen naudanlihan keskimääräinen ilmastovaikutus 26,1 kg CO₂ ekv. teuras-kg^-1, kun laskennassa käytettiin erityisiä suomalaisiin olosuhteisiin kehitettyjä menetelmiä. Standardisoiduilla, IPCC:n laskentaohjeisiin perustuvilla kasvihuonekaasuinventaarin menetelmillä naudanlihan ilmastovaikutus oli keskimäärin 21,9 kg CO₂ ekv. teuras-kg^-1. Suomalaisen broilerinlihan ilmastovaikutus Euroopan Komission PEF-menetelmällä oli 2,37 kg CO₂ ekv. teuras-kg^-1, mukaan lukien maankäytön muutokset (LUC) 0,55 kg CO₂ ekv. teuras-kg^-1. Suomalaisen sianlihan ilmastovaikutus PEF-menetelmällä oli 3,6 kg CO₂ ekv. teuras-kg^-1, mukaan lukien LUC, joka oli 0,13 kg CO₂ ekv. teuras-kg^-1. Luomumaidontuotantoa arvioitiin ilmastovaikutuksen osalta valituilla eurooppalaisilla tiloilla IPCC:n menetelmillä ja tilojen luomumaidon keskiarvo oli 1,32 kg CO₂ ekv. EKM-kg^-1. Suomalaisen broilerin keskimääräinen vesiniukkuusvaikutus oli 0,54 m³ ekv. teuras-kg^-1, ja suomalaisen tyypillisen sianlihan osalta 0,69 m³ ekv. teuras-kg^-1.

Naudanlihan ilmastovaikutusarvioinnissa herkempien, suomalaisiin olosuhteisiin soveltuvien ennustusmallien käytön tärkeys kävi ilmi ruoansulatuksen metaanin ja kasvinviljelyn N₂O-päästöjen osalta. Rehuannoksen koostumus voitiin näillä menetelmillä sisällyttää tarkemmin, mikä heijastui myös ilmastovaikutustuloksiin, parantaen erotuskykyä ja vähennystoimien suunnittelua.

IPCC- ja PEF-menetelmien välillä oli eroa siinä, miten ne sisällyttivät N₂O-päästöt laskentaan. Erityisesti Suomessa, N₂O-päästöt tulisi huomioida kattavasti IPCC-menetelmien mukaan parhaan tarkkuuden saavuttamiseksi. Kuitenkin tulosten suuruus ja tärkeimmät elinkaarivaiheet pysyivät samoina molemmilla tavoilla, lähes kaikissa tapauksissa.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Hietala, S., Smith, L., Knudsen, M. T., Kurppa, S., Padel, S., & Hermansen, J. E. (2015). Carbon footprints of organic dairying in six European countries—Real farm data analysis. Organic Agriculture, 5(2), 91–100. https://doi.org/10.1007/s13165-014-0084-0

2. Hietala, S., Heusala, H., Katajajuuri, J.-M., Järvenranta, K., Virkajärvi, P., Huuskonen, A., & Nousiainen, J. (2021). Environmental life cycle assessment of Finnish beef – cradle-to-farm gate analysis of dairy and beef breed beef production. Agricultural Systems, 194, 103250. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2021.103250

3. Hietala, S., Usva, K., Nousiainen, J., Vieraankivi, M.-L., Vorne, V., & Leinonen, I. (2022). Environmental impact assessment of Finnish feed crop production with methodological comparison of PEF and IPCC methods for climate change impact. Journal of Cleaner Production, 379, 134664. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134664

4. Usva, K., Hietala, S., Nousiainen, J., Vorne, V., Vieraankivi, M.-L., Jallinoja, M., & Leinonen, I. (2023). Environmental life cycle assessment of Finnish broiler chicken production – Focus on climate change and water scarcity impacts. Journal of Cleaner Production, 410, 137097. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137097

5. Hietala, S., Usva. K., Vieraankivi, M.-L., Vorne, V., Nousiainen, J., & Leinonen, I. (2023). Environmental sustainability of Finnish pork production: Life cycle assessment of climate change and water scarcity impacts. Manuscript submitted for publication.