Systemic sustainability characteristics of organic farming: a review

Agriculture for food production has come to crossroads: while conventional agriculture needs to improve environmental and social performance, organic agriculture needs to increase the production volumes and to re-establish the connctedness between producers and consumers. Through re-localising the food production there is an increasing convergence of the farming practices towards sustainable agriculture acknowledging the prospects, advantages and limitations of the different production systems. The aim is to find combination of production methods that is optimal in given circumstances and to adapt the production system accordingly. Assessment of the environmental impacts should be integrated into assessment of the overall sustainability. Formulation of the management strategies requires evaluation and integration of reaseach results from many different disciplines, and the focus of the interdisciplinary research should be on food systems bioregions rather than on the level of farms or farming systems. The present article is a review on today's discussion and research dealing with conventional, organic and local farming for food production. The future prospects of organic production to respond to the challenges of advancing global food security and to contribute to overall sustainable development are discussed. It seems that as a developing production mode organic agriculture has a role to play in the green global network of local food systems

Towards more ecoefficient food production: MFA approach

The food flux comprises four mutually linked loops: 1)plant production, 2)livestock husbandry, 3) food processing industry and 4) human consumption. In the present paper MFA approach has been used to describe the system. A general framework and practical solutions for estimating and balancing the materials flow are outlined. The focus in this paper is agriculture

Towards more ecoefficient food production: MFA approach

The key for the sustainable development is dematerialisation and ecoefficiency. Applied to agriculture ecoefficiency means production of nutritionally better food by using less inputs and by reducing the environmental burden. In restricting the material throughput it is essential to identify the most voluminous material flows and to direct the measures to them. Improving ecoefficiency of the food production requires that the benefits and the inputs are quantified in an unambiguous way and that the inputs are estimated for the whole production chain. A comprehensive view of the whole system is necessary. The food system comprises four mutually linked loops: 1) the plant production 2) the livestock husbandry, 3) the food processing industry and 4) the human consumption. In the present paper MFA approach has been used to describe the system. A general framework for estimating and balancing the materials flow is outlined. The focus is on agriculture, specifically on the materials flow created by the biological metabolism of the animal husbandry. The holistic MFA approach provides means to evaluate environmental and economic consequences of the production. For the decision-makers the MFA approach is a tool to guide the development and to assess the progress towards increasing ecoefficiency within the food system. The results can be used in developing new sustainability indicators. Some of the possibilities are shortly discussed. The study is the first step in developing MFA methods to analyse and to monitor the materials flow of the Finnish food systems. It is a part of the project “The Materials Flow and Ecoefficiency of Agriculture and the Sustainable Compatibility of the Food Production” carried out in collaboration between the MTT - Agrifood Research Finland and the Thule Institute at the University of Oulu. The results are used also in compiling the Finnish physical input-output tables. The study, thus, contributes to the overall development of the materials flow accounting statistics

Greenhouse gas emissions of realistic dietary choices in Denmark: the carbon footprint and nutritional value of dairy products

Background: Dairy products are important in a healthy diet due to their high nutritional value; they are, however, associated with relatively large greenhouse gas emissions (GHGE) per kg product. When discussing the need to reduce the GHGE caused by the food system, it is crucial to consider the nutritional value of alternative food choices. Objective: The objective of this study was to elucidate the role of dairy products in overall nutrition and to clarify the effects of dietary choices on GHGE, and to combine nutritional value and GHGE data. Methods: We created eight dietary scenarios with different quantity of dairy products using data from the Danish National Dietary Survey (1995–2006). Nutrient composition and GHGE data for 71 highly consumed foods were used to estimate GHGE and nutritional status for each dietary scenario. An index was used to estimate nutrient density in relation to nutritional recommendation and climate impact for solid food items; high index values were those with the highest nutrient density scores in relation to the GHGE. Results: The high-dairy scenario resulted in 27% higher protein, 13% higher vitamin D; 55% higher calcium; 48% higher riboflavin; and 18% higher selenium than the non-dairy scenario. There was a significant correlation between changes in calcium and changes in vitamin D, selenium, and riboflavin content (P=0.0001) throughout all of the diets. The estimated GHGE for the dietary scenario with average-dairy consumption was 4,631 g CO2e/day. Conclusions: When optimizing a diet with regard to sustainability, it is crucial to account for the nutritional value and not solely focus on impact per kg product. Excluding dairy products from the diet does not necessarily mitigate climate change but in contrast may have nutritional consequences

The total material requirement -concept applied to agriculture: a case study from Finland

In connection with the concept of sustainability emphasising the interaction of the economy and nature the material flow accounting (MFA) approach has in recent years obtained new relevance and is presently under vivid development. In this study, the concept of the total material requirement (TMR) of the MFA methodology has been applied to agriculture in Finland. The present level and development trends in use of natural resources since the beginning of the 1970s are described. The objective is to show the feasibility of the approach, to point out the reduction possibilities within the agriculture and to provide tools to set clear quantitative goals for reduction. There appears to be an urgent need to develope new methods, because several of the TMR-based indexes cannot be applied within the agricultural sector as such. Three indexes -direct material input (DMI)/energy consumption, .DMI/use of commercial fertilisers, .DMI/use of biocides are suggested to measure the resource efficiency and the tempo of change towards sustainability. Some of the problems are directly related to the lack of adequate and internationally comparable data. The study is part of the national ecoefficiency-project with the overall aim to analyse the dependence of the natural resource use from the structure and growth of the economy, to localise the strategic targets of dematerialisation of the economy and to create a coherent and internationally comparable database to be used in developing environmental indicators.;Jatkuva tuotannon ja kulutuksen kasvu perustuvatenergiaan ja luonnon raaka-aineisiin. Ihmisen taloudellisesta toiminnasta aiheutuu katkokseton materiaalivirta luonnosta antroposfäärin kautta takaisin luontoon, sillä kaikki ihmisen käyttämä aine on viime kädessä peräisin luonnosta ja kaikki myös päätyy ennen pitkää takaisin luontoon, usein muuttuneessa ja luonnon kannalta hankalassa muodossa. Nykyiset tuotantotavat ovat nopeasti osoittautumasssa kestämättömiksi, sillä raaka-aineiden käyttöönoton yhteydessä siirretään ja muokataan valtavia ainesmääriä ja samalla muutetaan ympäristöä laajoilla alueilla. Luonnon ekosysteemien vaurioituminen onkin muodostumassa raaka-aineiden riittävyyden ohella keskeiseksi kestävää kehitystä uhkaavaksi tekijäksi. Jotta tuotannon ympäristökuormitusta pystyttäisiin vähentämään, olisi luonnonvarojen käytöstä aiheutuvat ympäristöhaitat pystyttävä kvantifioimaan kansainvälisesti yhtenäisin menetelmin. Wuppertal-instituutti Saksassa ja eurooppalainen ConAccount -yhteisö (Coordiantion of Regional and National Material Flow Accounting for Environmental Sustainability) ovat 1990-luvulla kehitelleet materiaalivirtalaskentaa (MFA = Material Flow Accounting) tällaiseksi menetelmäksi. MFA:n lähtökohtana on luonnonvarojen kokonaiskäyttö (TMR = total material requirement). Tarkastelu perustuu aineen häviämättömyyden lakiin: luontoon takaisin palautuvan aineen määrä on sitä suurempi, mitä enemmän sieltä alunperin on raaka-ainetta otettu. Talouden läpi kulkeva materiaalivirta muodostuu paitsi suorista panoksista eli niistä aineista, joista eri tuotteet koostuvat myös ns. piilovirroista. Piilovirrat ovat niitä luonnonvaroja, joita käsitellään hyödykkeen valmistusprosessin aikana, mutta jotka eivät siirry lopputuotteeseen. Taloudellisen toiminnan ympäristövaikutukset määräytyvät materiaalivirtojen määrän ja laadun mukaan, ja siksi ihmisen aiheuttaman ympäristökuormituksen yleismittarina voidaan pitää luonnonvarojen kokonaiskäyttöä. Materiaalivirtatarkastelu on eräs tapa arvioida kestävän kehityksen toteutumista: pienentämällä käyttöönotettavien raaka-aineiden määrää vähennetään ei-toivottuja ympäristövaikutuksia materiaalivirran alkupäässä. Samalla ehkäistään ympäristökuormitusta ennalta, sillä materiaalivirran supistuminen johtaa väistämättä päästö- ja jätemäärien pienenemiseen ja vähentää siten taloudellisen toiminnan ympäristökuormitusta myös materiaalivirran loppupäässä. Materiaalivirtojen supistamiseen liittyy läheisesti ekotehokkuusajattelu. Käsitteellä ekotehokkuus tarkoitetaan sellaisia toimintamenetelmiä, jotka tähtäävät ympäristökuormituksen pienentämiseen ilman, että tuotannon kokonaiskannattavuus ja taloudellinen hyvinvointi kärsivät. Tavoitteena on vähentää energian ja materiaalien käyttöä sekä päästöjä tuotantoyksikköä kohden ja samalla tuottaa kustannussäästöjä ja kilpailuetua. Tuotannon ekotehostamispyrkimykset konkretisoidaan Factor-tavoitteiden avulla. Kun pyrkimyksenä on alentaa tuotannon materiaali-intensiteettiä tuotettua yksikköä kohti, ei myöskään välttämättä jouduta ristiriitaan talouden ja hyvinvoinnin kasvutavoitteiden kanssa. Samaan tavoitteeseen voidaan päästä joko pienentämällä tuotantoon käytettävää raaka-aine- ja energiapanosta, kasvattamalla tuotantoa käytettyä panosta kohti tai toteuttamalla toimenpiteet samanaikaisesti. Tässä tutkimuksessa on kuvattu maatalouden luonnonvarojen kokonaiskäytön nykytaso ja kehityssuunta Suomessa 1970-luvulta alkaen. Maatalouden ja sitä lähellä olevien tuotantosektorien kokonaisma-teriaalikulutus nykyisin on noin 30 miljoonaa tonnia noin 6 tonnia asukasta kohti vuodessa. Piilovirtojen osuus tästä on lähes 60 %. Kasvinviljelyn lisä-biomassa sekä arvioitu erodoituvan maa-aineksen määrä muodostavat tonnimääräisistä piilovirroista noin 90 %. Suhteessa viljelypinta-alaan maatalouden tuotanto on tarkasteluajanjaksona liki kaksinkertaistunut. Myös asukasmäärään suhteutettuna kokonaistuotantomäärä on kasvanut noin 25 %. Tuotannon tehostuminen on kuitenkin ollut hyvin energiaintensiivistä, sillä 1990-luvun alkuun mennessä on myös energiankulutus viljelypinta-alaa kohti kasvanut noin 70 %. Sen jälkeen viljelypinta-alaa kohti laskettu energiankulutus näyttää vakiintuneen tuolle tasolle. Lannoitteiden ja biosidien käytön kehitys on ollut samankaltainen: hehtaarisadot ovat kasvaneet samaa tahtia maatalouskemikaalien käytön kanssa aina 1990-luvun alkuun asti. 1990-luvulla saavutettu hehtaarisatotaso on säilynyt, vaikka lannoitteiden ja torjunta-aineiden käyttö viljelypinta-alaa kohti on jyrkästi vähentynyt. Hehtaarisadoissa sen sijaan ei ole tapahtunut merkittäviä muutoksia 1990-luvulla. Kehityssuunnat hehtaarisatomäärissä ja viljelypinta-alaa kohti lasketussa maatalouskemikaalien käytössä ovat selkeästi erkaantuneet, ja voidaan puhua orastavasta tuotannon ekotehostumisesta. Kehityksen taustalla olevia syitä selvitetään ja keskukstellaan mahdollisuuksista vähentää luonnonvarojen kokonaiskäyttöä edelleen. Tutkimuksessa osoitetaan MFA-menetelmän soveltuvuus ja keskeiset kehittämistarpeet nimenomaan maataloudessa. TMR:aan perustuvia tunnuslukuja ei sellaisenaan aina voi käyttää, sillä tuotannon määrä riippuu viljelypinta-alasta ja sen arvonlisäyksen sanelee pitkälti harjoitettu talouspolitiikka. Maatalouden kestävyyttä materiaalivirta-analyysin menetelmin arvioitaessa on otettava huomioon hehtaarisadot sekä tuotantoon käytetyt panokset muilta tuotantosektoreilta, jotka ovat ratkaisevalla tavalla riippuvaisia viljelypinta-alasta. Aineiston perusteella on laskettu kolme tunnuslukua .DMI/energiankulutus, .DMI/ lannoitteiden käyttö, DMI/biosidien käyttö, joiden avulla voidaan arvioida maatalouden ekotehokkuutta ja muutosnopeutta kestävämpään suuntaan

From niche to volume with integrity and trust : Kiuruvesi - Finland, case study fact sheet

201

The total material requirement -concept applied to agriculture: a case study from Finland

In connection with the concept of sustainability emphasising the interaction of the economy and nature the material flow accounting (MFA) approach has in recent years obtained new relevance and is presently under vivid development. In this study, the concept of the total material requirement (TMR) of the MFA methodology has been applied to agriculture in Finland. The present level and development trends in use of natural resources since the beginning of the 1970s are described. The objective is to show the feasibility of the approach, to point out the reduction possibilities within the agriculture and to provide tools to set clear quantitative goals for reduction. There appears to be an urgent need to develope new methods, because several of the TMR-based indexes cannot be applied within the agricultural sector as such. Three indexes -direct material input (DMI)/energy consumption, .DMI/use of commercial fertilisers, .DMI/use of biocides are suggested to measure the resource efficiency and the tempo of change towards sustainability. Some of the problems are directly related to the lack of adequate and internationally comparable data. The study is part of the national ecoefficiency-project with the overall aim to analyse the dependence of the natural resource use from the structure and growth of the economy, to localise the strategic targets of dematerialisation of the economy and to create a coherent and internationally comparable database to be used in developing environmental indicators.

From niche to volume with integrity and trust : PolarShiitake - Finland, case study fact sheet

201

From niche to volume with integrity and trust : Järvifisu - Finland, case study fact sheet

201

Localisation of primary food production in Finland: production potential and environmental impacts of food consumption patterns

The potential for and environmental consequences of localising primary production of food were investigated by considering different food consumption patterns, based on conventional and organic production. Environmental impact was assessed according to agricultural land use and numbers of production animals, both of which depend on food consumption. The results were quantified in terms of nutrient balances, greenhouse gas and acid emissions and the diversity of crop cultivation, which indicate eutrophication of watersheds, climate change and landscape changes, respectively. The study region was able to satisfy its own needs for all farming and food consumption scenarios. Dietary choice had a marked impact on agricultural land use and on the environmental parameters considered. Organic farming for local food production resulted in higher greenhouse gas emissions. Compared with mixed diets, the vegetarian diet was associated with lower emissions and nutrient surpluses, but also with reduced crop diversity. The arable areas allocated to leys and pastures were also smaller. The study area represents a predominantly rural region and is a net exporter of agricultural produce. Therefore, only part of the environmental impact of food production results from local needs. Both the differences among the dietary options and the overall environmental benefit of localised primary food production were greatly reduced when considering total agricultural production of the region. Much of the negative impact of agriculture is due to food consumption in the densely populated urban areas, but the consequences are mainly felt in the production areas. The environmental impacts of localisation of primary food production for the rural areas are small and inconsistent. The results indicate the importance of defining local on a regional basis and including the urban food sinks in impact assessment.;Tässä tutkimuksessa tarkastellaan tavanomaisesti jaluonnonmukaisesti tuotetun lähiruoan alkutuotantoa erilaisten ruoankulutusvaihtoehtojen pohjalta. Yhtäältä tarkastellaan lähiruoan toteutettavuutta kohdealueella, toisaalta miten lähiruokajärjestelmä toteutuessaan heijastuisi ympäristöön. Paikallinen ruoantuotanto tässä yhteydessä tarkoittaa, että a) tuotanto ja kulutus ovat alueellisesti lähellä toisiaan ja että b) myös kotieläintalouden rehut tuotetaan samalla alueella. Tarkastelu on rajattu kotimaisiin peruselintarvikkeisiin. Ympäristövaikutusten arviointi perustuu maankäyttöön ja kotieläinmääriin, jotka määräytyvät ruoankulutuksen mukaan. Arvioinnissa käytettiin ravinnetaseita, kasvihuonekaasu- ja happamoittavia päästöjä sekä viljelykasvimonimuotoisuutta kuvaamaan vesistöjen rehevöitymistä, ilmastonmuutosta sekä maiseman ja luonnon monimuotoisuuden muutoksia. Ruokavaliovaihtoehdosta ja tuotantotavasta riippumatta tutkimusalueen maatalousmaa riittää tuottamaan ruoan alueen omalle väestölle. Luonnonmukaisesti tuotettu paikallinen ruoka aiheuttaa enemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin tavanomaisesti tuotettu. Kasvis(painotteiset) ruokavaliovaihtoehdot tuottavat vähemmän sekä kaasumaisia päästöjä että ravinneylijäämiä, mutta toisaalta monivuotisten nurmien ja laidunten pinta-ala supistuu, mikä on epäedullista luonnon monimuotoisuuden kannalta. Tutkimusalue on pääosin maaseutua, ja maataloustuotanto suuntautuu sen vuoksi alueen ulkopuolelle. Vain osa tuotannon ympäristövaikutuksista johtuu alueen oman väestön tarpeista. Kun otettiin huomioon alueen koko maataloustuotanto, olivat maankäytön ja ravinnekuormituksen erot eri ruokavaliovaihtoehtojen välillä hyvin pieniä eikä suuria eroja ollut kasvihuonekaasu- tai happamoittavissa päästöissäkään. Luomutuotetussa kasvisruokavaliossa kaasumaisia päästöjä tulee jonkin verran vähemmän kuin muissa vaihtoehdoissa, mutta samalla monivuotisten laidunten ja nurmien pinta-ala vähenee. Maaseutualueilla lähiruoan tuotannon ympäristövaikutukset vaihtelevat tuotantotavasta ja ruokavaliosta riippuen, mutta mikään vaihtoehto ei ole yksiselitteisesti muita parempi. Maatalous ei kuormita ympäristöä asutuskeskuksissa, mutta niissä kulutettu ruoka kuormittaa ympäristöä siellä, missä se tuotetaan. Lähiruoka tuleekin määritellä siten, että sen piiriin kuuluvat sekä ruoantuotantoalueet maaseudulla että ruoankulutus kaupungeissa. Lähiruoka ei välttämättä vähennä ympäristökuormitusta, mutta mitä lähempänä ruoantuotannon ympäristökuormitus tuntuu, sitä paremmin ympäristönäkökulma tulee otetuksi huomioon ja sen helpompaa on perustella ympäristönhoidon kustannusten jakamista yhteiskunnassa