Comparing carbon footprint of maize production in low-input, high-input, and agroforestry systems in Zambia

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202202221336
Title: Comparing carbon footprint of maize production in low-input, high-input, and agroforestry systems in Zambia
Author: Lahtinen, Oskari
Other contributor: Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Helsingfors universitet, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2022
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202202221336
http://hdl.handle.net/10138/340809
Thesis level: master's thesis
Degree program: Ympäristömuutoksen ja globaalin kestävyyden maisteriohjelma (ECGS)
Master's Programme in Environmental Change and Global Sustainability
Magisterprogrammet i miljöförändringar och global hållbarhet
Specialisation: Ympäristömuutos
Environmental Change
Miljöförändring
Abstract: Maatalous aiheuttaa n. 6,2 Gt CO2-Eq. päästöjä vuosittain, mikä vastaa n. 12 % vuosittaisista ihmisten aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä maailmanlaajuisesti. Maatalous on erityisen merkittävä dityppioksidin (N2O) sekä metaanin (CH4) tuottaja, sillä sen osuus kyseisistä päästöistä on n. 79 % ja 40 % maailmanlaajuisista ihmisen aiheuttamista päästöistä vuosittain, tässä järjestyksessä. Nämä kasvihuonekaasut ovat merkittäviä, sillä N2O on 273 kertaa voimakkaampi, ja CH4 27 kertaa voimakkaampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi (CO2). Monia erilaisia ruoantuotantosysteemejä on kehitetty, joiden avulla kasvihuonekaasujen määrää voidaan vähentää. Yksi lupaavimmista systeemeistä on puustoinen maatalous. Puustoinen maatalous on vanha systeemi, joka tarjoaa lukuisia hyötyjä. Puustoinen maatalous voi esimerkiksi nostaa satotasoa, parantaa biodiversiteettiä sekä tehostaa systeemin hiilensidontaa, ja näiden hyötyjen vuoksi kiinnostus puustoista maataloutta kohtaan on viime vuosikymmeninä lisääntynyt. Tässä maisterintutkielmassa vertaillaan kolmea eri maissintuotantosysteemiä keski-Sambiassa. Tavoitteena on selvittää, millä systeemeistä on matalin ympäristön lämmityspotentiaali. Nämä kolme eri tuotantosysteemiä ovat maissintuotanto monokulttuurissa ilman tuotantopanoksia, lukuun ottamatta maissin kylvösiemeniä; maissintuotanto monokulttuurissa käyttäen kemiallisia lannoitteita ja maissin kylvösiemeniä; sekä maissintuotanto puustoisen maatalouden systeemissä yhdessä Faidherbia albidan kanssa ilman tuotantopanoksia, lukuun ottamatta maissin kylvösiemeniä. Metodina käytetään elinkaariarviointia (LCA). LCA:ssa käytettiin kahta tapausta. Toiminnallinen yksikkö tapauksessa 1 oli 1000 kg kuiva-ainetta maissinjyviä, kun taas tapauksessa 2 toiminnallinen yksikkö oli 3 ha maissipelto. Näiden tapausten lisäksi tehtiin neljä herkkyysanalyysiä, joissa selvitettiin allokaation, satotason sekä F. albidan käytön vaikutuksia ympäristön lämmityspotentiaaliin. Tämän maisterintutkielman tulokset osoittavat, että puustoisen maatalouden systeemin ympäristön lämmityspotentiaali on alhaisin tapauksissa 1 ja 2. Puustoisen maatalouden systeemin ympäristön lämmityspotentiaali on alhaisin myös muissa herkkyysanalyyseissä, paitsi herkkyysanalyysissä, jossa toiminnallinen yksikkö on 3 ha maissipelto, ja maissintuotannossa ilman panoksia -skenaariossa käytetään vesivoimalla tuotettua sähköä energian lähteenä. Koska ruoantuotannon pitää kasvaa Sambiassa tulevaisuudessa, vaihtoehtoisia tuotantosysteemejä ovat käytännössä maissin tuotanto ulkoisten panosten kanssa, tai puustoinen maatalous. Tutkielman tulosten perusteella voidaan todeta, että ympäristön lämmityspotentiaalin näkökulmasta puustoinen maatalous on parempi vaihtoehto. Tulevissa tutkimuksissa pitäisi tutkia monimutkaisempia puustoisen maatalouden systeemejä, ja tämän lisäksi myös muiden kestävyyden osa-alueiden tutkiminen olisi hyödyllistä päätöksenteon tueksi.Agriculture is emitting ~6.2 Gt CO2-Eq. annually, which accounts for ~12 % of the total annual net anthropogenic greenhouse gas (GHG) emissions globally. Agriculture emits N2O and CH4, and it is responsible globally for ~79% of N2O emissions and ~40% CH4 emissions. These emissions are vital since N2O and CH4 are 273- and 27-times greater GHG than CO2, respectively. There are many different food production systems developed to reduce these emissions. One of the most promising systems is agroforestry. Agroforestry is a complex system where trees and/or shrubs are interacting with crops and/or animals. Agroforestry is an old practice which can provide plenty of advantages, e.g., increased yields, increased biodiversity, and increased carbon sequestration. Therefore, the interest towards it has been increasing in the last decades. In this master’s thesis the different maize production systems in Zambia were studied. The comparison was conducted between low-input maize monoculture where only external input was maize seed for sowing; high-input maize monoculture where mineral fertilizers and seeds for sowing were used; and maize-Faidherbia albida agroforestry system where only external input was maize seed for sowing. The goal of this master’s thesis was to find out, which production system is having the lowest climate change potential in the Central Province of Zambia. To conduct this study, Life Cycle Assessment (LCA) -method was used. Two cases were used in LCA, i.e., Case 1 with functional unit (FU) of 1000 kg d.m. maize grain, and Case 2 with FU of 3 ha maize field. Also, four sensitivity analyses were conducted. The result from this study indicates that agroforestry system had the lowest climate change potential in both cases, and in most of the sensitivity analyses. Only exception was found in the sensitivity analysis where above-ground biomass of F. albida was substituting hydropower. In this sensitivity analysis the monoculture without external inputs had the lowest climate change potential. Since the food production in Zambia must increase in the future to reduce the hunger, the high-input system or agroforestry system are more favourable options as they produce higher crop yields. When taking the climate change potential into account, according to the results of this thesis, the agroforestry system provides more benefits. The results of this thesis can provide new knowledge which could be used in the future decision-making processes. Yet, in the future studies, more complex agroforestry systems with more sustainability pillars should be considered to provide improved information for decision-making.
Subject: Agroforestry
LCA
Life Cycle Assessment
Food production
Maize
Faidherbia albida
Puustoinen maatalous
Elinkaariarviointi
maissi
Ruoantuotanto
Full text embargoed until: 2023-02-22


Files in this item

Files Size Format View

Embargo on files ends: 2023-02-22

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record