Fosfori on kasvintuotannon kannalta välttämätön ravinne. Se lisää satoja mutta tuotantoalueen alapuolisissa vesistöissä sen huuhtoutuminen voi kiihdyttää rehevöitymistä. Yksityistaloudellisesti järkevä fosforinkäytön taso määräytyy fosforin hinnan, sen satovaikutuksen ja lopputuotteen hinnan perusteella. Yhteiskunnallisesti järkevää tasoa määriteltäessä tulee tämän lisäksi ottaa huomioon fosforihuuhtoumien vaikutus rehevöitymiseen ja sen kielteiset hyvinvointivaikutukset kuten heikentyneet virkistyskäyttömahdollisuudet, kalakantojen muutokset ja massaleväkukintojen todennäköisyyksien kasvaminen. Tässä väitöskirjassa luodaan viitekehys fosforinkäytön järkevän tason määrittelemiseen niin yksityis- kuin yhteiskuntataloudelliselta kannalta. Luodun mallin tilamuuttujana on maaperään kertynyt, kasveille potentiaalisesti käyttökelpoinen fosforivaranto, jonka tasoa voidaan hitaasti ohjata vuotuisella fosforilannoituksella. Tämä maaperän fosfori on sadon kannalta varsinaista fosforilannoitusta merkittävämpi komponentti. Liukoisen, välittömästi kasveille käyttökelpoisen fosforin huuhtouma on niinikään sidoksissa tähän fosforivarantoon. Mallilla ratkaistaan myös, kuinka eroosioherkkyydestä riippuvan hiukkasmaisen fosforin joutumista vesistöihin tulisi torjua vesistöjen varteen perustettavin suojakaistoin. Mallia sovelletaan savimailla viljeltävän ohran fosforilannoituksen tarkasteluun. Mallin avulla tarkastellaan hintojen, haitan arvostuksen ja maaperän fosforidynamiikan vaikutuksia järkevään pitkän aikavälin fosforinkäyttöön. Lisäksi analysoidaan optimiratkaisua tukevien taloudellisten ohjauskeinojen asetantaa. Tulosten mukaan ohjauksen kannattaisi perustua suoraan maaperän fosforitasoon vuotuisen lannoitusmäärän asemesta. Toisaalta tulosten mukaan viljelijän ja yhteiskunnan toisistaan poikkeavat diskonttokorot vaikuttavat ohjauskeinojen tasoon merkittävästi. Työssä selvitetään myös, miten fosforivaranto kannattaa ohjata kohti pitkän aikavälin tasapainoa eri lähtötasoilta lähdettäessä. Samoin selvitetään, miten optimaaliset polut kohti tasapainoa riippuvat tarkasteltavan lohkon eroosioherkkyydestä. Fosforivarannon lähtötason vaikutus optimaalisiin polkuihin on merkittävä. Korkeimmilta lähtötasoilta lähdettäessä optimaaliset polut pyrkivät pudottamaan varantoja erittäin nopeasti kohti tasapainoa. Maaperäprosessit ovat kuitenkin erittäin hitaita ja fosforivarannon köyhdyttäminen voi kestää kymmeniä vuosia. Tutkimus nostaa esille myös menetelmällisesti mielenkiintoisen ilmiön diskontattujen hyötyjen summan maksimointiin perustuvassa optimointitehtävässä. Kun hyöty ja haitta linkittyvät samaan dynaamiseen tilamuuttujaan, tasapainoratkaisulla voi varsin tavallisten ehtojen vallitessa olla yllättävä ominaisuus: yksityistaloudellisen optimipolun loppuosa - pitkän ajan tasapaino mukaan lukien - voi tietystä ajanhetkestä eteenpäin tuottaa suurempaa yhteiskunnallista hyötyä kuin yhteiskunnallisesti optimaalinen polku. Työssä formalisoidaan tämä ilmiö ja tarkastellaan sen ilmenemistä.
