Maatalous on taloudellista toimintaa, joka on ratkaisevasti riippuvainen luonnonoloista ja luonnonvaraperustasta. Ruoantuotannon kautta maatalous on aivan oleellinen hyvinvointiin ja kansanterveyteen vaikuttava tekijä, mutta sen epäsuora vaikutus kansantalouteen ja työllisyyteen on myös merkittävä. Maaseutualueiden maankäytön kautta maatalous tuottaa myös monia ekosysteemipalveluja. Toisaalta maatalous myös kuormittaa ympäristöä, eikä ympäristökuormitus rajoitu maatalousekosysteemeihin, vaan vaikutukset ulottuvat laajalle niiden ulkopuolelle. Maataloudesta aiheutuvan ympäristö­kuormituksen vähentäminen sekä ruoan­tuotannon kestävyyden kaikinpuolinen kohentaminen vaativat hyvin monen eri alan asiantuntijuutta. Tämä väitöskirjatyö kuuluu agroekologisen tutkimuksen piiriin, sillä on yhtymäkohtia sekä ruokajärjestelmä- että kestävyystutkimukseen, ja työssä on sovellettu teollisen ekologian menetelmiä. Näiden tutkimusalojen keskeinen periaate on kokonaisvaltaisuus, ja ne edustavat monitieteistä, tieteidenvälistä ja lisääntyvässä määrin myös poikkitieteistä tutkimusotetta. Teollisen ekologian tutkimusmenetelmiä on käytetty paljon selviteltäessä ihmisen taloudellisen toiminnan ja luonnonvarojen käytön suhteita. Materiaalivirtatarkastelu (MFA) on vakiinnuttanut paikkansa ympäristöä ja taloutta kuvaavissa tilastointi­järjestelmissä, mutta sitä ei ole paljoakaan käytetty maatalouden yhteydessä. Tässä tutkimuksessa MFA-menetelmiä sovitetaan nimenomaan maatalouden tarpeisiin, ja tarkastellaan niiden soveltuvuutta maatalouden ekologisen kestävyyden arvioimisessa. Tutkimuksessa esitetään myös toinen lähestymistapa, joka perustuu erilaisiin ruokavaliovaihtoehtoihin, ruoankulutus­skenaarioihin. Molempia tapoja käytetään arvioitaessa, miten muutokset ruoan­kulutuksessa tai tuotantotavassa heijastuvat ympäristöön. Menetelmiä sovelletaan kansantalouden, toimialakohtaisen ja alueellisen tason tarkasteluun ottamalla huomioon sekä ruoan­tarjonta että sen kysyntä. Empiirisenä aineistona on käytetty virallisia maataloustilastoja, ja niitä on täydennetty julkaistuilla tutkimustuloksilla sekä asiantuntija-arvioinneilla. Tutkimuksen systeemirajaus, materiaalivirtojen määrittäminen ja maatalouden ekotehokkuusmittareiden muodostaminen perustuivat MFA-laskentaan. Tulokset sovitettiin integroituun panos-tuotosmalliin, jonka avulla tarkasteltiin ruoantuotantoon liittyvien materiaali- ja rahavirtojen liikkeitä kansantalouden eri toimialojen välillä. Ruoankulutusskenaariomenetelmää puolestaan käytettiin alueellisen tason tarkastelussa, kun arvioitiin ruoantuotannon paikallistamisen toteutettavuutta sekä paikallistamisen ympäristövaikutuksia. Ruoan­kulutusseknaariomenetelmää käytettiin myös kansantalouden tason aineistoon tarkasteltaessa maatalouden kasvihuonekaasupäästöjen eri lähteitä ja niiden osuutta kokonaispäästöistä. Tämä mahdollisti kahdella eri menetelmällä saatujen tulosten rsitiintarkistamisen. MFA-tulokset sellaisenaan tai ekotehokkuusmittareina ilmaistuna ovat käyttökelpoisia kuvattaessa toimialan kehitystä yleisellä tasolla. Niiden avulla ei kuitenkaan pystytä tunnistamaan ekologisen kestävyyden kannalta kriittisiä seikkoja tai kriittisiä alueita. Pyrittäessä ekotehokkuuden kohentamiseen ekotehokkuusmittareita ei myöskään pitäisi käyttää yksioikoisesti, vaan ympäristön kantokyky, luonnonvarojen riittävyys sekä mahdolliset rebound-vaikutukset pitää myös ottaa huomioon. Panos-tuotosmalli kuvaa ruoantuotantoon liittyvien raha- ja ainevirtojen jakautumista eri toimialojen välillä, ja se soveltuu siten kansantalouden tason tarkasteluihin. Malli laskee ruoantuotanto- tai kulutus­rakenteen muutosten vaikutukset ympäristöön ottamalla huomioon luonnonvarojen kokonaiskäytön, kasvihuonekaasu- ja happamoittavat päästöt, maatalouden energian­kulutuksen sekä maatalouden maankäytön. Maatalouden ekologisen kestävyyden kriittisten kohteiden tunnistaminen vaatii kuitenkin yksityiskohtaisempaa paikallistason tietoa. Ruoankulutusskenaariomenetelmä soveltuu alueellisen ja paikallisen tason tarkasteluihin. Sen avulla voidaan arvioida ruoantuotannon paikallistamisen toteutettavuutta sekä paikallistamisen vaikutuksia ympäristöön. Menetelmä ottaa huomioon monimuotoisuuden, vesistöjen rehevöitymisen sekä happamoitumisen ja ilmastonmuutoksen; mittareina ovat maatalouden maankäyttö ja viljelykasvimonimuotoisuus, peltojen ravinnetaseet, kasvihuonekaasupäästöt sekä happamoittavat päästöt. Ympäristövaikutusten arviointi perustuu niihin muutoksiin, joita erilaiset ruoka­valiovaihtoehdot toteutuessaan näissä mittareissa aiheuttaisivat. Menetelmää voidaan käyttää missä tahansa, mutta laskennassa käytettävät muuttujat täytyy sovittaa olosuhteiden mukaan. Menetelmän avulla voidaan siten saada paikallisesti merkityksellistä tietoa ympäristövaikutuksista. Panos-tuotosmalli ja ruoankulutusskenaariotarkastelu ovat pieniä askeleita kohti kokonaisvaltaista systeemistä tarkastelu­tapaa. Kumpikaan menetelmä ei kuitenkaan yksin - eivätkä menetelmät yhdessäkään - tuota riittävästi tietoa ruoantuotannon kestävyyden kohentamiseksi. Ruoantuotannon ympäristövaikutuksia tulee arvioida osana kestävää ruokahuoltoa yhdessä muiden kestävyyskriteerien kanssa. Tämä edellyttää, että monen eri tieteenalan tutkimustulokset sovitetaan yhteen ja niitä arvioidaan tietyn maantieteellisen alueen puitteissa. Ruoka-alue, joka käsittää sekä ruoantuotantoalueet maaseudulla että ruoankulutuksen keskittymät kaupungeissa voisi edustaa tutkimuksen kannalta sopivaa alueellista ulottuvuutta. Jotta kestävyyden eri osa-alueet tulevat tasapuolisesti huomioonotetuksi, tarvitaan kompromisseja. Tähän ei ole yleispätevää ohjetta, sillä olosuhteet vaihtelevat eri alueilla. Näin ollen arviointimenetelmät ja toimenpiteet riippuvat paikallisista olosuhteista, ja ne täytyy sopia yhdessä paikallisten toimijoiden kanssa.