Feed-food and land use competition of lowland and mountain dairy cow farms

Dairy cows and other ruminants contribute to human nutrition as they are able to convert feed components containing human inedible fibre concentrations (e.g. roughage and by-products from the food processing industry) into valuable animal-sourced food. A number of crops often fed to dairy cows (e.g. soy or cereals) are however potentially edible by humans too. Additionally, land used to grow dairy cattle feed on may compete with crop production for human consumption. Two different methods to assess the competition between feed consumption of dairy cows and human food supply were thus refined and tested on 25 Swiss dairy farms. With respect to the potential human edibility of the feeds used in dairy production, the human edible feed conversion ratio (eFCR) was applied. The land use ratio (LUR) was used to relate the food production potential, per area of land utilized, with the dairy production output. Low to medium eFCR, with values ranging from 0.02 to 0.68 were found, as an average proportion of 0.74 of total DM intake consisted of roughage. In contrast, we found relatively high LUR (0.69 to 5.93) for most farms. If the land area used to produce feed for cows was used for crop production (applying a crop rotation), 23 of the 25 farms could have produced more edible protein and all farms more human edible energy. Indicator values strongly depend on the underlying scenarios, such as the human edible proportion of feeds or the suitability of land and climate for crop production. Reducing the amount of human edible feeds in dairy farming by feeding by-products from the food processing industry and improving forage quality may be suitable strategies to reduce eFCR, but relying on low-opportunity cost feeds may restrict milk performance level per cow. On farm level, improving overall efficiency and therefore using less land (especially area suitable for crop production) per kg product decreases LUR. However, the most promising strategy to mitigate land use competition may be to localize dairy production to land areas not suitable for crop production. Both methods (eFCR and LUR) should be used in parallel. They offer an opportunity to holistically evaluate the net contribution of dairy production to the human food supply under different environmental conditions and stress the importance of production systems well suited to specific farm site characteristics

Allocation of environmental burdens in dairy systems: Expanding a biophysical approach for application to larger meat-to-milk ratios

The dairy sector is urged to reduce environmental impacts, such as greenhouse gas (GHG) emissions. But dairy farms not only produce milk: surplus calves and culled cows also yield meat as co-product. To split environmental impacts between milk and meat, a biophysical allocation method proposed by the International Dairy Federation (IDF) is currently used. Its applicability to farms with large meat-to-milk output ratios (beef-to-milk ratio, BMR) may be limited and lead to wrong conclusions when assessing GHG emissions and mitigation measures at farm level. To overcome these limitations, we developed a biophysical allocation approach based on the net energy requirement for milk and meat production according to internationally agreed energy requirements for dairy cows. Both the enhanced and the existing allocation methods were tested on an international dataset that included farms with a large range of BMR, as can be found in dual-purpose production systems or on farms with low milk productivity. The results from the international dataset reveal that the allocation factor does not substantially change for production systems with low BMR. For BMR up to 0.03 kg live weight (LW)/kg of fat- and protein-corrected milk (FPCM), the maximum deviation in the allocation factor between the two methods was 0.047. For larger BMR, the developed method still allocated relevant shares of emissions to meat while the standard approach did not. The developed method is less sensitive to shifts in BMR, especially for low-performing dairy farms. In addition, both methods were tested on a dataset of 46 Swiss dairy farms. By increasing the longevity of cows (one additional lactation), the impacts of altered BMR on the modelled GHG emissions and their allocation on milk and meat could be assessed. Increased longevity resulted in fewer cows to be replaced, decreased emissions from the rearing of replacement stock (-444 kg CO2-equivalents/cow/year) and lower meat output (-61 kg LW/cow/year), as fewer cows were culled. Consequently, a larger share of emissions was allocated to milk. While the standard biophysical allocation approach did not result in reduced GHG emissions per kg of milk (+0.002 kg CO2-equivalents/kg FPCM), the newly developed approach generated a modest (-0.022 kg CO2-equivalents/kg FPCM), although not significant reduction. The effects of GHG mitigation measures that affect BMR are thus represented more accurately than when applying the standard approach. Based on the presented data, we encourage the revision of currently used international standards for allocating environmental impacts to milk and meat

Treibhausgase: KLIR – Modell zur einzelbetrieblichen Berechnung der Emissionen auf Milchviehbetrieben

Die Schweizer Landwirtschaft verursacht rund 13 Prozent der Treibhausgasemissionen der Schweiz. Über die Hälfte davon entfällt dabei auf die Milchviehhaltung. Um Reduktionsmassnahmen auf der Stufe von Einzelbetrieben zu evaluieren, werden Bilanzierungsmodelle benötigt, welche die Produktionstechnik differenziert abbilden. In einem gemeinsamen Projekt von Aaremilch und Nestlé wurde durch die HAFL ein Modell zur einzelbetrieblichen Berechnung der Treibhausgasemissionen aus der Milchviehhaltung entwickelt. Die Berechnungsmethodik beruht auf international anerkannten Standards, die, wo möglich, für die Schweiz adaptiert wurden. Mit dem Modell wurden für 46 Milchviehbetriebe im Kanton Bern die Treibhausgasemissionen berechnet. Im Mittel der Betriebe entfallen rund 56 % der Emissionen auf die enterische Fermentation, 23 % auf die Hofdüngerlagerung und 20 % auf die Produktion von Futtermitteln. Die Treibhausgasemissionen liegen mit 1,01 kg CO2-Äquivalenten pro kg ECM tiefer als bisher für die Schweiz angenommen. Werden die Emissionen auch dem mit der Milchviehhaltung verbundenen Koppelprodukt Fleisch zugeordnet (alloziert), reduzieren sich die Emissionen in Abhängigkeit der gewählten Allokationsmethode auf 0,77 bis 0,75 kg CO2-Äquivalente pro kg ECM. Die Resultate zeigen die Bedeutung der Verwendung von betriebsspezifischen Angaben zur Produktionstechnik, um die einzelbetrieblichen Emissionen differenziert abbilden zu können und Reduktionspotenziale zu identifizieren. Die Auswirkungen möglicher Reduktionsmassnahmen werden in einem folgenden Beitrag behandelt

Indikatoren für die Flächen- und Nahrungsmittelkonkurrenz in der Schweizer Milchproduktion: Entwicklung und Test zweier Methoden

Indikatoren für die Flächen- und Nahrungsmittelkonkurrenz in der Schweizer Milchproduktion: Entwicklung und Test zweier Methoden Kühe und andere Wiederkäuer können für den Menschen nicht nutzbare Nährstoffe in Form von Wiesenfutter in Nahrungsmittel verwandeln. Werden aber Futtermittel eingesetzt, die auch direkt für die menschliche Ernährung verwendbar sind, oder die auf Flächen produziert werden, die auch ackerbaulich genutzt werden könnten, besteht eine Nahrungsmittel- bzw. Flächenkonkurrenz zwischen dem Anbau von Futtermitteln für die Milchproduktion und der menschlichen Ernährung (sogenannte «Feed-Food Competition»). Diesem Aspekt wird in bisherigen Nachhaltigkeitsbewertungen wenig Beachtung geschenkt. Dabei ist es gerade vor dem Hintergrund einer weiter wachsenden Weltbevölkerung wichtig, die begrenzten landwirtschaftlich nutzbaren Flächen möglichst effizient für die Nahrungsmittelproduktion zu nutzen. Eine Voraussetzung hierfür ist, dass diese Konkurrenz zwischen Tier und Mensch bemessen und gezielt reduziert werden kann. In der vorliegenden Studie wurden im Auftrag von WWF Schweiz, Emmi, den Schweizer Milchproduzenten (SMP) und den Zentralschweizer Milchproduzenten (ZMP) und dank finanzieller Unterstützung der Stiftung Sur-La-Croix zwei Indikatoren zur Ermittlung der Nahrungsmittel- und Flächenkonkurrenz bezüglich Energieund Proteinversorgung für die menschliche Ernährung entwickelt und auf 25 Milchproduktionsbetrieben angewandt. Der Indikator «Nahrungsmittelkonkurrenz» beantwortet die Frage: «Welchen Beitrag in Form von Milch und Fleisch leistet die Milchproduktion zur Protein- und Energieversorgung des Menschen im Vergleich zu den eingesetzten Futtermitteln?» Er setzt bei den verwendeten Futtermitteln an und beschreibt deren Anteil an für den Menschen potenziell verdaubarem Protein bzw. Energie im Verhältnis zu deren Output durch die Produktion von Milch und Fleisch. Der Indikator «Flächenkonkurrenz» hingegen untersucht die indirekte Konkurrenz über die Flächennutzung und beantwortet die Frage: «Welchen Beitrag zur Protein- und Energieversorgung des Menschen könnte ein direkter Anbau von Ackerkulturen auf den für die Milchproduktion eingesetzten Fläche im Vergleich zur Milchproduktion leisten?» Dieser Indikator setzt direkt bei der Bodennutzung an und beschreibt das Potenzial der Nahrungsmittelproduktion in Bezug auf das verdauliche Protein bzw. die verdauliche Energie für den Menschen. Dieses Potenzial wird ebenfalls der effektiven Nahrungsmittelproduktion durch die Milchproduktion auf der betreffenden Fläche gegenübergestellt. Indikatorwerte > 1 bedeuten, dass die Futtermittel (Indikator Nahrungsmittelkonkurrenz) bzw. das ackerbauliche Potenzial (Indikator Flächenkonkurrenz) mehr Protein bzw. Energie für die menschliche Ernährung beinhalten, als durch die Milchproduktion in Form von Milch und Fleisch auf dem jeweiligen Betrieb produziert werden. Analog dazu bedeuten Werte 1 signifient que les aliments pour animaux (indicateur de la concurrence alimentaire) ou le potentiel des terres arables (indicateur de la concurrence pour l’utilisation des surfaces) contiennent davantage de protéines ou d'énergie pour l’alimentation humaine que la production de lait ne peut en fournir sous forme de lait et de viande dans l'exploitation concernée. De même, les valeurs < 1 signifient une contribution nette de la production laitière à l'apport alimentaire. Il s'agit, à notre connaissance, de la première étude qui combine ces deux indicateurs. Ils ont été transposés de telle sorte qu'ils peuvent être appliqués relativement facilement à n'importe quelle exploitation laitière suisse. Par rapport aux études scientifiques existantes, la méthodologie a été affinée et adaptée pour les deux indicateurs. La liste des aliments fourragers considérés a été considérablement étendue afin que tous les aliments pour animaux répertoriés dans la base de données des aliments pour animaux puissent être pris en compte. Le potentiel de rendement des plantes prend en compte non seulement la meilleure culture, mais une rotation optimisée des cultures. La capacité arable des surfaces a été estimée en détail pour la Suisse sur la base d’informations relatives aux surfaces disponibles et de données des exploitations. En outre, la qualité des protéines a été systématiquement prise en compte. Les deux indicateurs ont été appliqués à 25 exploitations agricoles sélectionnées. Ces exploitations ne constituent pas un échantillon représentatif des exploitations laitières suisses. Elles se distinguent par la région d’implantation, la zone de production, le rendement laitier, le type d'agriculture (biologique, PER) et la proportion de production fourragère sur des terres arables. Elles se situent sur le Plateau et dans la zone des Préalpes. En ce qui concerne l'indicateur «concurrence alimentaire», les exploitations étudiées ont des valeurs comprises entre 0,01 et 0,54 pour les protéines et entre 0,03 et 0,68 pour l'énergie. Cela signifie qu'il y a peu de concurrence directe par rapport aux aliments pour animaux utilisés ou que le système de production laitière produit davantage de protéines ou d'énergie qui peuvent être utilisées pour l’alimentation humaine que la quantité utilisée pour les aliments fourrag

Versuchsbeschrieb und Qualität des frischen Wiesenfutters : Serie Systemvergleich Hohenrain II

Im Systemvergleich Hohenrain II wurden drei Fütterungssysteme auf Basis von frischem Wiesenfutter miteinander verglichen. Dazu wurden von 2014-2016 die zwei Systeme Teilweide mit Eingrasen und reduzierter (EGKF) beziehungsweise erhöhter Kraftfuttergabe (EGKFplus) mit der Vollweide (VW) als Referenzsystem verglichen. Auf dem Gutsbetrieb des BBZN Hohenrain in Luzern wurden drei Herden in je einem Fütterungssystem gehalten. Allen Herden stand dieselbe Futterfläche zur Verfügung. Auch 36 Pilotbetriebe aus dem Schweizer Mittelland beteiligten sich am Projekt und unterstützten über die Teilnahme an Arbeitskreisen die Praxisverknüpfung und den Wissenstransfer. Die höchsten Energiegehalte im Eingrasfutter wurden im Frühjahr erreicht. Diese sind mit den bekannten Tabellenwerten vergleichbar. Gegenüber den Kurzrasenweiden lagen die Gehalte bedeutend tiefer und waren insbesondere über die Sommermonate starken Schwankungen unterworfen. Dies wird auf das Nutzungsstadium und die sommerlichen Witterungseinflüsse zurückgeführt, welche die Verdaulichkeit des Wiesenfutters wesentlich beeinflussen. Analog zur Weide sollten deshalb Entscheidungshilfen entwickelt werden, welche die Praxis bei der Nutzung der Eingrasbestände im optimalen Stadium unterstützen.In Svizzera molte aziende produttrici di latte fanno uso di sostanziali percentuali di foraggio verde nella razione alimentare. Obiettivo di questo progetto è stata la comparazione tra tre sistemi che si basano sull’alimentazione del bestiame con man-gime verde fresco. A tale scopo, tra il 2014 e il 2016, i due sistemi a pascolo parziale con afforaggiamento di erba fresca e apporto di concentrati ridotto (EGKF) o maggiorato (EGKFplus) sono stati messi a confronto, assumendo il pascolo integrale (VW) come sistema di riferimento. Il presente articolo informa sul dispositivo dell’esperimento e sui primi risultati riguardanti il contenuto di energia del foraggio verde fresco. Nell’a-zienda agricola del centro di formazione professionale BBZN di Hohenrain (LU) il bestiame da latte (70 capi) è stato suddiviso in tre mandrie e inserito nei rispettivi sistemi di foraggiamento. Ad ogni mandria è stata messa a disposizione la stessa superficie di terreno per il pascolo o le colture foraggere (12 ha), mentre la media del numero di mucche e la quantità di mangime concen-trato impiegato erano differenziate in base ai diversi sistemi. Anche 36 aziende agricole dell’altopiano svizzero hanno preso parte al progetto, sostenendo la messa in pratica e il trasferimento del sapere tramite la parteci-pazione a gruppi di lavoro. I tenori più alti di energia netta di lattazione (NEL) nel forag-gio verde (MJ/kg SS) sono stati raggiunti in primavera, ed erano paragonabili ai valori delle tabelle di riferimento. I tenori sono risultati essere significativamente inferiori rispetto a quelli del pascolo ad erba corta e sono stati soggetti a forti oscillazioni soprat-tutto nei mesi estivi. Ciò è da ricondurre all’irregolare stadio di maturazione dell’erba al momento della raccolta e alle condizioni metereologiche, che influenzano di molto la digeribilità del foraggio verde. Supporti decisionali alla pratica dell’afforaggiamento di erba fresca potrebbero contribuire a migliorare la situazione.Partial grazing with indoor feeding of fresh grass is an important feeding system for Swiss dairy farms. From 2014 to 2016, three production systems – ‘partial grazing with indoor feeding of fresh grass with reduced (EGKF, 418 kg) and increased concentrate supplementation (EGKFplus; 1161 kg) was compared with full-time grazing (FG) with reduced concentrate supplementation on 36 pilot farms in Switzerland. This article describes the set-up and initial results regarding the energy content of the fresh grass. The seventy-head dairy herd on the BBZN Hohenrain school farm in Lucerne was divided into three sub-herds, each of which was kept in one of the three feeding systems. While all three herds had the same amount of land at their disposal as pasture or foddergrowing land (12 ha), the average number of cows and the quantity of concentrate used differed according to the system. Thirty-six pilot farms in the Swiss Plateau were also involved in the project and gave support by participating in study groups focussing on linking practice and transferring knowledge. The highest NEL contents in grass fodder (MJ/kg DM) were measured in spring. These were comparable with reference values. However, compared to continuous grazing, the contents were significantly lower and, particularly during summer, were subject to strong fluctuations. This is a result of the irregular utilisation stage and the influence of summer weather conditions, both of which significantly impact the digestibility of grass fodder. Decision-making aids to support practitioners with forage harvesting could lead to improvements here

How cows compete with human nutrition - assessing feed-food and land use competition of Swiss dairy production.

Ruminants are able to convert feed sources not directly usable by humans into valuable human-edible food. If, however, ruminants are fed with feedstuff that could have been consumed directly as food by humans (i.e. cereals), or which were produced on land that could be used to grow arable crops for direct human consumption, competition arises between feed production for ruminants and food production for humans. We developed and applied two different methods to assess feed-food and landuse competition on Swiss dairy farms. Depending on the amount and type of concentrate used, limited feed-food competition was found. All farms showed a larger edible output (in terms of milk and meat) than input (in terms of feedstuffs). Contrastingly, strong competition for land-use was found, as most farms (depending on the proportion of arable land) could have produced more edible energy and protein, if the land had been used instead for direct human food production

Reconsidering the land resource for food production: quantifying feed-food competition in dairy systems

Purpose Land used in agricultural production provides different services and causes various impacts. The potential of the land resource to produce biomass can e.g. be reflected by exergy-based methods using net primary productivity indicators. However, the potential to produce food, feed, fuel and fibres is currently not considered by common resource indicators. In this study, indicators for quantifying the feed-food competition in animal production in terms of energy and protein supply for human consumption were used. Methods The food-competition indicator reflects the direct competition and quantifies human edible protein and energy contained in the feedstuffs used in relation to the milk and meat produced. The land-competition indicator refers to the indirect competition for land use, and quantifies the potential of the land used to produce protein and energy for human nutrition by food crops relative to human edible proteins and energy from milk and meat. Protein quality (using the DIAAS method) was systematically taken into account for both indicators. They were applied to 25 Swiss dairy farms. Results The food-competition indicator (0.01-0.54 for protein, and 0.03-0.68 for energy) showed a low direct competition. There was a strong correlation with the use of concentrates per unit of milk. The use of by-products from food and feed production led to lower food competition. The land-competition indicator showed a strong competition in most cases (0.69-2.64 for protein, and 1.52-5.93 for energy). Only two farms had an indicator value of <1 for protein. Determining factors were the arable land area, its yield potential, and milk-production efficiency parameters (feed utilisation, restocking rate). Both indicators showed lower competition with regard to protein than with regard to energy, as the protein quality in animal products is rated higher than that of the protein in food crops. Conclusions The food-competition and land-competition indicators describe different aspects of competition and do not correlate. The combination of indicators helps to assess feed-food competition in a comprehensive way. Furthermore, the land-competition indicator can be used in agricultural LCA studies to describe the food production potential of the land occupied