Influence of harvesting strategy on nutrient supply and production of dairy cows consuming diets based on grass and red clover silage

The main objective of this thesis was to elucidate the effects of regrowth grass silage and red clover silage on nutrient supply and milk production of dairy cows as compared with primary growth grass silages. In the first experiment (publication I), two primary growth and four regrowth grass silages were harvested at two stages of growth. These six silages were fed to 24 lactating dairy cows with two levels of concentrate allowance. Silage intake and energy corrected milk yield (ECM) responses, and the range in these response variables between the diets, were smaller when regrowth silages rather than primary growth silages were fed. Milk production of dairy cows reflected the intake of metabolizable energy (ME), and no differences in the ME utilization were found between the diets based on silages harvested from primary growth and regrowth. The ECM response to increased concentrate allowance was, on average, greater when regrowth rather than primary growth silages were fed. In the second experiment (publication II), two silages from primary growth and two from regrowth used in I were fed to rumen cannulated lactating dairy cows. Cows consumed less feed dry matter (DM), energy and protein, and produced less milk, when fed diets based on regrowth silages rather than primary growth silages. Lower milk production responses of regrowth grass silage diets were mainly due to the lower silage DM intake, and could not be accounted for by differences in energy or protein utilization. Regrowth grass silage intake was not limited due to neutral detergent fibre (NDF) digestion or rumen fill or passage kinetics. However, lower intake may be at least partly attributable to plant diseases such as leaf spot infections, dead deteriorating material or abundance of weeds, which are all higher in regrowth compared with primary growth, and increase with advancing regrowth. In the third experiment (publications III and IV), red clover silages and grass silages harvested at two stages of growth, and a mixed diet of red clover and grass silages, were fed to five rumen cannulated lactating dairy cows. In spite of the lower average ME intake for red clover diets, the ECM production remained unchanged suggesting more efficient utilisation of ME for red clover diets compared with grass diets. Intake of N, and omasal canal flows of total non-ammonia N (NAN), microbial and non-microbial NAN were higher for red clover than for grass silage diets, but were not affected by forage maturity. Delaying the harvest tended to decrease DM intake of grass silage and increase that of red clover silage. The digestion rate of potentially digestible NDF was faster for red clover diets than for grass silage diets. Delaying the harvest decreased the digestion rate for grass but increased it for red clover silage diets. The low intake of early-cut red clover silage could not be explained by silage digestibility, fermentation quality, or rumen fill but was most likely related to the nutritionally suboptimal diet composition because inclusion of moderate quality grass silage in mixed diet increased silage DM intake. Despite the higher total amino acid supply of cows fed red clover versus grass silage diets, further milk production responses on red clover diets were possibly compromised by an inadequate supply of methionine as evidenced by lower methionine concentration in the amino acid profile of omasal digesta and plasma. Increasing the maturity of ensiled red clover does not seem to affect silage DM intake as consistently as that of grasses. The efficiency of N utilization for milk protein synthesis was lower for red clover diets than for grass diets. It was negatively related to diet crude protein concentration similarly to grass silage diets.

The effects of stall surfaces and milk yield on the lying behavior of dairy cow

The importance of lying behavior to dairy cows and the feasible definition of lying has attracted many studies on the subject. Cattle show both behavioral and physiological stress responses when subjected to thwarting of their lying behavior. If cows are unable to lie down they later compensate for lost lying time when possible. Environmental factors such as housing and bedding systems have been noted to affect the time spent lying, but there is usually large variation in lying time between individuals. Internal factors such as the reproductive stage, age and health of cows affect their lying time and can cause variation. However, the effect of higher milk production on behavior has not previously been illuminated. The objective of this study was to provide data applicable for the improvement of resting conditions of cows. The preference of stall surface material, differences in normal behavior per unit time and various health measures were observed. The aim was to evaluate lying behavior and cow comfort on different stall bedding materials. In addition, the effect of milk yield on behavior was examined in a tie stall experiment. The preferences for surface materials were investigated in 5 experiments using 3 surface materials with bedding manipulations. According to the results, the cows preferred abundant straw bedding and soft rubber mats. However, they showed an aversion to sand bedding. Some individuals even refused to use stalls with sand when no organic bedding material was present. However, this study was unable to determine the reason for the avoidance, as neither the sand particle size nor thermal properties appeared critical. However, previous exposure to particular surface materials increased the preference for them. The amount of straw bedding was found to be an important factor affecting the preferences for stalls, and the lying time in stalls increased when the flooring softness was improved by applying straw or by installing elastic mats. Despite sand being the least preferred flooring material in preference tests, the health of legs improved during exposure to sand-floored stalls. Moreover cows using sand were cleaner than those that used straw stalls. Thus, sand bedding entailed some health benefits despite the contradictory results of preference tests, which more strongly reflected the perceptions of individual animals. Milk yield was observed to affect behavior by reducing the lying time, possibly due to factors other than longer duration of eating. High yielding cows seemed to intensify their lying bouts, as they were observed to lie with the neck muscles relaxed sooner after lying down than lower yielding cows. In conclusion, cows were found to prefer softer stall surface materials and organic bedding material. In addition, the lying time was reduced by a high milk yield, although the lying time seemed to be important for resting. Cows might differ in the needs for their lying environment. The management of dairy cows should eliminate any unnecessary prevention of lying, as even in tie-stalls high yielding cows seem to be affected by time constraints. Adding fresh bedding material to stalls increases the comfort of any stall flooring material.

Automatic Lameness Detection in a Milking Robot : Instrumentation, measurement software, algorithms for data analysis and a neural network model

The aim of this thesis is to develop a fully automatic lameness detection system that operates in a milking robot. The instrumentation, measurement software, algorithms for data analysis and a neural network model for lameness detection were developed. Automatic milking has become a common practice in dairy husbandry, and in the year 2006 about 4000 farms worldwide used over 6000 milking robots. There is a worldwide movement with the objective of fully automating every process from feeding to milking. Increase in automation is a consequence of increasing farm sizes, the demand for more efficient production and the growth of labour costs. As the level of automation increases, the time that the cattle keeper uses for monitoring animals often decreases. This has created a need for systems for automatically monitoring the health of farm animals. The popularity of milking robots also offers a new and unique possibility to monitor animals in a single confined space up to four times daily. Lameness is a crucial welfare issue in the modern dairy industry. Limb disorders cause serious welfare, health and economic problems especially in loose housing of cattle. Lameness causes losses in milk production and leads to early culling of animals. These costs could be reduced with early identification and treatment. At present, only a few methods for automatically detecting lameness have been developed, and the most common methods used for lameness detection and assessment are various visual locomotion scoring systems. The problem with locomotion scoring is that it needs experience to be conducted properly, it is labour intensive as an on-farm method and the results are subjective. A four balance system for measuring the leg load distribution of dairy cows during milking in order to detect lameness was developed and set up in the University of Helsinki Research farm Suitia. The leg weights of 73 cows were successfully recorded during almost 10,000 robotic milkings over a period of 5 months. The cows were locomotion scored weekly, and the lame cows were inspected clinically for hoof lesions. Unsuccessful measurements, caused by cows standing outside the balances, were removed from the data with a special algorithm, and the mean leg loads and the number of kicks during milking was calculated. In order to develop an expert system to automatically detect lameness cases, a model was needed. A probabilistic neural network (PNN) classifier model was chosen for the task. The data was divided in two parts and 5,074 measurements from 37 cows were used to train the model. The operation of the model was evaluated for its ability to detect lameness in the validating dataset, which had 4,868 measurements from 36 cows. The model was able to classify 96% of the measurements correctly as sound or lame cows, and 100% of the lameness cases in the validation data were identified. The number of measurements causing false alarms was 1.1%. The developed model has the potential to be used for on-farm decision support and can be used in a real-time lameness monitoring system.

Quantitative trait loci detection and benefits from marker-assisted selection in dairy cattle

Knowing the chromosomal areas or actual genes affecting the traits under selection would add more information to be used in the selection decisions which would potentially lead to higher genetic response. The first objective of this study was to map quantitative trait loci (QTL) affecting economically important traits in the Finnish Ayrshire population. The second objective was to investigate the effects of using QTL information in marker-assisted selection (MAS) on the genetic response and the linkage disequilibrium between the different parts of the genome. Whole genome scans were carried out on a grand-daughter design with 12 half-sib families and a total of 493 sons. Twelve different traits were studied: milk yield, protein yield, protein content, fat yield, fat content, somatic cell score (SCS), mastitis treatments, other veterinary treatments, days open, fertility treatments, non-return rate, and calf mortality. The average spacing of the typed markers was 20 cM with 2 to 14 markers per chromosome. Associations between markers and traits were analyzed with multiple marker regression. Significance was determined by permutation and genome-wise P-values obtained by Bonferroni correction. The benefits from MAS were investigated by simulation: a conventional progeny testing scheme was compared to a scheme where QTL information was used within families to select among full-sibs in the male path. Two QTL on different chromosomes were modelled. The effects of different starting frequencies of the favourable alleles and different size of the QTL effects were evaluated. A large number of QTL, 48 in total, were detected at 5% or higher chromosome-wise significance. QTL for milk production were found on 8 chromosomes, for SCS on 6, for mastitis treatments on 1, for other veterinary treatments on 5, for days open on 7, for fertility treatments on 7, for calf mortality on 6, and for non-return rate on 2 chromosomes. In the simulation study the total genetic response was faster with MAS than with conventional selection and the advantage of MAS persisted over the studied generations. The rate of response and the difference between the selection schemes reflected clearly the changes in allele frequencies of the favourable QTL. The disequilibrium between the polygenes and QTL was always negative and it was larger with larger QTL size. The disequilibrium between the two QTL was larger with QTL of large effect and it was somewhat larger with MAS for scenarios with starting frequencies below 0.5 for QTL of moderate size and below 0.3 for large QTL. In conclusion, several QTL affecting economically important traits of dairy cattle were detected. Further studies are needed to verify these QTL, check their presence in the present breeding population, look for pleiotropy and fine map the most interesting QTL regions. The results of the simulation studies show that using MAS together with embryo transfer to pre-select young bulls within families is a useful approach to increase the genetic merit of the AI-bulls compared to conventional selection.

Winter feeding strategies for suckler cows in cold climatic conditions

In Finland, suckler cow production is carried out in circumstances characterized by a long winter period and a short grazing period. The traditional winter housing system for suckler cows has been insulated or uninsulated buildings, but there is a demand for developing less expensive housing systems. In addition, more information is needed on new winter feeding strategies, carried out in inexpensive winter facilities with conventional (hay, grass silage, straw) or alternative (treated straw, industrial by-product, whole-crop silage) feeds. The new feeding techniques should not have any detrimental effects on animal welfare in order to be acceptable to both farmers and consumers. Furthermore, no official feeding recommendations for suckler cows are available in Finland and, thus, recommendations for dairy cows have been used. However, this may lead to over- or underfeeding of suckler cows and, finally, to decreased economic output. In Experiment I, second-calf beef-dairy suckler cows were used to compare the effects of diets based on hay (H) or urea-treated straw (US) at two feeding levels (Moderate; M vs. Low; L) on the performance of cows and calves. Live weight (LW) gain during the indoor feeding was lower for cows on level L than on level M. Cows on diet US lost more LW indoors than those on diet H. The cows replenished the LW losses on good pasture. Calf LW gain and cow milk production were unaffected by the treatments. Conception rate was unaffected by the treatments but was only 69%. Urea-treated straw proved to be a suitable winter feed for spring-calving suckler cows. Experiment II studied the effects of feeding accuracy on the performance of first- and second-calf beef-dairy cows and calves. In II-1, the day-to-day variation in the roughage offered ranged up to ± 40%. In II-2, the same variation was used in two-week periods. Variation of the roughages offered had minor effects on cow performance. Reproduction was unaffected by the feeding accuracy. Accurate feeding is not necessary for young beef-dairy crosses, if the total amount of energy offered over a period of a few weeks fulfills the energy requirements. Effects of feeding strategies with alternative feeds on the performance of mature beef-dairy and beef cows and calves were evaluated in Experiment III. Two studies consisted of two feeding strategies (Step-up vs. Flat-rate) and two diets (Control vs. Alternative). There were no differences between treatments in the cow LW, body condition score (BCS), calf pre-weaning LW gain and cow reproduction. A flat-rate strategy can be practised in the nutrition of mature suckler cows. Oat hull based flour-mill by product can partly replace grass silage and straw in the winter diet. Whole-crop barley silage can be offered as a sole feed to suckler cows. Experiment IV evaluated during the winter feeding period the effects of replacing grass silage with whole-crop barley or oat silage on mature beef cow and calf performance. Both whole-crop silages were suitable winter feeds for suckler cows in cold outdoor winter conditions. Experiment V aimed at assessing the effects of daily feeding vs. feeding every third day on the performance of mature beef cows and calves. No differences between the treatments were observed in cow LW, BCS, milk production and calf LW. The serum concentrations of urea and long-chain fatty acids were increased on the third day after feeding in the cows fed every third day. Despite of that the feeding every third day is an acceptable feeding strategy for mature suckler cows. Experiment VI studied the effects of feeding levels and long-term cold climatic conditions on mature beef cows and calves. The cows were overwintered in outdoor facilities or in an uninsulated indoor facility. Whole-crop barley silage was offered either ad libitum or restricted. All the facilities offered adequate shelter for the cows. The restricted offering of whole-crop barley silage provided enough energy for the cows. The Finnish energy recommendations for dairy cows were too high for mature beef breed suckler cows in good body condition at housing, even in cold conditions. Therefore, there is need to determine feeding recommendations for suckler cows in Finland. The results showed that the required amount of energy can be offered to the cows using conventional or alternative feeds provided at a lower feeding level, with an inaccurate feeding, flat-rate feeding or feeding every third day strategy. The cows must have an opportunity to replenish the LW and BCS losses at pasture before the next winter. Production in cold conditions can be practised in inexpensive facilities when shelter against rain and wind, a dry resting place, adequate amounts of feed suitable for cold conditions and water are provided for the animals as was done in the present study.

Ruokauskomukset Mosambikin maaseudun raskaana olevilla ja imettävillä naisilla

Ihmisille ympäri maailmaa on tyypillistä valita tiettyjä ruokia suuremmasta valikoimasta syömäkelpoista ruokaa ja luoda mieltymyksiä sekä kieltoja joitakin ruokia kohtaan. Näitä ilmiöitä kutsutaan ruokauskomuksiksi ja ne ovat tärkeä osa kulttuuria. Niiden taustalla on usein terveydelliset perustelut tai sosiaalinen arvostus yhteisössä. Afrikassa on todettu olevan paljon erilaisia ruokauskomuksia, jotka kohdistuvat usein raskaana oleviin ja imettäviin naisiin sekä lapsiin, ryhmään, joka on fysiologisesti erityisen herkässä elämänvaiheessa. Ravitsemustilan tai ruokaturvan ollessa heikko, mahdollisilla ruokauskomuksilla voi olla merkittävät seuraukset erityisesti tämän väestönosan terveydentilaan. Aliravitsemus ja virheravitsemus ovat edelleen suuria ongelmia Afrikassa ja muissa kehittyvissä maissa. Tämän työn tavoitteena oli tutkia laadullisin menetelmin, onko erityisesti raskaana olevilla ja imettävillä naisilla Keski-Mosambikin maaseudulla, Zambézian maakunnassa, ruokauskomuksia, mitä ne mahdollisesti ovat, sekä arvioida voiko ruokauskomuksilla olla ravitsemuksellista merkitystä. Menetelminä oli 5 ryhmähaastattelua kolmessa kylässä ja 10 yksilöhaastattelua kahdessa kylässä. Tutkittavat olivat 12–78-vuotiaita naisia ja heitä oli yhteensä 27. Tulkkaus, tutkimusaiheen sensitiivisyys ja haastattelijan kokemattomuus aiheuttivat haasteita haastatteluiden toteutukseen. Tämän vuoksi menetelmää muokattiin ja se vaihdettiin ryhmähaastattelusta yksilöhaastatteluun tutkimuksen aikana. Ruokauskomukset vaihtelivat sekä kylien välillä että kylien sisällä, joskin niistä löytyi samantyyppisiä pääpiirteitä. Työssä todettiin, että raskaana oleviin ja imettäviin naisiin kohdistui tutkimusalueella ruokauskomuksia. Raskauden aikana tuli välttää pääasiassa proteiinipitoisia ruokia, kuten lihaa ja kalaa ja puolestaan suosia kasvisten, hedelmien ja viljatuotteiden käyttöä. Linnun munien syöntiä sekä suositeltiin että kehotettiin välttämään raskauden aikana. Raskauden aikana ilmeni lisäksi tietoinen tapa vähentää kassavapuuron tai ruuan syömistä kokonaisuudessaan. Imetyksen aikana ei vältetty juuri mitään ruokia, vaan suositeltiin kookosta ja kasviksia. Suurin osa perusteluista liittyi äidin ja lapsen terveyteen. Perustelut voitiin jakaa seuraaviin ryhmiin: lisää äidinmaidon tuotantoa; aiheuttaa vatsakipua äidillä; pitää yllä kuntoa ja estää vatsan kasvua; äidistä tulee vahva, terve ja hän saa vitamiineja; lapsen ulkonäkö muuttuu; lapsesta tulee terve ja vahva; lapsen käyttäytyminen muuttuu; aiheuttaa keskenmenon; aiheuttaa vaikean tai helpon synnytyksen. Ruokauskomukset ja terveysviranomaisilta tullut valistus oli osittain sekoittunut keskenään. Lähes kaikki naiset kertoivat noudattavansa näitä ruokauskomuksia. Muutamat naiset kertoivat suositeltavien ruokien kohdalla, että ruokien saatavuus tekee noudattamisen joskus vaikeaksi. Proteiinipitoisten ruokien välttäminen voi lisätä proteiinialiravitsemuksen riskiä ja syömisen vähentäminen saattaa lisätä riskiä saada riittämättömästi energiaa raskauden aikana. Suositeltavat ruuat todennäköisesti edistävät terveyttä. Tutkielman perusteella voitiin todeta, että vieraassa kulttuurissa tutkiminen vaatii tutkimusmenetelmältä paljon. Tärkeää on menetelmän joustavuus, jotta sitä voi muuttaa tutkimuskentällä toimivampaan ja luotettavampaan muotoon. Johtopäätöksenä todettiin, että suositeltavin menetelmä tutkittaessa ruokauskomuksia tällä tutkimusalueella olisi ollut yksilöhaastattelut, jossa olisi ollut mahdollisimman vähän osallistujia ja osallistujat olisivat olleet samaa sukupuolta ja saman ikäisiä. Terveyden ja ravitsemuksen kannalta on tärkeää, että ruokauskomuksista ollaan tietoisia ja väestön ruokauskomuksia tutkitaan alueittain, koska ne voivat vaihdella merkittävästi jopa kylien tai ihmisryhmien sisällä.

Lypsylehmän energiataseen mallintaminen tuotoskauden alkuvaiheessa

Energiataseen mallinnus on osa KarjaKompassi-hankkeeseen liittyvää kehitystyötä. Tutkielman tavoitteena oli kehittää lypsylehmän energiatasetta etukäteen ennustavia ja tuotoskauden aikana saatavia tietoja hyödyntäviä matemaattisia malleja. Selittävinä muuttujina olivat dieetti-, rehu-, maitotuotos-, koelypsy-, elopaino- ja kuntoluokkatiedot. Tutkimuksen aineisto kerättiin 12 Suomessa tehdyistä 8 – 28 laktaatioviikon pituisesta ruokintakokeesta, jotka alkoivat heti poikimisen jälkeen. Mukana olleista 344 lypsylehmästä yksi neljäsosa oli friisiläis- ja loput ayshire-rotuisia. Vanhempien lehmien päätiedosto sisälsi 2647 havaintoa (koe * lehmä * laktaatioviikko) ja ensikoiden 1070. Aineisto käsiteltiin SAS-ohjelmiston Mixed-proseduuria käyttäen ja poikkeavat havainnot poistettiin Tukeyn menetelmällä. Korrelaatioanalyysillä tarkasteltiin energiataseen ja selittävien muuttujien välisiä yhteyksiä. Energiatase mallinnettiin regressioanalyysillä. Laktaatiopäivän vaikutusta energiataseeseen selitettiin viiden eri funktion avulla. Satunnaisena tekijänä mallissa oli lehmä kokeen sisällä. Mallin sopivuutta aineistoon tarkasteltiin jäännösvirheen, selitysasteen ja Bayesin informaatiokriteerin avulla. Parhaat mallit testattiin riippumattomassa aineistossa. Laktaatiopäivän vaikutusta energiataseeseen selitti hyvin Ali-Schaefferin funktio, jota käytettiin perusmallina. Kaikissa energiatasemalleissa vaihtelu kasvoi laktaatioviikosta 12. alkaen, kun havaintojen määrä väheni ja energiatase muuttui positiiviseksi. Ennen poikimista käytettävissä olevista muuttujista dieetin väkirehuosuus ja väkirehun syönti-indeksi paransivat selitysastetta ja pienensivät jäännösvirhettä. Ruokinnan onnistumista voidaan seurata maitotuotoksen, maidon rasvapitoisuuden ja rasva-valkuaissuhteen tai EKM:n sisältävillä malleilla. EKM:n vakiointi pienensi mallin jäännösvirhettä. Elopaino ja kuntoluokka olivat heikkoja selittäjiä. Malleja voidaan hyödyntää karjatason ruokinnan suunnittelussa ja seurannassa, mutta yksittäisen lehmän energiataseen ennustamiseen ne eivät sovellu.

Lipeäkäsitellyn vehnän vaikutus lypsylehmien syöntiin ja tuotokseen vapaalla seosrehuruokinnalla

Lipeä on vahva emäs, jonka on havaittu lisäävän hemiselluloosan ja ligniinin hydrolyysiä pötsissä. Näin ollen lipeäkäsittelyllä on mahdollista korvata viljan mekaaninen litistys ja jauhatus. Seosrehuruokinnalla, jonka osana on lipeäkäsitelty vilja, on mahdollista vähentää liiallisesta tärkkelyksestä aiheutuvia metabolisia ongelmia pötsissä. Tämän tutkielman tarkoituksena oli selvittää lipeäkäsitellyn vehnän vaikutusta lypsylehmien syöntiin ja tuotokseen ad libitum seosrehuruokinnoilla. Ruokinnoissa korvattiin kuivaa murskattua vehnää asteittain kokonaisella lipeäkäsitellyllä vehnällä. Kontrollina oli perinteisesti käytetty kuiva, murskattu ohra-kaura seos. Koe tehtiin Ruotsin maatalousyliopiston (SLU) maataloustieteiden laitoksella Uumajassa. Koe alkoi syyskuussa ja päättyi joulukuussa 2010. Kokeessa oli 17 useamman kerran poikinutta lehmää ja 6 ensikkoa (Ruotsin punainen -rotu). Lehmät olivat lämpimässä pihattonavetassa, jossa seosrehun syöntiä mitattiin vaakakuppien avulla. Koekäsittelyt olivat murskattu ohra-kaura seos (1:1), murskattu kuiva vehnä (1:0), murskatun kuivan vehnän ja kokonaisen lipeävehnän seos (1:1) ja kokonainen lipeävehnä (1:0). Ruokintojen kuiva-ainepitoisuudeksi asetettiin 370 g/kg ja raakavalkuaispitoisuudeksi 180 g/kg kuiva-ainetta. Näennäinen ravintoaineen sulavuus määritettiin happoon liukenemattoman tuhkan avulla. Typen hyväksikäyttöä arvioitiin laskennallisen typpitaseen avulla. Koe toteutettiin 4x4 latinalaisen neliön koemallin mukaisesti ja käsittelyjen väliset tilastolliset erot testattiin kontrastien avulla. Kuiva-aineen (PQ=0,02) ja orgaanisen aineen (PQ=0,02) syönnit lisääntyivät, samalla kun niiden sulavuudet paranivat korvattaessa puolet kuivasta vehnästä lipeävehnällä. Ruokintojen välillä ei ollut tilastollisesti merkitsevää eroa maitotuotoksessa eikä energiakorjatussa maitotuotoksessa. Maidon rasvatuotos lisääntyi vähän (PQ=0,04) ja rasvapitoisuus selvästi (PQ=0,004), kun kuivasta vehnästä korvattiin puolet lipeävehnällä. Kun kaikki kuiva vehnä korvattiin lipeävehnällä, maidon valkuaispitoisuus väheni (PL<0,001). Samoin kävi maidon ureapitoisuudelle (PL=0,002). Lipeäkäsittely ei tuottanut tässä kokeessa taloudellisesti kannattavaa tulosta, sillä maidon valkuaispitoisuus väheni ja syönti lisääntyi maitotuotoksen pysyessä samana. Vehnäruokinnoista paras tuotosvaste saatiin kuivan vehnän ja lipeävehnän seoksella.

Maidontuottajatila ja ravinnepolitiikka: Tilan toimintamekanismit, politiikan tarve ja ohjauskeinojen vaikuttavuus

Tutkielman tarkoituksena on rakentaa malli, jolla voidaan arvioida maitotilan toimintaa monipuolisesti ravinnehuuhtouman kannalta. Tavoitteena on ennen muuta analyyttinen tarkastelu siten, että kuitenkin huomioiden maidontuotannon ominaispiirteet, keskeisinä esimerkkeinä ravinnon, maidontuotannon ja lannan ominaisuuksien väliset riippuvuudet. Analyysissa tarkastellaan tilanomistajan yksityisen hyödynmaksimoinnin ja yhteiskunnan tavoitteiden eroavaisuutta. Lisäksi johdetaan optimaaliset ohjauskeinot ja arvioidaan eräiden yksinkertaisten ohjauskeinojen vaikuttavuutta. Mallin analysoinnin perusteella yksityinen ja yhteiskunnallinen optimiratkaisu eroavat toisistaan kaikkien päätösmuuttujien osalta. Ei voida kuitenkaan yleispätevästi sanoa muutosten merkittävyyttä tai suuntaa ottamatta kantaa mallin funktiomuotoihin ja parametriarvoihin. Optimaaliset ohjauskeinot tulisi asettaa keinolannoitteen ja lannan levitykselle, väkirehuruokinnalle ja säilörehun viljelylle, mutta ei eläinten määrälle. Toisaalta optimaaliset ohjauskeinot ovat hyvin monimutkaisia. Tarkasteltujen yksinkertaisempien ohjauskeinojen vaikuttavuutta ei voida tarkasti arvioida analyyttisella tasolla. Numeeristen tulosten perusteella yhteiskunnallisessa optimissa eläinmäärä olisi hieman yksityistä optimia pienempi, väkirehun käyttö vähäisempää, enemmän peltoa allokoitaisiin säilörehun viljelyyn ja lannoitustasot olisivat kautta linjan hieman pienemmät. Lannanlevitykset eroavat etäisyyden suhteen: molemmissa tapauksissa lannanlevityksen intensiteetti kasvaa kohti tilan keskusta kuljettaessa, mutta yksityisessä optimissa lähimmälle pellolle dumpataan kaikki ylimääräinen lanta, kun taas yhteiskunnallisessa optimissa lanta levitetään tasaisemmin eri pelloille. Ero kokonaishyvinvoinnissa jää pieneksi, mutta eläinmäärän kasvu kärjistäisi lannan dumppauksen aiheuttamia huuhtoumahaittoja. Yksinkertaisista ohjauskeinoista lannoitusrajoitus sekä ravinne- ja keinolannoitevero osoittautuivat kohtalaisen käyttökelpoisiksi numeeristen tulosten perusteella. Sen sijaan eläinmäärän rajoittaminen ja lannan kuljetuskustannuksia kompensoivat tuet vaikuttavat tulosten perusteella huonoilta ratkaisuilta.

Milk casein-derived tripeptides : A special focus on blood pressure and vascular function

Increased consumption of low-fat milk products is inversely associated with the risk of hypertension. The beneficial effect of milk on blood pressure is attributed to high calcium and potassium content but also to specific peptide sequences, which are cleaved from milk protein during gastrointestinal digestion, fermentation of milk with proteolytic starter cultures or enzymatic hydrolysis. Milk products fermented with Lactobacillus helveticus contain casein-derived tripeptides isoleucine-proline-proline (Ile-Pro-Pro) and valine-proline-proline (Val-Pro-Pro), which have been shown to possess antihypertensive effects in humans and in experimental animals. The aim of the present series of studies was to investigate the effects of tripeptides Ile-Pro-Pro and Val-Pro-Pro or fermented milk products containing them on vascular function and blood pressure and to elucidate the mechanisms behind them by using different experimental models of hypertension. Another aim was to characterize the acute effects of tripeptides on blood pressure and arterial stiffness in mildly hypertensive humans. Ile-Pro-Pro and Val-Pro-Pro or fermented milk products containing them attenuated the development of hypertension in two experimental models of hypertension, spontaneously hypertensive rat (SHR) and type 2 diabetic Goto-Kakizaki (GK) rat fed with high-salt diet. Significant differences in systolic blood pressure (SBP) were seen after 8 weeks treatment with tripeptide-containing products compared to control product. Plant sterols did not enhance this effect. Two differently produced tripeptide powders produced a similar attenuating effect on SBP in SHR. In mildly hypertensive subjects, a single administration of tripeptide- and plant sterol-containing fermented milk product decreased both SBP and diastolic blood pressure (DBP) over a period of 8 hours. Protective effect of tripeptides Ile-Pro-Pro and Val-Pro-Pro and fermented milk products containing them on vascular function was demonstrated in in vitro studies and long-term experimental studies. The effect was shown to be endothelium-dependent and possibly involving endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF). In the clinical study, single administration of tripeptide-containing fermented milk product did not affect measures of arterial stiffness. Long-term treatment with fermented milk product containing Ile-Pro-Pro and Val-Pro-Pro inhibited angiotensin-converting enzyme (ACE) and decreased aldosterone levels thus showing beneficial effects on the renin-angiotensin system (RAS) in SHR and GK. No changes in the components of RAS were observed by the single administration of the same product in mildly hypertensive subjects. Increased levels of cGMP, NOx and citrulline suggest increased nitric oxide (NO) production by the tripeptides. Taken together, Ile-Pro-Pro and Val-Pro-Pro -containing products attenuate the development of hypertension after long-term treatment in experimental models of hypertension and possess an acute antihypertensive effect in mildly hypertensive subjects. In addition, these tripeptides show endothelium-mediated beneficial effects on vascular function. Attenuation of blood pressure increase by the tripeptides in experimental animals involves RAS, but its role in the antihypertensive effect in humans remains to be elucidated.

Options for selecting dairy cattle for milk coagulation ability

Lypsylehmien maidon juoksettumiskyvyn jalostuskeinot Väitöskirjassa tutkittiin lypsylehmien maidon juustonvalmistuslaadun parantamista jalostusvalinnan avulla. Tutkimusaihe on tärkeä, sillä yhä suurempi osa maidosta käytetään juustonvalmistukseen. Tutkimuksen kohteena oli maidon juoksettumiskyky, sillä se on yksi keskeisistä juustomäärään vaikuttavista tekijöistä. Maidon juoksettumiskyky vaihteli huomattavasti lehmien, sonnien, karjojen, rotujen ja lypsykauden vaiheiden välillä. Vaikka tankkimaidon juoksettumiskyvyssä olikin suuria eroja karjoittain, karja selitti vain pienen osan juoksettumiskyvyn kokonaisvaihtelusta. Todennäköisesti perinnölliset erot lehmien välillä selittävät suurimman osan karjojen tankkimaitojen juoksettumiskyvyssä havaituista eroista. Hyvä hoito ja ruokinta vähensivät kuitenkin jossain määrin huonosti juoksettuvien tankkimaitojen osuutta karjoissa. Holstein-friisiläiset lehmät olivat juoksettumiskyvyltään ayrshire-rotuisia lehmiä parempia. Huono juoksettuminen ja juoksettumattomuus oli vain vähäinen ongelma holstein-friisiläisillä (10 %), kun taas kolmannes ayrshire-lehmistä tuotti huonosti juoksettuvaa tai juoksettumatonta maitoa. Maitoa sanotaan huonosti juoksettuvaksi silloin, kun juustomassa ei ole riittävän kiinteää leikattavaksi puolen tunnin kuluttua juoksetteen lisäyksestä. Juoksettumattomaksi määriteltävä maito ei saostu lainkaan puolen tunnin aikana ja on siksi erittäin huonoa raaka-ainetta juustomeijereille. Noin 40 % lehmien välisistä eroista maidon juoksettumiskyvyssä selittyi perinnöllisillä tekijöillä. Juoksettumiskykyä voikin sanoa hyvin periytyväksi ominaisuudeksi. Kolme mittauskertaa lehmää kohti riittää varsin hyvin lehmän maidon keskimääräisen juoksettumiskyvyn arvioimiseen. Tällä hetkellä juoksettumiskyvyn suoran jalostamisen ongelmana on kuitenkin automatisoidun, laajamittaiseen käyttöön soveltuvan mittalaitteen puute. Tämän takia väitöskirjassa tutkittiin mahdollisuuksia jalostaa maidon juoksettumiskykyä epäsuorasti, jonkin toisen ominaisuuden kautta. Tällaisen ominaisuuden pitää olla kyllin voimakkaasti perinnöllisesti kytkeytynyt juoksettumiskykyyn, jotta jalostus olisi mahdollista sen avulla. Tutkittavat ominaisuudet olivat sonnien kokonaisjalostusarvossa jo mukana olevat maitotuotos ja utareterveyteen liittyvät ominaisuudet sekä kokonaisjalostusarvoon kuulumattomat maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuus sekä maidon pH. Väitöskirjassa tutkittiin myös mahdollisuuksia ns. merkkiavusteiseen valintaan tutkimalla maidon juoksettumattomuuden perinnöllisyyttä ja kartoittamalla siihen liittyvät kromosomialueet. Tutkimuksen tulosten perusteella lehmien utareterveyden jalostaminen parantaa jonkin verran myös maidon juoksettumiskykyä sekä vähentää juoksettumattomuutta ayrshire-rotuisilla lehmillä. Lehmien maitotuotos ja maidon juoksettumiskyky sekä juoksettumattomuus ovat sen sijaan perinnöllisesti toisistaan riippumattomia ominaisuuksia. Myöskin maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuuden perinnöllinen yhteys juoksettumiskykyyn oli likimain nolla. Maidon pH:n ja juoksettumiskyvyn välillä oli melko voimakas perinnöllinen yhteys, joten maidon pH:n jalostaminen parantaisi myös maidon juoksettumiskykyä. Todennäköisesti sen jalostaminen ei kuitenkaan vähentäisi juoksettumatonta maitoa tuottavien lehmien määrää. Koska maidon juoksettumattomuus on niin yleinen ongelma suomalaisilla ayrshire-lehmillä, väitöksessä selvitettiin tarkemmin ilmiön taustoja. Kaikissa kolmessa tutkimusaineistoissa noin 10 % ayrshire-lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa. Kahden vuoden kuukausittaisen seurannan aikana osa lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa lähes joka mittauskerralla. Maidon juoksettumattomuus oli yhteydessä lypsykauden vaiheeseen, mutta mikään ympäristötekijöistä ei pystynyt täysin selittämään sitä. Sen sijaan viitteet sen periytyvyydestä vahvistuivat tutkimusten edetessä. Lopuksi tutkimusryhmä onnistui kartoittamaan juoksettumattomuutta aiheuttavat kromosomialueet kromosomeihin 2 ja 18, lähelle DNA-merkkejä BMS1126 ja BMS1355. Tulosten perusteella maidon juoksettumattomuus ei ole yhteydessä maidon juoksettumistapahtumassa keskeisiin kaseiinigeeneihin. Sen sijaan on mahdollista, että juoksettumattomuusongelman aiheuttavat kaseiinigeenien syntetisoinnin jälkeisessä muokkauksessa tapahtuvat virheet. Asia vaatii kuitenkin perusteellista tutkimista. Väitöksen tulosten perusteella maidon juoksettumattomuusgeeniä kantavien eläinten karsiminen jalostuseläinten joukosta olisi tehokkain tapa jalostaa maidon juoksettumiskykyä suomalaisessa lypsykarjapopulaatiossa.

Rearing strategies of young dairy calves in relation to production, behaviour and welfare

Vasikoiden kasvatus yksilökarsinoissa, imemismahdollisuuden puute maitojuoton yhteydessä sekä pienet juomamäärät ovat tekijöitä, jotka mahdollisesti voivat vähentää vasikoiden hyvinvointia. Vasikoiden kasvatukseen etsitäänkin uusia tapoja, joissa eläinten käyttäytymistarpeet ja hyvinvointi otetaan entistä paremmin huomioon. Tässä väitöskirjassa vasikoiden kasvatusta on tarkasteltu sekä tuotannon että vasikoiden käyttäytymisen ja hyvinvoinnin kannalta. Väitöskirja koostuu kolmesta kokeesta, joista ensimmäisessä tutkittiin vasikoiden kasvatusta ryhmäkarsinoissa ulkona tai sisällä ja vasikoiden kasvatusta sisällä ryhmä- tai yksilökarsinoissa. Toisessa kokeessa vasikoiden annettiin imeä emiään rajoitetusti lypsyn jälkeen viiden tai kahdeksan viikon ajan ja kolmannessa selvitettiin vasikoiden veden juontia, kun vasikat saivat juomarehua vapaasti. Lisäksi kokeiden yhdistetystä aineistosta analysoitiin eri rehujen syöntimäärien suhdetta sekä rehujen vaikutusta kasvuun ennen ja jälkeen maidosta vieroituksen. Tutkimuksessa todettiin, että vasikoita voi ryhmässä kasvattaa kylmissä ja vaihtelevissa sääoloissa ulkona, kunhan ne hoidetaan ja ruokitaan erittäin huolellisesti. Kylmällä ilmalla vasikat saattavat kuitenkin syödä väkirehua vähemmän varsinkin, jos ruokailupaikka on ulkona ja makuualue sisällä. Ryhmässä kasvaneet vasikat aloittivat sekä kuivien rehujen syönnin että märehtimisen nuorempina kuin yksilökarsinassa kasvaneet. Ryhmissä esiintyvää käyttäytymisongelmaa, toisten vasikoiden imemistä, voidaan vähentää hoito- ja ruokintamenetelmillä. Annettaessa vasikoiden imeä emiään rajoitetusti lypsyn jälkeen vasikat oppivat imemään emiään hyvin nopeasti. Lypsytyö vaikeutui muutamien lehmien kohdalla, sillä ne pidättivät maitoa lypsettäessä. Saadessaan imeä rajoitetusti vasikat imivät suurehkoja maitomääriä kerrallaan. Vieroittaminen suurilta maitomääriltä viiden viikon iässä oli kuitenkin liian aikaista, koska vasikat eivät vielä syöneet riittävästi kuivia rehuja. Vieroitus emästä niin viiden kuin kahdeksankin viikon iässä aiheutti vasikoissa levottomuutta ja ääntelyn lisääntymistä. Saadessaan hapatettua juomarehua vapaasti vasikat joivat keskimäärin vain vähän vettä, olipa vesilähteenä avoin ämpäri tai vesinippa. Vasikoiden välillä oli suurta vaihtelua veden juontimäärissä. Viikkoa ennen maidosta vieroitusta vasikat joivat 0-3 l vettä päivässä. Vasikat joivat nipasta kerrallaan vähemmän vettä kuin ämpäristä, ja käyttivät enemmän aikaa päivässä veden juomiseen kuin vesiämpäristä juoneet vasikat. Suurin osa vasikoista joi vettä juomanipoista erikoisella tavalla esimerkiksi painamalla nippaa otsalla ja juomalla tippuvaa vettä. Vesinipat voivat olla siis vasikoille joko vaikeita tai epämukavia käyttää. Vasikoiden juoman maitomäärän lisääntyessä kasvu lisääntyy selvästi. Runsas maidon juominen vähentää kuitenkin kuivien rehujen syöntiä ja vieroitusvaiheessa kasvu voi hidastua. Vasikat olisikin tärkeää vieroittaa vähitellen, ettei muutoksia kasvuun tulisi. Syönti- ja kasvutulokset eivät aina anna oikeaa kuvaa kasvatusmenetelmien eroista eläinten hyvinvoinnin kannalta. Käyttäytyminen on herkkä hyvinvoinnin mittari ja se tulisikin aina huomioida eri kasvatusmenetelmiä arvioitaessa. .

Social dynamics for sustainable food systems. Actors’ orientations towards sustainability in primary production and public consumption

Abstract The modern food system and sustainable development form a conceptual combination that suggests sustainability deficits in the ways we deal with food consumption and production - in terms of economic relations, environmental impacts and nutritional status of western population. This study explores actors’ orientations towards sustainability by taking into account actors’ embedded positions within structures of the food system, actors’ economic relations and views about sustainability as well as their possibilities for progressive activities. The study looks particularly at social dynamics for sustainability within primary production and public consumption. If actors within these two worlds were to express converging orientations for sustainability, the system dynamics of the market would enable more sustainable growth in terms of production dictated by consumption. The study is based on a constructivist research approach with qualitative text analyses. The data consisted of three text corpora, the ‘local food corpus’, the ‘catering corpus’ and the ‘mixed corpus’. The local food actors were interviewed about their economic exchange relations. The caterers’ interviews dealt with their professional identity for sustainability. Finally, the mixed corpus assembled a dialogue as a participatory research approach, which was applied in order to enable researcher and caterer learning about the use of organic milk in public catering. The data were analysed for theoretically conceptualised relations, expressing behavioural patterns in actors’ everyday work as interpreted by the researcher. The findings were corroborated by the internal and external communities of food system actors. The interpretations have some validity, although they only present abstractions of everyday life and its rich, even opaque, fabric of meanings and aims. The key findings included primary producers’ social skilfulness, which enabled networking with other actors in very different paths of life, learning in order to promote one’s trade, and trusting reflectively in partners in order to extend business. These activities expanded the supply chain in a spiral fashion by horizontal and vertical forward integration, until large retailers were met for negotiations on a more equal or ‘other regarding’ basis. This kind of chain level coordination, typically building around the core of social and partnership relations, was coined as a socially overlaid network. It supported market access of local farmers, rooted in their farms, who were able to draw on local capital and labour in promotion of competitive business; the growth was endogenous. These kinds of chains – one conventional and one organic – were different from the strategic chain, which was more profit based and while highly competitive, presented exogenous growth as it depended on imported capital and local employees. However, the strategic chain offered learning opportunities and support for the local economy. The caterers exhibited more or less committed professional identity for sustainability within their reach. The facilitating and balanced approaches for professional identities dealt successfully with local and organic food in addition to domestic food, and also imported food. The co-operation with supply chains created innovative solutions and savings for the business parties to be shared. The rule-abiding approach for sustainability only made choices among organic supply chains without extending into co-operation with actors. There were also more complicated and troubled identities as juggling, critical and delimited approaches for sustainability, with less productive efforts due to restrictions such as absence of organisational sustainability strategy, weak presence of local and organic suppliers, limited understanding about sustainability and no organisational resources to develop changes towards a sustainable food system. Learning in the workplace about food system reality in terms of supply chain co-operation may prove to be a change engine that leads to advanced network operations and a more sustainable food system. The convergence between primary producers and caterers existed to an extent allowing suggestion that increased clarity about sustainable consumption and production by actors could be approached using advanced tools. The study looks for introduction of more profound environmental and socio-economic knowledge through participatory research with supply chain actors in order to promote more sustainable food systems. Summary of original publications and the authors’ contribution I Mikkola, M. & Seppänen, L. 2006. Farmers’ new participation in food chains: making horizontal and vertical progress by networking. In: Langeveld, H. & Röling N. (Eds.). Changing European farming systems for a better future. New visions for rural areas. Wageningen, The Netherlands. Wageningen Academic Publishers: 267–271. II Mikkola, M. 2008. Coordinative structures and development of food supply chains. British Food Journal 110 (2): 189–205. III Mikkola, M. 2009. Shaping professional identity for sustainability. Evidence in Finnish public catering. Appetite 53 (1): 56–65. IV Mikkola, M. 2009. Catering for sustainability: building a dialogue on organic milk. Agronomy Research 7 (Special issue 2): 668–676. Minna Mikkola has been responsible for developing the generic research frame, particular research questions, the planning and collection of the data, their qualitative analysis and writing the articles I, II, III and IV. Dr Laura Seppänen has contributed to the development of the generic research frame and article I by introducing the author to the basic concepts of economic sociology and by supporting the writing of article II with her critical comments. Articles are printed with permission from the publishers.

Learning Challenges in Biogas Production for Sustainability : An activity theoretical study of a network from a swine industry chain

This study is about the challenges of learning in the creation and implementation of new sustainable technologies. The system of biogas production in the Programme of Sustainable Swine Production (3S Programme) conducted by the Sadia food processing company in Santa Catarina State, Brazil, is used as a case example for exploring the challenges, possibilities and obstacles of learning in the use of biogas production as a way to increase the environmental sustainability of swine production. The aim is to contribute to the discussion about the possibilities of developing systems of biogas production for sustainability (BPfS). In the study I develop hypotheses concerning the central challenges and possibilities for developing systems of BPfS in three phases. First, I construct a model of the network of activities involved in the BP for sustainability in the case study. Next, I construct a) an idealised model of the historically evolved concepts of BPfS through an analysis of the development of forms of BP and b) a hypothesis of the current central contradictions within and between the activity systems involved in BP for sustainability in the case study. This hypothesis is further developed through two actual empirical analyses: an analysis of the actors senses in taking part in the system, and an analysis of the disturbance processes in the implementation and operation of the BP system in the 3S Programme. The historical analysis shows that BP for sustainability in the 3S Programme emerged as a feasible solution for the contradiction between environmental protection and concentration, intensification and specialisation in swine production. This contradiction created a threat to the supply of swine to the food processing company. In the food production activity, the contradiction was expressed as a contradiction between the desire of the company to become a sustainable company and the situation in the outsourced farms. For the swine producers the contradiction was expressed between the contradictory rules in which the market exerted pressure which pushed for continual increases in scale, specialisation and concentration to keep the production economically viable, while the environmental rules imposed a limit to this expansion. Although the observed disturbances in the biogas system seemed to be merely technical and localised within the farms, the analysis proposed that these disturbances were formed in and between the activity systems involved in the network of BPfS during the implementation. The disturbances observed could be explained by four contradictions: a) contradictions between the new, more expanded activity of sustainable swine production and the old activity, b) a contradiction between the concept of BP for carbon credits and BP for local use in the BPfS that was implemented, c) contradictions between the new UNFCCC1 methodology for applying for carbon credits and the small size of the farms, and d) between the technologies of biogas use and burning available in the market and the small size of the farms. The main finding of this study relates to the zone of proximal development (ZPD) of the BPfS in Sadia food production chain. The model is first developed as a general model of concepts of BPfS and further developed here to the specific case of the BPfS in the 3S Programme. The model is composed of two developmental dimensions: societal and functional integration. The dimension of societal integration refers to the level of integration with other activities outside the farm. At one extreme, biogas production is self-sufficient and highly independent and the products of BP are consumed within the farm, while at the other extreme BP is highly integrated in markets and networks of collaboration, and BP products are exchanged within the markets. The dimension of functional integration refers to the level of integration between products and production processes so that economies of scope can be achieved by combining several functions using the same utility. At one extreme, BP is specialised in only one product, which allows achieving economies of scale, while at the other extreme there is an integrated production in which several biogas products are produced in order to maximise the outcomes from the BP system. The analysis suggests that BP is moving towards a societal integration, towards the market and towards a functional integration in which several biogas products are combined. The model is a hypothesis to be further tested through interventions by collectively constructing the new proposed concept of BPfS. Another important contribution of this study refers to the concept of the learning challenge. Three central learning challenges for developing a sustainable system of BP in the 3S Programme were identified: 1) the development of cheaper and more practical technologies of burning and measuring the gas, as well as the reduction of costs of the process of certification, 2) the development of new ways of using biogas within farms, and 3) the creation of new local markets and networks for selling BP products. One general learning challenge is to find more varied and synergic ways of using BP products than solely for the production of carbon credits. Both the model of the ZPD of BPfS and the identified learning challenges could be used as learning tools to facilitate the development of biogas production systems. The proposed model of the ZPD could be used to analyse different types of agricultural activities that face a similar contradiction. The findings could be used in interventions to help actors to find their own expansive actions and developmental projects for change. Rather than proposing a standardised best concept of BPfS, the idea of these learning tools is to facilitate the analysis of local situations and to help actors to make their activities more sustainable.