Replacement decisions on Finnish dairy farms : toward better economic performance with novel technology and sustainable herds

Abstract

Competitive milk production in the northern parts of Europe and on relatively small dairy farms is challenging. The objective of this thesis was to find expedients that would improve the economic performance of Finnish dairy farms and, thus, their competitiveness on the market. Means under examination were related to replacement: replacement of old technology with novel technology and replacement of an existing cow with a new one. The theory of optimal behavior formed the basis for the methods used in solving the research problems. Empirical data originated from the Farm Accountancy Data Network (FADN) and from the Finnish dairy herd recording system. The switch from labor-intensive tied-housing technology to capital-intensive loosehousing technology was examined using standard and random effect probit models, and with a model where the sequences of interrelated choice probabilities were estimated with Geweke-Hajivassiliou-Keane simulation technique (GHK probit model). The results of all models indicated that the young age of a farmer, a high rate of investment allowance, considerable building capital, and large dairy capacity have a positive effect on the changeover to loosehousing technology. The random effect and GHK probit models, which also control for farmer-specific individual effects, suggested that these effects are significant determinants of the switch. The GHK probit model also controlled for serial correlation of period-by-period choices. The results indicated that positive revenue shocks encourage the replacement of old technology with new technology whereas negative revenue shocks retard or delay it. Likelihood of the switch to loose-housing technology decreases very elastically with respect to the increasing investment price. The adoption of an automatic milking system was investigated as a means to improve the productivity growth of dairy farms. First, the discrete choice between conventional milking systems and automatic milking systems was modeled. Second, technology-specific production functions were estimated to derive the growth rate of total factor productivity and its components. The two-stage estimation method was applied to cater for the sample selection bias caused by the endogenous technology choice. Total factor productivity growth increased on those farms that switched from conventional milking systems to automatic milking systems. The change was linked to overall improvements in production technology and an expansion in herd size. The adoption of robotic milking intensified the positive development on large farms. The direct effect was linked to beneficial technological change but automation may also contribute to improved productivity growth by solving problems related to the availability of skilled labor force. Thus, automatic milking opens access to larger herd size which is a premise for improving productivity growth in the Finnish dairy sector. The optimal replacement of a dairy cow was investigated by applying the methods of dynamic programming. First, the optimum at lactation level was sought. The results suggested that only the oldest cows with low milk production capacity should be disposed intentionally. The optimal replacement rules were similar for healthy and diseased cows indicating that the treatment of diseases is more profitable than replacing a diseased cow with a first-lactating cow. Second, dynamic programming was applied to determine the costs of clinical mastitis with a special focus on the costs of premature culling of mastitic cows. In this model, the interval between the two successive stages was one month which enabled more detailed modeling than examination at lactation level. In spite of the high costs of clinical mastitis, the results recommended treating mastitic cows and keeping them in most cases until their fifth lactation. A cheaper (20%) heifer advanced the optimum to the previous lactation and a more expensive (+20%) heifer postponed it to the following lactation. Within a breed, the net present value of a cow was increasing with her milk production capacity but, when comparing Ayrshire and Holstein-Friesian breeds, Holstein- Friesians lose the advantage of their higher milk yield because of their shorter herd life and higher risk of diseases. A linear programming model was built for examining the optimal choices between conventional insemination, insemination with sex-sorted sperm, and the use of conventional or sex-selected embryo transfer. The optimal outcome was a mixture of available technologies. All cows of the herd were inseminated with conventional semen whereas, in some inseminations of heifers, it was optimal to use sex-sorted semen. The number of cows donating unselected embryos was at the upper constraint of the model whereas no embryo recipients existed in the optimal herd. Combining embryo production and sex-selection was economically justified for heifers only. In practice, the optimal insemination strategy is herd-specific depending on the production capacity of the cows and the technical success of each reproductive technology in the herd. In conclusion, by prolonging the herd life of dairy cows, dairy farmers can improve the economic performance of milk production. Therefore, farmers’ awareness about the real costs of premature culling and the gains that can be achieved by treating a diseased cow must be improved. Optimizing tools, based on farm-specific input data, are needed for determining the optimal replacement decisions and, hence, the optimal reproduction policy. Planned production of replacement heifers contributes to the target of improved sustainability of the herd. Changes in the milk price have a considerable income effect on dairy farms. Carrying out the optimal management decisions is only able to relieve the effects of unfavorable price changes. To ensure the continuation of milk production in Finland, investment allowances are needed to boost up investments on those farms which have potential for developing their production to meet the future challenges. Investments in technology appropriate for large farms improve productivity growth and, thus, the prospects of dairy farms to survive in the long run. However, a human cannot be replaced by technology, not even by novel technology.

Kilpailukykyinen maidontuotanto Pohjois- Euroopassa ja verrattain pienillä lypsykarjatiloilla on haasteellista. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli löytää keinoja, jotka parantaisivat suomalaisten lypsykarjatilojen taloudellista tulosta ja siten niiden kilpailukykyä markkinoilla. Tutkimuksen kohteena olivat tuotantoteknologian ja karjan uudistaminen. Optimoinnin teoria muodosti pohjan tutkimusongelmien ratkaisussa sovelletuille menetelmille. Tutkimuksessa käytetyt tila- ja lehmäkohtaiset aineistot kerättiin suomalaisilta kannattavuuskirjanpitotiloilta ja lypsykarjojen tuotosseurannasta. Todennäköisyys siirtyä työvaltaisesta parsinavettateknologiasta pääomavaltaiseen pihattoteknologiaan mallinnettiin kolmen erilaisen probit-mallin avulla. Kaikki mallit osoittivat, että nuori viljelijä, korkea investointiavustus, huomattava rakennuspääoma ja suuri olemassa oleva maidon tuotantokapasiteetti vaikuttivat positiivisesti pihattoteknologian käyttöönottoon. Myös viljelijäkohtaiset tekijät vaikuttivat tähän merkittävästi. Positiiviset tuottoshokit rohkaisivat siirtymään uuteen teknologiaan, kun taas negatiiviset shokit jarruttivat tai viivästyttivät sitä. Todennäköisyys korvata vanha teknologia uudella muuttui hyvin joustavasti investoinnin hinnan muuttuessa. Pihattoteknologiaan siirtyminen mahdollistaa lypsyjärjestelmän automatisoinnin. Perinteisen lypsyjärjestelmän korvaamista automaattisella tarkasteltiin keinona parantaa lypsykarjatilojen tuottavuuskehitystä. Kaksivaiheinen estimointimenetelmä sisälsi teknologiavalinnan mallinnuksen perinteisen lypsyn ja automaattilypsyn välillä sekä teknologiakohtaisten tuotantofunktioiden estimoinnin. Kokonaistuottavuuden muutos ja sen komponentit johdettiin estimoiduista tuotantofunktioista. Kokonaistuottavuuden kasvu parani tiloilla, jotka siirtyivät perinteisestä lypsystä automaattilypsyyn. Muutos kytkeytyi samanaikaisesti tapahtuneeseen tilakoon kasvuun ja tilan muun tuotantoteknologian uudistamiseen. Aineiston suurimmilla tiloilla automaattilypsyyn siirtyminen vahvisti positiivista tuottavuuskehitystä. Välitön vaikutus oli teknisen muutoksen ansiota mutta lypsyn automatisointi voi edesauttaa tuottavuuskehitystä myös ratkaisemalla työvoiman saatavuuteen liittyviä ongelmia. Siten se osaltaan mahdollistaa yrityskoon kasvattamisen, joka on edellytys suomalaisten lypsykarjatilojen tuottavuuskehityksen parantamiselle. Lypsylehmän uudistaminen optimoitiin dynaamisen ohjelmoinnin avulla. Optimi määritettiin aluksi lypsykauden tasolla. Tulokset osoittivat, että vain vanhimmat, heikkotuotoksiset lehmät kannattaa poistaa karjasta harkinnanvaraisesti. Optimisäännöt olivat samat sekä terveille että sairastaville lehmille, mikä osoitti sairaan lehmän hoitamisen olevan kannattavampaa kuin sen korvaaminen ensimmäistä lypsykauttaan lypsävällä lehmällä. Seuraavaksi dynaamista ohjelmointia sovellettiin näkyvän utaretulehduksen kustannusten määrittämiseen. Erityisenä tarkastelun kohteena olivat tulehduslehmän ennenaikaisesta poistosta aiheutuvat kustannukset. Tässä mallissa tarkasteluperiodin pituus oli yksi kuukausi, mikä mahdollisti yksityiskohtaisemman mallinnuksen kuin tarkastelu lypsykausittain. Suurista utaretulehduksen aiheuttamista taloudellisista menetyksistä huolimatta malli suositti tulehduksen hoitamista ja lehmien pitämistä karjassa useimmiten viidennelle lypsykaudelle asti. Edullisempi uudistushieho (-20%) siirsi optimin edelliselle lypsykaudelle ja vastaavasi kalliimpi uudistushieho (+20 %) seuraavalle lypsykaudelle. Rodun sisällä lypsylehmän nettonykyarvo oli sitä parempi, mitä korkeampi oli lehmän tuotoskyky. Ayrshire- ja holstein-friisiläislehmien vertailu osoitti, että holstein-friisiläislehmät menettivät korkeamman tuotoksen tuoman taloudellisen edun lyhyemmän tuotantoiän ja suuremman sairastuvuusriskin takia. Optimaalinen valinta erilaisten karjan lisääntymisvaihtoehtojen välillä määritettiin lineaarisella ohjelmoinnilla. Valittavina olivat siemennys tavanomaisella tai sukupuolilajitellulla siemenellä sekä tavanomaisen tai sukupuolilajitellun alkion huuhtelu tai siirto. Tulos oli käytettävissä olevien vaihtoehtojen yhdistelmä. Kaikki lehmät siemennettiin perinteisellä siemenellä mutta osa hiehoista lajitellulla siemenellä. Lajittelemattomia alkioita tuottavien lehmien määrä oli mallin sallimassa enimmäismäärässä. Alkiotuotannon ja sukupuolilajittelun yhdistäminen oli taloudellisesti kannattavaa vain hiehoilla. Käytännössä optimaalinen karjan lisääminen on karjakohtainen ratkaisu, johon vaikuttavat muun muassa uudistuseläinten tuottamiseen soveltuvien lehmien määrä ja vaihtoehtoisten teknologioiden tekninen onnistuminen kyseisessä karjassa. Tarkastellut uudistuspäätökset osoittavat, että karjan tuotantoikää pidentämällä maidontuottajat voivat parantaa tuotannon taloudellista tulosta. Sen vuoksi tuottajien tietämystä lehmien ennenaikaisten poistojen kustannuksista ja taloudellisesta hyödystä, joka on saavutettavissa sairastuneitten lehmien hoidosta, tulisi lisätä. Tätä varten tulisi kehittää tilakohtaista aineistoa käyttäviä laskentatyökaluja, joilla voitaisiin optimoida sekä lehmien poistoajankohtaa että uudistuseläinten tuottamista. Suunnitelmallinen hiehokasvatus ehkäisee omalta osaltaan lehmien ennenaikaisia poistoja. Maidon hinnanmuutoksilla on huomattavat tulovaikutukset lypsykarjatiloille. Epäedullisten hintamuutosten vaikutuksia ei voida optimaalisilla uudistuspäätöksillä kumota, ainoastaan lieventää. Maidontuotannon jatkuvuuden turvaamiseksi Suomessa tarvitaan investointitukia edesauttamaan investointeja tiloilla, joilla on potentiaalia kohdata edessä olevat haasteet. Investoinnit suurille tiloille soveltuvaan teknologiaan parantavat tuottavuuskehitystä ja siten edellytyksiä kannattavaan maidontuotantoon. Tuotantorakenteen muuttuessa on kuitenkin huomattava, etteivät ihmiset ole kokonaan korvattavissa teknologialla, eivät edes uudella teknologialla.