酪農

酪農は、牛乳を長期にわたって生産する農業の一種で、牛乳は（農場または乳製品工場で、どちらも乳製品工場と呼ばれることがある）加工され、最終的に乳製品として販売されます。酪農の歴史は、ヨーロッパとアフリカの多くの地域で、紀元前7千年紀頃の新石器時代初期にまで遡ります。20世紀以前は、小規模農場では搾乳は手作業で行われていました。20世紀初頭からは、ロータリーパーラー、搾乳パイプライン、1990年代初頭に商業的に開発された 自動搾乳システムなどの革新により、大規模酪農場で搾乳が行われるようになりました。

牛乳の保存方法は、19 世紀後半に直接膨張式冷凍機やプレート式熱交換器などの冷蔵技術が登場して以来、改善されてきました。これらの冷却方法により、酪農場では細菌の増殖や湿気による腐敗を減らして牛乳を保存できるようになりました。

世界では、インド、米国、中国、ニュージーランドを含む多くの国の大手酪農産業が、牛乳の重要な生産者、輸出者、輸入者としての役割を果たしています。20世紀後半以降、世界全体の牛乳生産量は概ね増加しており、FAOによると、2017年には約8億2,788万4,000トンの牛乳が生産されました。

酪農産業が生み出す廃棄物の量については、堆肥処理やメタンガスによる大気汚染など、大きな懸念がある。農業による温室効果ガス排出における酪農産業の役割も、環境への影響に関係していると指摘されている。酪農家畜が排泄するリンの量を制御するために、さまざまな対策が実施されている。rBSTの使用も議論の的となっている。酪農全般は、集約的な動物飼育によって乳牛に課せられる健康問題のため、動物福祉活動家から批判されている。

あらゆる哺乳類がミルクを生産できるが、商業的な酪農場は典型的には単一種の動物のみを対象とする。先進国では、酪農場は典型的には乳牛の生産量が多いものから構成される。商業的な酪農に用いられる他の種としては、ヤギ、ヒツジ、水牛、ラクダなどがある。イタリアでは、人間の乳児のための代替ミルク源を生産するためにロバの酪農場が人気を集めている。^[1]

牛は1万2千年前にはすでに食料や荷役動物として家畜化されていたが、家畜化された牛を乳製品生産に使用した最も古い証拠は、紀元前7千年紀、つまり新石器時代初期のアナトリア北西部のものである。^[2]その後数世紀にわたって、酪農は世界の他の地域でも発展した。東ヨーロッパでは紀元前6千年紀、アフリカでは紀元前5千年紀、イギリスと北ヨーロッパでは紀元前4千年紀である。^[2]

過去 1 世紀ほどの間に、酪農だけに特化した大規模農場が出現しました。大規模な酪農が成り立つのは、チーズやバターなど、より耐久性のある乳製品の生産に大量の牛乳が必要な場合、または牛乳を買うお金はあるが自分の牛を飼っていない人々の大きな市場がある場合のみです。1800 年代にフォン・チューネンは、都市の周囲約 100 マイルの範囲で、そのような新鮮な牛乳の供給が経済的に成り立つと主張しました。

私たちが知る集中型酪農は、主に村や都市の周辺で発展したもので、住民は放牧地が不足しているために自分で牛を飼うことができませんでした。町の近くでは、農家は追加の動物を飼育し、町で牛乳を販売することで副収入を得ることができました。酪農家は朝に樽に牛乳を詰め、荷馬車で市場に運びました。19世紀後半まで、牛の搾乳は手作業で行われていました。米国では、北東部の州や西部に数百頭もの牛を扱う大規模な酪農事業がいくつかありましたが、1人の搾乳者が1日に12頭以上の牛の乳を搾ることは期待できませんでした。小規模な事業が主流でした。

ほとんどの牛群では、搾乳は1日2回屋内で行われ、^[3]牛舎では牛の首をロープで縛るか、支柱で固定していました。搾乳と搾乳を同時に行うこともできますが、ほとんどの乳牛は搾乳の合間に放牧されていました。このような酪農方法の例を見つけるのは難しいですが、いくつかは昔のことを垣間見るための史跡として保存されています。その一例として、ポイントレイズ 国立海岸があります。^[4]

酪農は何千年もの間、農業の一部でした。歴史的には、小規模で多様な農場の一部でした。ここ 1 世紀ほどで、酪農生産を専門とする大規模農場が出現しました。大規模な酪農が実現可能なのは、チーズやバターなどのより耐久性のある乳製品の生産に大量の牛乳が必要な場合、または牛乳を買う現金はあるが自分の牛を飼っていない人々の大きな市場がある場合のみです。酪農場は需要を満たす最良の方法でした。

最初の搾乳機は、伝統的な搾乳バケツの延長でした。初期の搾乳装置は、通常のミルクバケツの上に収まり、牛の下の床に置かれました。搾乳が終わるたびに、バケツの内容は貯蔵タンクに捨てられました。これらは 20 世紀初頭に導入されました。

これが、サージ吊り下げ式ミルカーへと発展しました。牛の搾乳前に、サーシングルと呼ばれる幅広の革製ストラップを牛の腰に巻き付けます。搾乳装置と収集タンクはストラップから牛の下に吊り下げられます。この革新により、牛は搾乳中に自然に動き回ることができ、床に置いたバケツの上にじっと立っている必要がなくなりました。

自動搾乳における次の革新は、20世紀後半に導入されたミルクパイプラインでした。これは、恒久的なミルク戻りパイプと、牛の列の上にある納屋または搾乳室を取り囲む2番目の真空パイプを使用し、各牛の上にクイックシール入口があります。ミルクコンテナの必要性をなくすことで、搾乳装置のサイズと重量が縮小し、牛の下に吊るすことができる程度になり、牛の乳房にある搾乳乳首の吸引力だけで支えられるようになりました。ミルクは真空システムによってミルク戻りパイプに引き上げられ、次に重力によってミルクハウスの真空ブレーカーに流れ、そこでミルクは貯蔵タンクに入れられます。パイプラインシステムにより、農家は各牛から搾ったミルクの巨大な重いバケツを持ち運ぶ必要がなくなったため、搾乳の肉体労働が大幅に軽減されました。

パイプラインのおかげで、牛舎の長さは伸び、拡張し続けることができましたが、ある時点から、農家は牛を大きなグループで搾乳するようになりました。つまり、牛舎に牛の群れの半分から 3 分の 1 を詰め込み、牛の乳を搾り、その後、牛舎を空にしてまた牛を詰めるというやり方です。牛の群れのサイズが大きくなり続けるにつれて、これはより効率的な搾乳室へと進化しました。

搾乳における革新は、搾乳室（オーストラリアとニュージーランドでは「牛舎」として知られている）の機械化に重点が置かれ、作業者 1 人あたりの牛の数を最大化することで搾乳工程を合理化し、まるで流れ作業のように牛を搾乳できるようにし、また、牛を搾乳者の少し上の台に乗せて常にかがむ必要がないようにすることで、農家の身体的ストレスを軽減しました。多くの古くて小規模な農場では、いまだにつなぎ式またはスタンション式の納屋が残っていますが、世界中の商業農場の大半はパーラーを備えています。

ヘリンボーン パーラーとパラレル パーラーでは、搾乳者は一般的に 1 列ずつ搾乳します。搾乳者は牛の列を収容場から搾乳パーラーに移動し、その列の牛を 1 頭ずつ搾乳します。搾乳した列から搾乳機をすべて取り除くと、搾乳者は牛を餌場に放します。次に、空いた側に新しい牛のグループを乗せ、すべての牛の搾乳が終わるまでこのプロセスを繰り返します。通常はボトルネックとなる搾乳パーラーのサイズに応じて、一度に 4 列から 60 列の牛を搾乳できます。ヘリンボーン パーラーの利点は、つなぎ飼いに比べてメンテナンスが簡単で、耐久性、安定性、動物と人間の安全性が向上することです^[5]最初のヘリンボーン シェッドは、 1952 年にゴードントンの農家によって建てられたと考えられています^[6]

回転式パーラーでは、全体が円を描くように回転しながら、牛を一頭ずつパーラーに乗せる。一人の搾乳者がパーラーの入口近くに立ち、細菌の侵入を防ぐために乳房の乳首を事前に浸す。次の搾乳者が搾乳機を牛に乗せて搾乳を開始する。搾乳台がほぼ一回転すると、牛の搾乳は終了し、搾乳機は自動的に外れる。最後の搾乳者は、牛舎に戻る前に乳首を保護するために搾乳後に乳首を浸す。このプロセスが完了すると、牛はパーラーから後退して牛舎に戻る。ニュージーランドで回転式牛舎と呼ばれるものは、1980年代に始まったが^{[7] [8]}、ニュージーランドの古い標準であるヘリンボーン牛舎に比べると高価である。^[9]

乳房から乳が出なくなるまで搾乳しすぎると、動物に害を及ぼす可能性があります。したがって、搾乳プロセスでは、搾乳機を使用するだけでなく、搾乳が終わったときに搾乳機を外す必要があるかどうかを判断するためにプロセスを監視する必要があります。パーラー操作により、農家はより多くの動物をより迅速に搾乳できるようになりましたが、同時に監視する必要がある動物の数も増加しました。自動テイクオフ システムが開発され、乳の流量が事前に設定されたレベルに達したときに搾乳機を牛から外すようになりました。これにより、同時に搾乳されている 20 頭以上の動物を注意深く監視する農家の負担が軽減されました。^{[引用が必要]}

1980 年代と 1990 年代には、ロボット搾乳システムが開発され、導入されました (主に EU で)。現在では、こうしたシステムの何千台もが日常的に稼働しています。こうしたシステムでは、牛は高度な自律性を持ち、日中に搾乳する時間を自由に選択できます (農場レベルで使用されている牛の移動ソリューションによっては、いくつかの代替手段が適用される場合があります)。こうしたシステムは、一般的に集中管理型システムに限定されていますが、放牧牛の要件に合わせ、動物の健康状態や繁殖力を自動的に検出するセンサーを開発する研究が続けられています。牛が搾乳ユニットに入るたびに濃厚飼料が与えられ、首輪がスキャンされて生産データが記録されます。

低温は、牛乳の鮮度を延ばす主な方法でした。風車と井戸ポンプが発明されたとき、農場で最初に使われたのは、動物に水を供給することに加え、牛乳を冷やして町の市場に輸送されるまでの保存期間を延ばすことでした。

地下の天然の冷たい水は、冷却槽または冷却タンクに継続的に汲み上げられます。この冷却槽には、採れたての天然の温かいミルクが入った背の高い 10 ガロンの金属製容器が置かれます。このミルク冷却方法は、電気や冷蔵が登場する以前は一般的でした。

冷蔵装置が最初に登場したとき、この装置は当初、手搾りで詰めたミルク缶を冷却するために使用されました。これらの缶は、集荷施設に運べるまで熱を取り除き、冷たい状態に保つために冷却水浴に入れられました。ミルクを食べるためのより自動化された方法が開発されるにつれて、手搾りは置き換えられ、その結果、ミルク缶はバルクミルククーラーに置き換えられました。「アイスバンク」は、最初のタイプのバルクミルククーラーでした。これは、蒸発器コイルと、タンクの底と側面の壁の間にある水を備えた二重壁の容器でした。小型の冷凍コンプレッサーが、蒸発器コイルから熱を取り除くために使用されました。氷は最終的にコイルの周りに蓄積され、各パイプの周囲に約 3 インチの厚さに達すると、冷却システムが停止します。搾乳作業が開始されると、ミルク撹拌機と、氷とタンクの鋼鉄壁を横切って水を流す水循環ポンプのみで、入ってくるミルクを 5 度以下に下げることができます。

この冷却方法は小規模な酪農場ではうまく機能しましたが、かなり非効率で、大規模搾乳パーラーのますます高まる冷却需要を満たすことができませんでした。1950 年代半ばに、直接膨張冷凍が初めてバルクミルククーラーに直接適用されました。このタイプの冷却では、貯蔵タンクの内壁に直接組み込まれた蒸発器を使用してミルクから熱を取り除きます。直接膨張は、初期のアイスバンクタイプのクーラーよりもはるかに速い速度でミルクを冷却できるため、今日でも小規模から中規模の事業におけるバルクタンクの冷却の主な方法です。

牛乳の品質に大きく貢献しているもう 1 つの装置は、プレート熱交換器 (PHE) です。この装置は、特別に設計された、間隔が狭い多数のステンレス鋼プレートを使用します。牛乳は 1 セットおきのプレート間を通過し、残りのプレート間には水が通過して牛乳から熱を取り除きます。この冷却方法により、牛乳から大量の熱を非常に短時間で取り除くことができるため、細菌の増殖が大幅に遅くなり、牛乳の品質が向上します。この装置の冷却媒体として最も一般的なのは地下水です。乳牛は牛乳 1 ガロンあたり約 3 ガロンの水を消費し、冷たい地下水よりも少し温かい水を好みます。このため、PHE により牛乳の品質が大幅に向上し、バルク牛乳冷却器の冷却負荷が軽減されるため酪農家の運用コストが削減され、新鮮な温水源が乳牛に供給されるため牛乳の生産量が増加します。

プレート式熱交換器は、米国における酪農場の牛群規模の拡大の結果として進化してきました。酪農家が牛群の規模を拡大すると、追加の牛乳を収穫するために搾乳パーラーの容量も拡大する必要があります。パーラーの規模の拡大により、牛乳の処理量と冷却需要が大幅に増加しました。今日の大規模農場では、バルク牛乳冷却器の直接膨張式冷凍システムでは適時に冷却できない速度で牛乳を生産しています。この場合、バルク牛乳タンクに到達する前に牛乳を急速に目的の温度 (またはそれに近い温度) まで冷却するために、通常 PHE が使用されます。通常、地下水は、牛乳を 55 ～ 70 °F (13 ～ 21 °C) にするための初期冷却に依然として使用されます。PHE の 2 番目 (場合によっては 3 番目) のセクションが追加され、冷却した純水とプロピレングリコールの混合物で残りの熱を除去します。これらの冷却システムは、大きな蒸発器表面積と高い冷水流量を組み込むように作られており、高流量のミルクを冷却することができます。

搾乳機は、周囲の気圧を 15 ～ 21 ポンド/平方インチ (100 ～ 140 kPa) の真空に引き下げる真空システムによって自動的に所定の位置に保持されます。真空は、小径ホースを通してミルクを垂直に持ち上げ、受容器に送り込むためにも使用されます。ミルク リフト ポンプは、受容器から大径のステンレス鋼パイプ、プレート クーラー、そして冷蔵バルク タンクにミルクを吸い上げます。

牛乳は、ライナーまたはインフレーションと呼ばれる柔軟なゴム製の鞘によって牛の乳房から搾り出されます。この鞘は、堅い空気室で囲まれています。搾乳プロセス中、周囲の空気と真空の脈動流がインフレーションの空気室に適用されます。周囲の空気が空気室に入ると、インフレーション内の真空により、インフレーションが牛の乳首の周りで収縮し、子牛が口で乳首をマッサージするのと同じように、乳首から牛乳が搾り出されます。空気室に真空が再び適用されると、柔軟なゴム製のインフレーションが緩んで開き、次の搾り出しサイクルに備えます。

平均的な牛が乳を出すのにかかる時間は 3 分から 5 分です。牛によってはもっと早い牛もいれば遅い牛もいます。搾乳の遅い牛は、すべての乳を出すのに 15 分もかかることがあります。搾乳速度は牛の乳質とは関係ありませんが、搾乳プロセスの管理には影響します。ほとんどの搾乳者は牛を群れにして搾乳するため、搾乳者は最も遅い牛の速度でしか牛の群れを処理できません。このため、多くの農家は、搾乳の速い牛にストレスを与えないように、搾乳の遅い牛を群れにして搾乳します。

搾り出された牛乳は、ストレーナーとプレート式熱交換器を通過してからタンクに入り、数日間、約 40 °F (4 °C) で安全に保管できます。事前に決められた時間に、ミルクトラックが到着し、タンクから牛乳を汲み上げて乳製品工場に輸送します。そこで牛乳は低温殺菌され、さまざまな製品に加工されます。回収の頻度は、乳製品工場の生産量と保管能力によって異なりますが、大規模な乳製品工場では、1 日に 1 回牛乳を回収します。

酪農業界は、常に進化するビジネスです。経営慣行は、業界を経済的および環境的持続可能性の向上へと導く新しい技術や規制とともに変化します。経営戦略は、集約型システムと粗放型システムに大まかに分けることができます。粗放型システムは、低投入低産出の理念に基づいて運営され、集約型システムは高投入高産出の理念を採用しています。これらの理念、および利用可能な技術、地域の規制、環境条件は、栄養、飼育、健康、繁殖、廃棄物のさまざまな管理に現れます。

現代の酪農場のほとんどでは、動物を年齢、栄養ニーズ、繁殖状況、牛乳の生産状況に応じて異なる管理単位に分けます。^[10]現在乳を搾っている牛のグループ、つまり搾乳群は、その食事と環境条件が可能な限り高品質の牛乳を生産するのに役立つように、最も集中的に管理されることがよくあります。農場によっては、搾乳群がさらに搾乳ストリングに分割され、異なる栄養ニーズを持つ動物のグループになっていることもあります。^[10]次の子牛を産む前の休息期間にある成牛群のセグメントは、搾乳されていないため乾乳牛と呼ばれます。^[10]まだ最初の子牛を産んでいない雌の動物はすべて未経産牛と呼ばれます。それらの一部は成長して搾乳群の年長の動物の代わりとなるため、一般に後継群と呼ばれることがあります。^[10]その他の子牛、およびほとんどの雄の子牛は余剰乳牛とみなされ、子牛や乳牛などの肉のために屠殺されるか、農場で殺されます。^[11]

乳牛の飼育システムは、気候、酪農場の規模、給餌戦略によって世界中で大きく異なります。飼育システムは、飼料や水へのアクセスと、関連する環境条件からの保護を提供する必要があります。牛の飼育における問題の1つは、極端な温度です。熱ストレスは、牛の繁殖力と乳生産量を低下させる可能性があります。^[12]日陰を作ることは、熱ストレスを軽減するための非常に一般的な方法です。牛舎では、ファンやトンネル換気装置を牛舎の構造に組み込むこともできます。^[13]極端に寒い条件は、牛にとって命取りになることはめったにありませんが、維持エネルギー要件の増加を引き起こし、その結果、飼料摂取量が増加し、乳生産量が減少します。^[14]気温が十分に低い冬の間、乳牛は、体温で暖められる牛舎内で飼育されることがよくあります。

飼料供給も酪農場の重要な特徴です。牧草地ベースの酪農場は、天候が許せば牛を牧草地に放牧する、より大規模な選択肢です。牧草地の状態が悪い場合は、飼料を補給しなければならないことがよくあります。フリーストール納屋とオープンロットは、一年中牛に飼料が与えられる集約的な飼育オプションです。フリーストール納屋は、牛がいつ餌を食べるか、休むか、水を飲むか、立つかを自由に選べるように設計されています。気候に応じて、完全に囲まれた納屋にすることも、これもまた屋外の納屋にすることもできます。フリーストールと呼ばれる休憩エリアは、マットレスから砂まで何でも敷かれた仕切り付きのベッドです。ストール列の間の通路の床は、溝の入ったコンクリートでできていることがよくあります。ほとんどの納屋は屋根のない囲いに面しており、天候が許せば牛は自由に囲いを楽しむことができます。オープンロットは、日陰を作る構造物と飼料を供給するコンクリートの敷石がある土の区画です。

酪農場での生活は、搾乳室を中心に回っています。乳牛はそれぞれ、搾乳のために 1 日に少なくとも 2 回搾乳室を訪れます。搾乳室と搾乳機の設計には、驚くほどの技術が投入されています。効率は非常に重要です。1 頭の牛の搾乳で節約できる 1 秒が、群れ全体の搾乳に何時間もかかることになります。

搾乳は現在ではほぼ完全に機械で行われているが、ほとんどの施設では依然として人間の技術者が不可欠である。最も一般的な搾乳機はクラスターミルカーと呼ばれる。このミルカーは4つの金属製カップ（乳首ごとに1つ）で構成され、^[10]

牛がパーラーに入るたびに、ミルクの品質と牛の健康を確保するためにいくつかのことを行う必要があります。まず、牛乳の汚染と乳房の感染症の両方を防ぐために、牛の乳房を洗浄および消毒する必要があります。次に、搾乳技術者が最初のミルクの流れを観察して、各乳首に感染の兆候がないか確認する必要があります。このプロセスは乳頭剥離と呼ばれ、搾乳技術者は、牛の乳腺の感染症である乳房炎を示す変色や塊がないか確認します。乳房炎にかかっている牛のミルクは人間の母乳に混ざらないため、農家は感染したミルクが健康な牛のミルクと混ざらないように、また牛が必要な治療を受けるように注意する必要があります。牛が乳房炎検査に合格すると、搾乳技術者は搾乳クラスターを取り付けます。クラスターは、牛が完全に搾乳されるまで稼働し、その後降ろされます。ミルクはすぐに冷却システムを通過し、次に大きな冷却貯蔵タンクに送られ、冷蔵ミルクトラックに回収されるまでそこに保管されます。牛が搾乳場から解放される前に、感染を防ぐために最後にもう一度乳首を消毒します。^[10]

牛の飼料は、放牧する土地で賄うか、栽培または購入した作物で賄うかにかかわらず、酪農家にとって圧倒的に最も大きな出費の1つです。^{[15]牧草地を基盤とする酪農家は、牧草地の維持、ひいては牛の飼料に多くの時間と労力を費やしています。}ローテーション放牧などの牧草地管理技術は、酪農生産では一般的です。牛に餌を供給する多くの大規模酪農場には、動物の健康、牛乳の生産、コスト効率を考慮して飼料を調合する責任を持つ専任の栄養士がいます。生産性を最大化するには、各動物の成長率、牛乳の生産、生殖状態に応じて飼料を異なる方法で調合する必要があります。

牛は反芻動物（偶蹄目反芻亜目）に分類されます。主にルーメンと呼ばれる胃の部屋で発酵させる微生物との共生関係のおかげで、低品質の植物性食品からでも栄養素を摂取できるからです。ルーメンは、各乳牛の体内にある文字通りの微小生態系です。最適な消化のためには、ルーメンの環境が微生物にとって理想的でなければなりません。このように、反芻動物の栄養士の仕事は、牛ではなく微生物に餌を与えることです。

牛の栄養所要量は通常、牛の体重によって決まる維持所要量と、牛が生産する乳の量によって決まる乳生産所要量に分けられます。入手可能な各飼料の栄養成分は、最も費用対効果の高い方法ですべての栄養ニーズを満たす飼料を配合するために使用されます。特に、牛は第一胃の微生物に適切な環境を維持するために繊維質の多い飼料を与える必要があります。農家は通常、牛のために独自の飼料を栽培します。栽培される作物には、トウモロコシ、アルファルファ、チモシー、小麦、オート麦、モロコシ、クローバーなどがあります。これらの植物は、栄養価を維持または向上し、腐敗を防ぐために、収穫後に加工されることがよくあります。トウモロコシ、アルファルファ、小麦、オート麦、モロコシの作物は、嫌気性発酵されてサイレージを作ることがよくあります。アルファルファ、チモシー、オート麦、クローバーなどの多くの作物は、刈り取った後、干し草に梱包される前に畑で乾燥させられます。

エネルギー密度を高めるために、牛には穀物が与えられるのが一般的です。世界の多くの地域では、乳製品の飼料に他の農業部門の副産物が含まれることも一般的です。たとえば、カリフォルニアでは牛にアーモンドの殻と綿の種子が一般的に与えられています。 [16]副産物を与えることで、これらの物質が埋め立て地に捨てられるのを防ぎ、他の農業部門の環境への影響を軽減することができます。 [ ^{16 ]}

牛は栄養要求量をすべて満たすために、飼料をすべて食べなければなりません。残念ながら、人間と同様、牛にも好物があります。牛が食事の最も望ましい部分を選択的に食べないようにするために、ほとんどの生産者は完全混合飼料（TMR）を与えています。このシステムでは、飼料のすべての成分が混合トラックでよく混合されてから牛に供給されます。異なる栄養要求量を持つ牛のグループには、異なるTMRが用意されることがよくあります。^[17]

酪農場で生まれた雌の子牛は、通常、十分な生産性がなくなった高齢の牛の代わりとして飼育されます。乳牛の一生は、思春期に始まる妊娠と授乳のサイクルです。これらのイベントのタイミングは、酪農場の生産能力にとって非常に重要です。牛は子牛を産むまで牛乳を生産しません。したがって、最初の繁殖のタイミングとその後のすべての繁殖のタイミングは、牛乳の生産レベルを維持するために重要です。^[10]

ほとんどの酪農家は、後継雌牛が2歳の誕生日に最初の子牛を産み、搾乳群に加わることを目指しています。雌牛の妊娠期間は9か月強なので、15か月齢までに人工授精を行う必要があります。繁殖プロセスは非効率なため、ほとんどの農家は12～14か月齢で雌牛を初めて繁殖させることを目指しています。雌牛は繁殖する前に性的に成熟し、子牛を無事に産める適切な体調になっていなければなりません。牛の思春期は、他の要因の中でも体重に大きく左右されます。^[18]ホルスタイン雌牛は平均体重550～650ポンドで思春期を迎えます。^[18]ジャージー種などの小型種の牛は通常、より軽い体重でより早く思春期を迎えます。^[19]一般的な栄養状態では、ホルスタイン雌牛は9～10か月齢で思春期を迎えます。繁殖に適した体の状態も、主に体重で判断されます。体重が約800ポンドのホルスタイン雌牛は、通常、健康な子牛を妊娠し、比較的容易に出産することができます。^[18]このようにして、雌牛は2歳になる前に出産し、搾乳用の群れに加わることができます。^[19]

思春期は発情周期の始まりと一致します。発情周期とは、ほとんどの哺乳類の雌の体内で起こるホルモンと生理学的な変化の繰り返しで、排卵と胚および胎児の成長に適した環境の発達につながります。牛は多発情期であると考えられており、これは妊娠によって周期が中断されない限り、死ぬまで定期的な発情周期を経験し続けることを意味します。^[19]

牛の発情周期は21日間続きます。最も一般的には、乳製品生産者は発情周期は牛が交尾を受け入れる状態になったときに始まると説明しています。約1日しか続かないこの短い期間は、発情期または口語的にはヒートとも呼ばれます。この期間中、牛は活動や発声の増加など、いくつかの行動の変化を示すことがよくあります。最も重要なのは、発情期中に他の牛や雄牛が乗っても牛はじっと立っていることです。^[19]

米国では、人工授精（AI）は酪農施設で使用されている非常に重要な生殖ツールです。AIは、酪農管理者または獣医が牛の子宮に精子を意図的に送り込むプロセスです。種牡馬農場で雄牛が精液を「提供」しますが、この方法を使用する場合、牛と雄牛の間に物理的な接触は一切ありません。^[20]

この人工授精法は、いくつかの理由から酪農家の間で急速に普及した。乳牛の雄牛は、平均的な酪農施設で飼育するには非常に危険であることで知られている。AI はまた、すべての酪農家が遺伝的に優れた種雄牛の精子にアクセスできるため、乳牛群の遺伝的改良を加速させることも可能にする。さらに、AI は、最終的に不妊症につながる性病の群れ内での蔓延を減らすことがわかっている。多くの生産者は、雄牛を飼育するよりも経済的であると考えている。一方、AI では、群れのより集中的な生殖管理と、より多くの時間と専門知識が必要になる。雄牛がいない場合は、発情の検出は観察に依存する。牛を適切に人工授精するにはかなりの専門知識が必要であり、高品質の精子が貴重である。結局のところ、酪農はすでに管理集約的な産業であるため、多くの酪農家にとって、AI のデメリットは AI のメリットに比べると小さい。^[20]

牛のほとんどは一頭の子牛を産みます。妊娠期間は平均280～285日、つまり9ヶ月半弱です。^[19]

子牛が生まれると、牛は乳を出し始めます。乳は通常、牛が搾乳されている限り続きますが、生産量は徐々に減少します。酪農家は牛乳生産のパターンを熟知しており、牛乳生産量を最大化するために牛の次の繁殖の時期を慎重に決めます。授乳と妊娠のパターンは、授乳周期として知られています。

出産後20日間、牛は新乳牛と呼ばれます。この段階では乳生産量が急速に増加しますが、乳成分もサイクルの残りの部分とは大きく異なります。初乳と呼ばれるこの最初の乳は脂肪、タンパク質、そして母親の免疫細胞が豊富です。^[21]この初乳は通常は市販されていませんが、子牛の初期の栄養にとって非常に重要です。おそらく最も重要なのは、免疫システムが完全に発達する前に、子牛に受動免疫を伝えることです。^[10]

授乳周期の次の 30 日から 60 日間は、乳生産量がピークに達する時期です。この期間に 1 日に生産される乳の量は、体調、遺伝、健康、栄養状態によって品種や個々の牛によって大きく異なります。^[10]この期間中、牛は体内の貯蔵乳量に頼って高い乳生産量を維持するため、体調が悪くなります。牛の食物摂取量も増加します。授乳のピークを過ぎると、授乳周期の残りの期間、牛の乳生産量は徐々に低下します。生産者は、牛がピーク生産を終えた直後に繁殖させることがよくあります。しばらくの間、牛の食物摂取量は高いままですが、その後、授乳前のレベルまで低下し始めます。乳生産のピークを過ぎると、牛の体調も着実に回復します。^[10]

生産者は通常、出産まで2か月になるまで搾乳を続け、その後乾乳します。妊娠の最終段階で牛を休ませると、乳腺が退縮して再発達し、体調が回復し、子牛が正常に発育します。牛の体調が悪くなると、その後の乳サイクルで生産性が低下します。生まれたばかりの子牛の健康状態が悪くなると、後継牛群の品質に悪影響を及ぼします。^[10]また、乾乳期には乳腺細胞の増殖率が上昇するという証拠もあり、これはその後の泌乳サイクルで高い生産性を維持するために不可欠です。^[22]

リンで測定すると、5,000頭の牛の排泄物は、人口70,000人の自治体にほぼ匹敵します。^[23]米国では、1,000頭を超える牛を飼育する酪農場は、EPAの定義によるCAFO（集中家畜飼養施設）に該当し、EPAの規制の対象となります。^[24]たとえば、カリフォルニア州サンホアキンバレーでは、非常に大規模な酪農場が数多く設立されています。各酪農場は、単一の企業として運営されるいくつかの近代的なミルキングパーラーで構成されています。各ミルキングパーラーは、1,500頭または2,000頭の牛を飼育する3つまたは4つの休憩小屋に囲まれています。大規模な酪農場の中には、この配置で10以上の休憩小屋とミルキングパーラーを計画しているところもあり、全体で15,000頭または20,000頭もの牛を扱うこともあります。これらの酪農場の搾乳工程は、搾乳室が 1 つしかない小規模な酪農場と似ていますが、搾乳工程が複数回繰り返されます。牛の数が多く、牛の密度が高いため、糞尿の処理と処分に関連する大きな環境問題が生じます。糞尿の散布と分散には、相当の面積の耕作地 (1 エーカーあたり 5 頭または 6 頭の牛、この規模の酪農場の場合は数千エーカー) または数エーカーのメタン発酵槽が必要です。糞尿管理に関連するメタンガスによる大気汚染も大きな懸念事項です。その結果、この規模の酪農場を開発する提案は物議を醸し、シエラクラブや地元の活動家などの環境保護主義者から大きな反対を受ける可能性があります。^{[25] [26]}

大規模酪農場の潜在的な影響は、ニューヨーク州北部の5,000頭の牛を飼育する酪農場で大量の肥料流出事故が発生し、ブラック川の20マイル（32 km）にわたって汚染され、375,000匹の魚が死んだときに実証されました。2005年8月10日、肥料貯蔵池が決壊し、3,000,000米ガロン（11,000,000リットル、2,500,000英ガロン）の肥料がブラック川に流出しました。その後、ニューヨーク州環境保全局は酪農場に対して220万ドルの和解パッケージを命じました。^[23]

適切に管理されていれば、乳製品やその他の家畜の廃棄物は、その栄養分（N、P、K）のおかげで、作物の成長を促進し、土壌有機物を増やし、全体的な土壌の肥沃度と耕作特性を改善する優れた肥料になります。米国のほとんどの酪農場は、栄養素の流れのバランスを取り、環境汚染のリスクを軽減するために、農場の栄養管理計画を策定することが義務付けられています。これらの計画では、飼料、牧草、動物、肥料などとして農場に入ってくるすべての栄養素と、製品、作物、動物、堆肥などとして農場から出るすべての栄養素を監視することを生産者に奨励しています。 ^[27]たとえば、動物の給餌に対する精密なアプローチにより、栄養素の過剰給餌が減り、その結果、リンなどの栄養素の環境への排泄が減ります。近年、栄養学者は、リンの必要量は以前考えられていたよりもはるかに低いことに気づきました。^[28] これらの変更により、酪農家は環境汚染を減らしながら、牛に与えるリンの量を減らすことができました。^[29]

牛に組み換えBSTまたは rBST と呼ばれる成長ホルモンを補給することで、より高い乳生産量を維持することは可能ですが、これは動物、そしておそらく人間の健康に影響を及ぼすため、議論の的となっています。欧州連合、日本、オーストラリア、ニュージーランド、カナダは、これらの懸念から、その使用を禁止しています。^{[引用が必要]}

しかし、米国ではそのような禁止は存在しないが、rBSTは酪農場では使用されていない。ほとんどの乳製品加工業者は、rBSTを含む牛乳を受け入れないだろう。^[30]米国食品医薬品局は、治療を受けた牛と治療を受けていない牛の牛乳の間に「有意な差」は見つかっていないと述べている^[31]が、消費者の懸念に基づいて、いくつかの牛乳購入者と再販業者はrBSTで生産された牛乳を購入しないことを選択している。 ^{[32] [33] [34]}

工場式農場での酪農生産の実践は、動物福祉活動家から批判されてきた。^{[35] [36]}酪農生産に関する倫理的な苦情としては、乳牛を妊娠させなければならない頻度、子牛を母牛から引き離すこと、乳牛の飼育方法、酪農生産に関する環境への懸念などが挙げられる。

牛乳を生産するには、牛が子牛を出産して乳を分泌している必要がある。授精、妊娠、出産、乳を分泌するサイクルの後、分娩前の約2か月間（45～50日間）の「乾乳」期間があり、この期間に乳房組織が再生する。この期間外の乾乳期間があると、その後の乳分泌が減少する可能性がある。^[37]

酪農産業の重要な部分は、必要な初乳の3日間後に子牛を母乳から引き離し、^[38]生産されたミルクを収集できるようにすることです。一部の酪農場では、これを実行するため、子牛に代用乳、つまり牛が生産する全乳の代替品を与えています。^[38] 代用乳は一般的に粉末で、大きな袋に入っており、正確な量の水に加えて、バケツ、哺乳瓶、または自動給餌器で子牛に与えます。

代用乳は、タンパク質源、タンパク質/脂肪（エネルギー）レベル、薬剤または添加物（ビタミンやミネラルなど）の3つのカテゴリーに分類されます。^[39] 代用乳のタンパク質はさまざまな源から来ます。より好ましく、より高価なのは^[40]すべての乳タンパク質（チーズ産業の副産物であるホエータンパク質など）と、大豆、動物の血漿、小麦グルテンを含む代替タンパク質です。^[39] 代用乳の脂肪とタンパク質の理想的なレベルは、それぞれ10〜28％と18〜30％です。^[39] エネルギーレベル（脂肪とタンパク質）が高いほど、動物が消費するスターター飼料（若い動物に与える飼料）は少なくなります。離乳は、子牛が1日に少なくとも2ポンドのスターター飼料を消費し、少なくとも3週間スターターを与えたときに行う ことができます。^{[40 [41]}

乳牛によく見られる病気としては、感染症（乳房炎、子宮内膜炎、趾皮膚炎など）、代謝性疾患（乳熱、ケトーシスなど）、環境に起因する傷害（蹄や飛節の損傷など）などがある。^[42]

跛行は、一般的に乳牛にとって最も重要な動物福祉問題の一つと考えられており、^{[42] [43] [44] [45]}、動物の歩き方を変える異常として定義されます。^[46]跛行は、蹄組織の感染症（皮膚炎を引き起こす真菌感染症など）や打撲や損傷を引き起こす物理的損傷（蹄の潰瘍や出血など）など、さまざまな原因によって引き起こされる可能性があります。^[45] 現代の酪農場で一般的な飼育および管理の特徴（コンクリートの納屋の床、牧草地へのアクセスの制限、最適ではない寝床の設計など）は、感染症や怪我の危険因子として特定されています。^[47]

2014年には牛乳が農業による温室効果ガス排出量の18％を占めたと推定されている。^[48]

世界の乳製品生産のパターンには大きなばらつきがあります。生産量の多い国の多くは、そのほとんどを国内で消費しますが、生産量の大部分を輸出する国（特にニュージーランド）もあります。国内消費は液体ミルクの形で行われることが多く、国際貿易の大部分は粉ミルクなどの加工乳製品です。^[要出典]

牛の乳搾りは伝統的に労働集約的な作業であり、発展途上国では現在でもそうである。小規模農場では、数十頭の牛の乳搾りと世話に数人の人手が必要であるが、多くの農場ではこれらの従業員は伝統的に農家の家族の子供たちであり、「家族農場」という用語が生まれた。^{[引用が必要]}

オーストラリア、ニュージーランド、米国などの工業国では、テクノロジーの進歩により「家族経営農場」の根本的な再定義が主に起きています。数百頭の牛を飼育し、大量の牛乳を生産する大規模で効率的な酪農場は、牛乳価格の急激な変動にも耐え、利益を上げて経営することができますが、「伝統的な」家族経営農場は、他の大規模農場のような資本や収入がありません。多くの小規模家族経営農場は規模の経済性を利用して拡大し、所有者の法的責任を制限し、税務管理などを簡素化するために事業を法人化しているため、大企業経営の農場が小規模農場に取って代わるという一般的な認識は、一般的に誤解です。 ^[要出典]家族経営農場から、家畜の群れの日常管理を行う雇用スタッフを擁する農場への移行により、農場における農家の義務と役割が変化しました。大規模農場の発展により、財務管理、リーダーシップ、人事問題に重点を置いた戦略に対する要求がどのように高まるかについて、新たな疑問が生じています。^[49]

1950年代に大規模な機械化が到来する前は、牛乳を販売するために12頭の乳牛を飼うことで利益が出ていました。現在、ほとんどの酪農場では、利益を上げるために一度に100頭以上の乳牛を搾乳する必要があり、他の乳牛や未経産牛は搾乳群に加わるために「リフレッシュ」されるのを待っています。ニュージーランドでは、平均的な群の規模は、1975～76年のシーズンの113頭から、2018～19年のシーズンには435頭に増加しました。^[50]

世界では、最大の牛乳生産国は米国[ ^51]、最大の牛乳輸出国はニュージーランド^[52]、^[53]、最大の輸入国は中国^[54]である。現在27の加盟国からなる欧州連合は、2013年に1億5,880万メートルトン（1億5,630万ロングトン、1億7,500万ショートトン）を生産し[ ^55]（96.8%が牛乳）これは、政治経済連合の中で最も多い。

カナダの酪農産業は、供給管理システムの対象となる4つのセクターのうちの1つです。供給管理システムは、生産と輸入の管理、価格設定メカニズムを通じて需要と供給を調整し、不足や過剰を防止して農家に公正な収益率を保証し、カナダの消費者がこれらの繊細な製品の高品質で安定した安全な供給にアクセスできるようにする、国家農業政策の枠組みです。^[56]牛乳供給管理システムは、「連邦州政策」であり、4つの管理機関、組織、委員会（カナダ酪農委員会、カナダ牛乳供給管理委員会（CMSMC）、地域牛乳プール、州牛乳マーケティング委員会）で構成されています。 ^{[57] ：8}酪農供給管理システムは、 1966年に設立され、主に酪農家で構成されるカナダ酪農委員会（CDC）を通じて連邦政府によって管理されており、カナダの12,000の酪農場の酪農供給管理システムを管理しています。^[58]連邦政府は、輸出入の管理においてCDCを通じて供給管理に関与しています。^[59]カナダ牛乳供給管理委員会（CMSMC）は、牛乳の生産量を監視し、工業用生乳の国内市場割当量（MSQ）を設定する責任を持つ機関として1970年に導入されました。 ^{[60] : 31  [61]}供給管理システムは、1972年に農産物代理機関法によって認可されました。^[56]供給管理により、市場の変動がなく、農家に一貫した牛乳の価格が保証されます。^[62]価格は、全国の牛乳の需要と生産量に基づいています。新しい農場を始めたり、生産を増やしたりするには、SMSへのより多くのシェア、いわゆる「割当量」を購入する必要があります。この場合、農家は、シェアを購入した「割当量」まで、またはそれを下回る必要があります。カナダの各州には、市場の需要に基づいて、独自の割当量の上限があります。^{[61] [63]}国の割当量には、月間総割当量と呼ばれる上限があります。 2016年に1ヶ月あたりに生産されたバター脂肪の総量は28,395,848kgでした。^[64]

アメリカ合衆国の酪農州トップ5は、牛乳生産量の多い順に、カリフォルニア州、^[66] ウィスコンシン州、ニューヨーク州、アイダホ州、テキサス州となっている。^{[67]酪農業は}フロリダ州、ミネソタ州、オハイオ州、バーモント州でも重要な産業となっている。^[68]アメリカ合衆国には4万の酪農場がある。^[69]

ペンシルベニア州には8,500の農場があり、555,000頭の乳牛が飼育されている。ペンシルベニア州で生産される牛乳は年間約15億ドルの収益を生み出している。^[70]

2009年に牛乳の価格が暴落した。バーニー・サンダース上院議員は、ディーン・フーズが国内の牛乳市場の40%を支配していると非難した。彼は米国司法省に反トラスト法の調査を要請した。^[71]ディーン・フーズは、国内の生乳の15%を購入していると述べている。^{[72] 2011年、連邦裁判所は}北東部の9,000人の農家に3,000万ドルの和解金を支払うことを承認した。^[73]

米国の牛群の規模は、大規模農場が一般的である西海岸と南西部では1,200頭であるのに対し、土地基盤が牛群の規模を制限する大きな要因となっている中西部と北東部では約50頭である。米国の平均的な牛群の規模は農場あたり約100頭であるが、中間の規模は900頭で、全牛の49％が1,000頭以上の牛を飼育する農場で飼育されている。^[74]

• Fream, William (1911)。「酪農と酪農経営」 ブリタニカ百科事典第 7 巻 (第 11 版)。737 ～ 761 ページ。
• ダグ・ライネマン（2018年7月18日）。「搾乳機：最初の100年」pbswisconsin.org 。 2021年6月10日閲覧。
• 世界の牛乳生産量 1980～2003年 (FAO図)
• D Sewell 他による酪農および牛肉生産における呼吸器系の危険性。職業医学研究所研究報告書 TM/95/06
• 気候変動、熱中症、および米国の酪農生産米国農務省、経済調査局