Sustainability and productivity in global livestock grazing: Current challenges and future pathways
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2025-03-14
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
50 + app. 66
Series
Aalto University publication series Doctoral Theses, 33/2025
Abstract
As the global population grows, becomes more affluent, and increasingly consumes planet's limited natural resources, the pressure on ecosystems intensifies. Producing food sustainably for everyone is challenging but possible if existing production structures and mindsets are changed. Reducing meat production has been reported to be one of the key solutions in addressing environmental challenges because it is highly resource-intensive, requiring significant amounts of land, water, and feed. Global livestock production has increased nearly fivefold since the 1960s, while the population has only tripled, thus amplifying the strain on ecosystems. Animal-source foods are vital for many diets, yet excessive meat consumption in affluent nations harms health and the environment. Grazing, in particular, is a major land user and influences ecosystems, but the exact locations where it could sustainably occur remain unclear. This dissertation examines the opportunities and challenges associated with livestock grazing in terms of efficiency and environmental aspects. It assessed the distribution of biomass availability for livestock consumption, carrying capacity and its changes, as well as grazing intensities at a global scale. Concurrently, this work identified areas experiencing overgrazing and regions with potential for increased grazing. The research also analyzed the competition between livestock and crop production, exploring how shifts in land-use could increase food production capacity. Furthermore, the dissertation investigated the limits of biodiversity-friendly grazing and explored where removing grazers and allowing ecosystem restoration would enhance carbon sequestration. The findings reveal significant sustainability issues in many grazing lands due to overgrazing, decreasing carrying capacity, inefficiency, or carbon emissions. Strategic land-use changes could significantly increase global food production while minimizing harmful environmental impacts. The research highlights regions where shifting grazing lands to croplands could most effectively benefit the food supply. It also underscores the complex trade-offs between production and biodiversity conservation, as achieving biodiversity goals requires reduced grazing pressure, impacting production levels of meat and milk. Reducing beef production on grazing lands that were formerly forests could lead to substantial carbon sequestration, while removing grazing in naturally nonforested areas would yield less significant environmental benefits, suggesting that targeted interventions are necessary for optimal outcomes. While there is a strong rationale for reducing livestock production, this work clarifies where desirable changes could be most effectively implemented and where current grazing practices potentially remain important. This research also provides novel datasets and maps for future research, which should also consider social, economic, and cultural factors in land-use planning.Maailman väkiluvun kasvaessa, vaurastuessa ja enenevässä määrin kuluttaessa planeettamme luonnonvaroihin kohdistuu yhä suurempi paine. Ruoan tuottaminen kaikille ympäristön kannalta kestävästi on haastavaa, mutta mahdollista, mikäli nykyisiä tuotantorakenteita ja ajatusmalleja muutetaan. Lihantuotannon ja -kulutuksen vähentämisen on todettu olevan keskeisessä asemassa ympäristöhaasteiden ratkaisemisessa, sillä lihantuotanto kuluttaa huomattavasti luonnonvaroja. Globaali eläintuotanto on noin viisinkertaistunut 1960-luvun jälkeen väkiluvun ’vain’ kolminkertaistuessa. Samalla kun eläinperäiset ravinnonlähteet ovat ravitsemuksellisesti tärkeitä suuressa osassa maailman maita, monissa vauraissa maissa lihatuotteiden kulutus on karannut käsistä. Tämä uhkaa ihmisten terveyttä ja ympäristöä. Tähän asti on kuitenkin ollut epäselvää, millä alueilla eläintuotantoa olisi hyvä vähentää tai lisätä, ja missä nykyisten tuotantotapojen käyttö on edelleen perusteltua. Tässä väitöskirjassa keskityttiin laidunmaihin ja tutkittiin asiaa tehokkuuden ja ympäristön kannalta: selvitettiin missä eläimet voivat laiduntaa, kuinka suuri on kunkin alueen laidunnuskapasiteetti, millä alueilla esiintyy ylilaidunnusta ja missä laitumet voisivat ylläpitää nykyistä suurempiakin eläinmääriä. Väitöskirjassa tutkittiin myös, missä eläintuotanto ja kasvintuotanto kilpailevat tai eivät kilpaile keskenään ja missä maankäytön muokkaukset lisäisivät ruoantuotantokapasiteettia, biodiversiteettiä ja hiilensidontaa. Väitöskirja osoitti, että vajaa kolmannes maailman laidunalueista kärsii alentuneesta laidunnuskapasiteetista tai ylilaidunnuksesta. Ruokaa olisi mahdollista tuottaa nykyistä enemmän, mikäli kasvintuotantoon soveltuvat ja ympäristön kannalta vähemmän merkittävät laidunalueet käytettäisiin viljanviljelyyn. Biodiversiteettiystävällinen laidunnus edellyttäisi huomattavasti nykyistä pienempiä laidunpaineita sekä maidon- ja lihankulutustasojen alenemista. Mikäli osa laidunalueiksi muokatuista metsäalueista palautettaisiin luonnontilaan, hiilensidontaa olisi mahdollista lisätä merkittävästi (määrä ylittäisi vuosien 2021–2023 hiilidioksidipäästöt). Vastaavasti alkuperältään eimetsäpohjaisilla laitumilla saavutetut hiilensidontahyödyt olisivat huomattavasti pienemmät, mikäli alue palautettaisiin luonnontilaan. Maankäytön ja tuotantotapojen muutoksille on hyvät perusteet, ja tämä väitöskirja selventää, missä haluttuja muutoksia voitaisiin toteuttaa. Väitöskirjassa luotiin lisäksi lukuisia karttoja/aineistoja, jotka toimivat datalähteinä jatkotutkimuksille, joiden tulisi huomioida maankäyttösuunnittelussa ympäristönäkökulman lisäksi myös sosiaaliset, ekonomiset ja kulttuurilliset tekijät.Description
Supervising professor
Kummu, Matti, Prof., Aalto University, Department of Built Environment, FinlandThesis advisor
Jalava, Mika, Dr., Aalto University, Department of Built Environment, FinlandOther note
Parts
-
[Publication 1]: Piipponen, J., Jalava, M., de Leeuw, J., Rizayeva, A., Godde, C., Cramer, G., Herrero, M., Kummu, M., 2022. Global trends in grassland carrying capacity and relative stocking density of livestock. Global Change Biology 28, 3902–3919.
Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202204282905DOI: 10.1111/gcb.16174 View at publisher
- [Publication 2]: Piipponen, J., Jalava, M., Resare Sahlin, K., Sandström, V., Cramer, G., Hayek, M.N., Zanten, H.V., Zabel, F., Kummu, M., 2024. Potential shifts between grazing and cropping to increase global food production. Manuscript under 2nd round of review in Nature Food.
-
[Publication 3]: Resare Sahlin, K., Gordon, L.J., Lindborg, R., Piipponen, J., Van Rysselberge, P., Rouet-Leduc, J., Röös, E., 2024. An exploration of biodiversity limits to grazing ruminant milk and meat production. Nature Sustainability 7: 1160–1170.
Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202410026598DOI: 10.1038/s41893-024-01398-4 View at publisher
-
[Publication 4]: Hayek, M.N., Piipponen, J., Kummu, M., Resare Sahlin, K., McClelland, S.C., Carlson, K., 2024. Opportunities for carbon sequestration from removing or intensifying pasture-based beef production. Proceedings of the National Academy of Sciences 121, e2405758121.
Full text in Acris/Aaltodoc: https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202411217429DOI: 10.1073/pnas.2405758121 View at publisher