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Doctoral Thesis
2022
Utilizing sustainable agricultural mechanization to unlock the potential of conservation agriculture in Zambia
Utilizing sustainable agricultural mechanization to unlock the potential of conservation agriculture in Zambia
Einsatz nachhaltiger landwirtschaftlicher Mechanisierung zur Erschließung des Potenzials konservierender Landwirtschaft in Sambia
Abstract (English)
Conservation agriculture (CA) has the potential to improve agriculture’s resilience to climate change, reduce environmental degradation, and improve food security in sub-Saharan Africa (SSA). However, despite this potential, adoption rates of CA have remained relatively low in SSA, as CA is faced with major challenges. Due to low mechanization rates, the high labour requirements of CA constitute an important obstacle to the adoption of CA. The low adoption of CA in SSA has sparked national and international debates about the suitability of CA for African farming systems and about the strategies that have been used to promote it.
The rise of medium-scale farmers across SSA, who use tractors and implements, offers a new perspective for CA. These farmers do not only cultivate increasingly large land areas, but also provide machinery services, share knowledge, and act as role models to small-scale farmers. However, it remains unclear whether mechanized medium-scale farmers, who typically cultivate between five and a hundred hectares of farmland, can play a key role in the upscaling of CA in SSA. Previous studies have focused on socio-economic and psychological factors in studying farmers’ decisions to adopt various CA practices. Yet, the interests of medium-scale farmers regarding mechanized Conservation Agriculture (MCA) have remained largely unexplored. Further, even though mechanization may incentivize CA adoption in SSA, little research has focused on the performance of MCA using four-wheel tractors.
Against this backdrop, this research sought to investigate the extent and how sustainable agricultural mechanization can unlock the potential of CA, focusing on medium-scale farmers and using Zambia as a case study country. The study had three objectives, which are addressed in three different chapters: 1) to analyze the perceptions and intentions of medium-scale farmers with regard to MCA in Zambia; 2) to analyze the discourses about CA expressed by Zambian farmers and various key stakeholders; and 3) to investigate the short-term agronomic and economic differences between mechanized conventional tillage and MCA. To achieve these objectives, a mixed-method research approach was used, involving qualitative and quantitative methods.
The introduction of the thesis presents the study rationale, discusses CA status in SSA and Zambia, and examines the literature on the increase of medium-scale farmers in Zambia as an important opportunity for MCA adoption.
To address the first objective, the second chapter employs Taylor and Todd’s socio-psychological framework of the Decomposed Theory of Planned Behavior to examine the intentions of medium-scale farmers towards MCA. Three constructs are considered: normative issues, attitudes and perceived control behaviour. The chapter is based on responses from a survey that was conducted with 119 medium-scale farmers from selected districts in Zambia. The data were analyzed using descriptive statistics and Spearman’s rank correlation coefficient. This chapter reveals that medium-scale farmers have very strong intentions to apply mechanization on their farms, which is linked to strong subjective norms, attitudes and perceived control. The favourable attitude towards MCA is based on its perceived usefulness, easiness and compatibility with their current practices. Further, perceived resources and efficacy also influence farmers’ intentions to adopt MCA. Other important factors in determining farmers’ intentions to use MCA include social and media influence, technical training and extension services, as well as farmers’ background characteristics.
To address the second objective, presented in Chapter 3, a discourse analytical research approach was applied to examine actors’ viewpoints on CA. The chapter is based on in-depth interviews, interviews with key informants, focus group discussions and a review of selected local media reports. Based on the analysis, six CA narratives were identified in the Zambian context, which can be labelled as follows: (1) Yield stability of CA is attainable within a few years; (2) CA is the farming choice of the future; (3) Opinion leaders and key stakeholders are pushing the new CA frontiers; (4) CA is Africa’s ancient way of farming; (5) The Youths is getting inducted to apply CA; and (6) The number of CA adopters is higher than reported. The chapter reveals that despite the numerous discourses in favour and against CA that are reported in the literature, there are unreported context-specific CA discourses that are inherent to the study sites in Zambia.
The fourth chapter, which addresses the third objective, presents a large-scale on-farm experiment to explore whether there are short-term agronomic and socio-economic differences between mechanized conventional tillage and MCA. This question is relevant because short-term differences can have a stronger influence on the adoption of CA than effects that only become manifest in the long run. The experiment was conducted using a randomised complete block design trial to compare three treatments: (1) disc harrowing (DH) plus residue burning, which represents the widely used conventional practice; (2) ripping tillage (RT); and (3) direct seeding (DS) plus soil cover. The experiment focused on maize and soyabean and covered two years, of which the first was more “dry” and the second more “wet”. All operations were performed using a 60hp four-wheel tractor. The analysis shows that, as compared to conventional DH, DS leads for both crops to time and fuel-saving. This effect is also observed, though to a lower extent, in RT. The cost of production was for both crops highest for DH and lowest for DS, whereas RT fell in-between. MCA treatments led to relatively higher grain yields in the dry season for both crops. However, in the wet season, DH and RT resulted in significantly higher maize yields than DS. The analyses also show that DS resulted in higher profitability for soyabean in both seasons, while the profitability of maize was higher for DS in the dry season and higher for DH in the wet season. MCA treatments led to higher returns per unit of investment and higher returns to labour compared to DH. Overall, the chapter demonstrates that, even in the short term, MCA has multiple agronomic and economic benefits.
Considering the findings regarding the three objectives together, the study indicates that deciphering the discourses and perceptions of key actors about MCA improves the chances of identifying nuanced policies and interventions that may accelerate MCA uptake by medium-scale farmers. The findings of the mechanized experiment show that the agronomic and economic gains of MCA can even be achieved even if adopters hire all tractor operations. However, to harness the synergies between CA, mechanization, and the rise of medium-scale farmers for increased agricultural productivity and sustainability in SSA, more research on the enabling environment for MCA and appropriate policies is still needed.
Abstract (German)
Das System der konservierenden Landwirtschaft (Conservation Agriculture, CA) hat das Potenzial, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Klimawandel zu erhöhen, Umweltzerstörung zu verringern und die Ernährungsunsicherheit in Afrika südlich der Sahara (SSA) zu verbessern. Dennoch wird die Adoption von CA durch vielfältige Herausforderungen behindert, insbesondere durch die hohe Arbeitsbelastung, die bei dem geringen Mechanisierungsgrad der afrikanischen Landwirtschaft eine besondere Rolle spielt. Die niedrigen Adoptionsraten von CA in SSA haben zu und nationalen und internationalen Debatten geführt, wobei Kritiker Zweifel an der Eignung von CA für afrikanische Betriebssysteme und an den Förderstrategien für CA zum Ausdruck bringen.
Der wachsende Rolle mittelständischer Landwirte in SSA, die Traktoren und Geräte für die landwirtschaftliche Produktion nutzen, bietet eine neue Perspektive für CA. Diese Bauern bewirtschaften nicht nur größere Landflächen, sondern bieten auch Maschinendienstleistungen an, teilen Wissen und können Kleinbauern als Vorbild dienen. Es ist jedoch bislang unklar, ob mechanisierte mittelständische Betriebe, die typischerweise fünf bis hundert Hektar Ackerland besitzen, eine wesentliche Rolle für die weitere Verbreitung von CA in SSA spielen können. Frühere Studien haben untersucht, welche Rolle sozioökonomische und psychologische Faktoren bei der Entscheidungen der Landwirte spielen, CA Praktiken anzuwenden. Die Interessen der mittelgroßen Landwirte an der mechanisierten konservierenden Landwirtschaft (MCA) sind jedoch weitgehend unerforscht. Auch wenn die Mechanisierung Anreize für die Einführung von CA in SSA bieten kann, gibt es bislang wenig Forschung zu diesem Thema.
Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Arbeit untersucht, wie eine nachhaltige Mechanisierung der Landwirtschaft genutzt werden kann, um das Potenzial von CA zu erschließen, wobei der Schwerpunkt auf mittelgroße Betriebe gelegt wurde und Sambia als Fallstudienland gewählt wurde. Die Studie verfolgte drei Ziele: 1 ) Analyse der Wahrnehmung und der Absichten von mittelständischen Landwirten bzgl. MCA in Sambia; 2) Analyse der CA-Diskurse, die von sambischen Landwirten und verschiedenen Interessengruppen zum Ausdruck gebracht werden; und 3) Untersuchung die kurzfristigen agronomischen und wirtschaftlichen Unterschiede zwischen mechanisierter konventioneller Bodenbearbeitung und MCA. Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein Mixed-Method-Forschungsansatz verwendet, der qualitative und quantitative Methoden umfasste.
Die Arbeit beginnt mit einer Einführung, die die Motivation der Studie beschreibt, den CA-Status in SSA und Sambia diskutiert und die Literatur über die wachsende Bedeutung mittelgroßen Betriebe in Sambia als wichtiges Bindeglied zur Einführung von MCA in SSA aufarbeitet.
Um das erste Ziel zu erreichen, wird in Kapitel 2 der sozio-psychologischen Ansatz der „Decomposed Theory of Planned Behavior“ von Taylor und Todds angewandt, um die Absichten aufstrebender Landwirte gegenüber MCA zu untersuchen. Dabei werden drei Konstrukte berücksichtigt: normative Probleme, Einstellung und wahrgenommenes Kontrollverhalten. Das Kapitel basiert auf einer Umfrage, die mit 119 mittelständischen Landwirten aus ausgewählten Distrikten in Sambia durchgeführt und mit deskriptiven Statistiken sowie mit dem Rangkorrelationskoeffizienten von Spearman analysiert wurde. Das Kapitel zeigt, dass mittelständische Landwirte sehr ausgeprägte Absichten haben, Mechanisierung auf ihren Betrieben anzuwenden, was mit subjektiven Normen, Einstellungen und wahrgenommenen Kontrollen in Beziehung steht. Die ausgeprägte positive Einstellung gegenüber MCA basiert auf dem wahrgenommenen Nutzen, der einfachen Anwendung und der hohen Kompatibilität mit aktuellen Praktiken. Darüber hinaus beeinflussen auch Ressourcen und erwartetet Wirksamkeit die Absicht der Landwirte, MCA einzuführen. Weitere Faktoren für die Absichten der Landwirte, MCA zu verwenden, umfassen sozialen und medialen Einfluss, technische Schulungen und Beratungsdienste, sowie demographische Merkmale der Landwirte.
Um das zweite Ziel zu erreichen, das im dritten Kapitel vorgestellt wird, wurde ein diskursanalytischer Forschungsansatz angewandt, um die Standpunkte der Akteure zu CA durch qualitative Interviews, Fokusgruppendiskussionen und eine Analyse ausgewählter lokaler Medienberichte zu untersuchen. Dabei wurden sechs CA-Narrative identifiziert, die sich wie folgt beschreiben lassen: (1) Ertragsstabilität ist für CA innerhalb weniger Jahre erreichbar; (2) CA ist die landwirtschaftliche Wahl der Zukunft; (3) Meinungsführer und wichtige Interessengruppen bringen CA voran; (4) CA ist Afrikas ursprüngliche Form der Landwirtschaft; (5) Jugendliche haben an CA Interesse; und (6) Die Anzahl der CA-Anwender ist höher als in statistischen Daten erfasst wird. Das Kapitel zeigt, dass es trotz der zahlreichen Diskurse, über die in der Literatur bereits berichtet wird, weitere kontextspezifische CA-Diskurse gibt, die bislang vernachlässigt wurden.
Das vierte Kapitel der Dissertation, das sich mit dem dritten Ziel befasst, bezieht sich auf ein Experiment, das durchgeführt wurde, um die kurzfristigen agronomischen und sozioökonomischen Unterschiede zwischen mechanisierter konventioneller Bodenbearbeitung und MCA zu untersuchen. Kurzfristige Unterschiede sind deswegen von Bedeutung, weil sie die Adoption eher beeinflussen als Unterschiede, die sich erst nach mehreren Jahren beobachten lassen. Angewandt wurde ein randomisiertes Block-Design, bei dem drei Verfahren verglichen wurden: (1) Disc Harrowing (DH) mit Rückstandsverbrennung, (2) Ripping Tillage (RT) und (3) Direktsaat (DS) mit Bodenbedeckung. Das Experiment umfasste Mais und Sojabohnen und erstreckte sich über zwei Jahre, von denen das erste eher trocken und das zweite eher feucht war. Alle Arbeitsgänge wurden mit einem 60 PS starken Traktor durchgeführt. Die Analyse zeigte, dass DS gegenüber DH mit einer signifikanten Zeit- und Kraftstoffeinsparung verbunden war. Diese wurde auch bei RT beobachtet, dort fiel sie aber geringer aus. Die Produktionskosten waren bei DH am höchsten, gefolgt von RT und DS. MCA-Behandlungen verzeichneten in der Trockenzeit für beide Kulturen einen relativ höheren Getreideertrag, aber in der Regenzeit führten DH und RT bei Mais zu einem signifikant höheren Ertrag als DS. Die Analyse zeigte auch, dass DS in beiden Jahreszeiten zu einer höheren Rentabilität für Sojabohnen führt, während die Rentabilität von Mais bei DS während der Trockenzeit und bei DH in der Regenzeit höher ist. MCA-Behandlungen zeigten höhere Renditen pro Investitionseinheit und höhere Renditen für die Arbeit im Vergleich zu DH. Insgesamt zeigt das Kapitel, dass MCA auch kurzfristig mehrere agronomische und wirtschaftliche Vorteile hat.
Zusammen genommen zeigen die Ergebnisse der Arbeit, dass die Analyse der Diskurse und der Wahrnehmung der wesentlichen Akteure bzgl. über MCA die Chancen für nuancierte Politikmaßnahmen und Interventionen verbessert, wodurch die Adoption von MCA durch mittelständische Landwirte erhöht werden könnte. Die Analyse zeigt auch, dass die agronomischen und wirtschaftliche Vorteile von MCA auch dann erzielt werden können, wenn die Landwirte die Dienste von Lohnunternehmern für alle Arbeitsgänge nutzen. Um jedoch die Synergien zwischen CA, Mechanisierung und mittelständischen Landwirten für eine höhere landwirtschaftliche Produktivität und Nachhaltigkeit in SSA zu nutzen, sind noch weitere Untersuchungen zu einem förderlichen Umfeld für MCA erforderlich.
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Notes
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Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Agricultural Sciences in the Tropics (Hans-Ruthenberg-Institute)
Examination date
2023-05-26
Supervisor
Edition / version
Citation
DOI
ISSN
ISBN
Language
English
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Original object
Standardized keywords (GND)
BibTeX
@phdthesis{Omulo2022,
doi = {10.60848/2099},
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6961},
author = {Omulo, Godfrey Omondi},
title = {Utilizing sustainable agricultural mechanization to unlock the potential of conservation agriculture in Zambia},
year = {2022},
}