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Doctoral Thesis
2024
Digital agriculture: socio-technical-physical interactions and the transformation of the rural world(s)
Digital agriculture: socio-technical-physical interactions and the transformation of the rural world(s)
Abstract (English)
The social and environmental challenges that humanity faces today to produce food, fuel, and fibers in a sustainable and fair way call for a transformation. Digital agriculture has been embraced with much enthusiasm by many as the contour of such transformation. Proponents of these technologies, including international organizations as well as numerous researchers focused on innovations, describe this innovation as a paradigm shift. Associated with increased efficiencies and enhanced communication, digital agriculture is commonly depicted by these groups as the advent of a more sustainable and ‘smart’ future. Other groups, including grassroots organizations, socio-environmental activists, and critical scholars, on the other hand, see digital agriculture with skepticism and concern. They refer to the entrenchment of digital agriculture in productivist, capitalist, and extractivist forms of production, and a linkage with the consolidation of corporate power and state surveillance. Using a critical and systems approach, this thesis scrutinizes these arguments, examining the socio-technical transitions that emerge from agricultural digitalization, and discerns their societal and environmental consequences. This examination is relevant given that despite digital agriculture can transform the face of agricultural systems, it is not yet clear in what way. The emergent condition of digitalization requires this analysis to inform responsible governance of this innovation. Critical studies have made important contributions to this understanding. However, the complexity of digital agriculture calls for additional conceptual frameworks to be incorporated.
The coffee production system has been selected as a case study in this thesis. This selection responds to the global scope of this system and the relevance that it represents for rural development. To set the picture: coffee is one of the most traded agricultural products in the world. Yet, more than 70% of it is produced by smallholder farmers who receive less than 10% of its final value. Meanwhile, coffee farmers experience manifold social and environmental challenges that threaten their livelihoods and the sustainability of the whole system. Poverty, power and information asymmetries, and climate change are among them. Against this background, this thesis takes the perspective of coffee as a crop, a cultural system, and a value chain.
Following a qualitative research approach, the analysis is informed by a theoretical literature review and data from semi-structured interviews with developers and users of digital technologies. The thesis is divided into three studies (chapters 2, 3, and 4) which together present a critical analysis applied at three scales: 1) global, 2) value chain, and 3) local. Across these studies, three main socio-technical aspects of digital agriculture are addressed. First, global governance of digital agriculture and its consequences for farmers’ rights and capabilities. Second, the consequences of different technical assemblages for the sustainability of agricultural systems. Third, local forms of interaction with digital technologies.
After presenting and introduction in Chapter 1, Chapter 2 presents a literature review on the political dynamics of digital agriculture. Drawing upon an emancipatory conceptualization of agency and sovereignty, this chapter is focused on describing two main forms of governance: governance through and governance of digital technologies in the context of agriculture. This description is followed by an analysis of the multiple effects of these two forms of governance on farmer’s sovereignty and agency. The analysis revealed that the governance of digital agriculture is an assemblage of multiple agencies of human and cyber agents (smart devices, automated machines, algorithms). Socio-technical interactions in this assemblage result simultaneously in sovereignty and agency gains and losses for farmers - a complex set of power transactions in which farmers participate many times inadvertently. Together with oppressive forms of governance associated with corporate technological lock-in, data extractivism, and a surveilling state, there is evidence also of a democratic facet of digitalization. This facet is integrated by open-collaborative networks, data cooperatives, cyberactivism, and open-source software. With this analysis, the study aimed to understand how the political position of farmers is affected by digitalization, understanding that this process is occurring in a context of structural power imbalance.
A socio-technical perspective is applied in Chapter 3 to explore 20 digital tools designed for the coffee value chain, examining the pathways toward sustainability (environmental, social, and economic) promoted by these tools. The socio-technical perspective mainly proposes that social and technical systems shape each other in reciprocal interactions. Building on this idea, the chapter examines the technical attributes of these tools (functionality, technologies included, operation rules, information flow). Subsequently, it analyzes the consequences of these attributes in terms of three broad social dynamics: 1) knowledge and value systems represented, 2) power structures, and 3) possibilities for using these tools effectively. The forms in which these social dynamics are shaped by these tools, in turn, yield specific sustainability outcomes. These include the kind of production systems that are endorsed - and not endorsed -, the access to these technologies and their benefits, and the way in which social inequalities and power asymmetries are addressed - or not addressed -. The data for this analysis comes from interviews with 15 developers of these tools and secondary information. The analysis shows that technical attributes play a fundamental role in directing the kinds of pathways toward sustainability that are made available for agricultural systems. Additionally, it shows that in some cases, rather than a revolution, digital agriculture can look like business as usual but tweaked.
Chapter 4 presents a local perspective on digitalization. Using data from interviews with 73 households in two selected coffee growing communities in Colombia, this chapter explores how they engage with digital technologies. The study parts from the idea that important reality-design gaps in digital agriculture result from a lack of understanding and inclusion of local worldviews around digital technologies and farming. Amartya Sen’s capabilities approach was adopted as the conceptual framework for the analysis. This framework posits that resources only become assets when they can be used by individuals to accomplish the life they value. For that reason, the analysis in this chapter was focused on first, understanding the elements that configure a valuable life for these communities, and next, understanding how they use digital technologies to support the accomplishment of this life. The underlying values of this local process of technological appropriation were compared with the values represented by broader narratives of digital agriculture. This offered a picture of the negotiations and tensions that occur when contrasting visions of farming, digitalization, and a desirable future, interface. Drawing upon a relational perspective, the local appropriation process is characterized by multiple negotiations between farmers’ personal and collective goals, situated knowledge, institutional programs, and the agency of non-humans (e.g. land, plants, animals, machines). From these interactions emerge distinctive forms of digitalization and non-digitalization. This process of local appropriation revealed the critical view of farmers and agency, for example, by following a digitalization pathway that profoundly diverges from dominant imaginaries and discourses around digital agriculture.
By applying a systems approach and by integrating three frameworks into critical scholarship - (1) emancipatory conceptualization of agency and sovereignty, (2) Sen´s capabilities approach, and (3) a relational approach - this thesis presents evidence of the complexity of socio-technical-physical interactions that lead to certain broad-mainstream and local-everyday digitalization pathways. These pathways, in turn, present particular societal consequences, such as the kind of agricultural worlds that are made possible, the interests that are represented in them, and the possibilities of participation for different social groups. More than a single trajectory, digital agriculture is a space of multiplicity and permanent emergence, also for reproducing current – not necessarily sustainable - models. For this reason, this thesis calls for abandoning notions of immutability, universality, and uniformity in development discourses, perspectives of rurality, and the generation of new technologies. Instead, it proposes to integrate a critical and systems-relational perspective into inclusionary innovation research and practice.
Abstract (German)
Die sozialen und ökologischen Herausforderungen, mit denen die Menschheit heute bei der nachhaltigen und fairen Produktion von Lebensmitteln, Brennstoffen und Fasern konfrontiert ist, erfordern eine Transformation. Die digitale Landwirtschaft wird von Vielen mit großer Begeisterung als Wegbereiter für einen solchen Wandel angesehen. Befürworter dieser Technologien, darunter internationale Organisationen und zahlreiche Innovationsforscher:innen, bezeichnen diese Innovation als Paradigmenwechsel. In Verbindung mit einer höheren Effizienz und einer verbesserten Kommunikation wird die digitale Landwirtschaft von diesen Gruppen häufig als Beginn einer nachhaltigeren und „intelligenteren“ Zukunft dargestellt. Andere Gruppen, darunter Basisorganisationen, Umweltaktivist:innen und kritische Wissenschaftler:innen, betrachten die digitale Landwirtschaft hingegen mit Skepsis und Sorge. Sie verweisen auf die Verankerung der digitalen Landwirtschaft in produktivistischen, kapitalistischen und extraktivistischen Produktionsformen sowie auf eine Verbindung mit der Konsolidierung von Unternehmens macht und staatlicher Überwachung. Mit einem kritischen und systemischen Forschungsansatz untersucht diese Doktorarbeit diese Argumente, die soziotechnischen Veränderungen, die sich aus der Digitalisierung der Landwirtschaft ergeben, und ihre gesellschaftlichen und ökologischen Folgen. Solch eine Untersuchung ist relevant, da trotz der Tatsache, dass die digitale Landwirtschaft das Gesicht der Agrarsysteme verändern kann, noch nicht klar ist, in welcher Weise dies geschehen wird. Angesichts des sich abzeichnenden Digitalisierungstrends ist solch eine Analyse auch relevant, um eine verantwortungsvolle Steuerung von Digitalisierung zu gewährleisten. Obwohl kritische Forschung bereits wichtige Beiträge zu diesem Verständnis geleistet haben, erfordert die Komplexität der digitalen Landwirtschaft die Integration zusätzlicher konzeptioneller Rahmenbedingungen in der Forschung. Für diese Doktorarbeit wurde der Kaffeesektor als Fallstudie ausgewählt. Diese Auswahl ist auf die globale Reichweite dieses Sektors und seiner Bedeutung für die ländliche Entwicklung, zurückzuführen. Um das Bild zu vervollständigen: Kaffee ist eines der am meisten gehandelten landwirtschaftlichen Produkte der Welt. Dennoch wird er zu mehr als 70 % von Kleinbauern erzeugt, die weniger als 10 % des Endwerts erhalten. Gleichzeitig sind Kaffeebäuer:innen mit vielfältigen sozialen und ökologischen Herausforderungen konfrontiert, die ihre Existenzgrundlage und die Nachhaltigkeit des gesamten Sektors gefährden. Zu diesen Herausforderungen gehören Armut, Macht- und Informationsasymmetrien sowie der Klimawandel. Vor diesem Hintergrund wird Kaffee in dieser Arbeit als Kulturpflanze, als kulturelles System und als Wertschöpfungskette betrachtet. Die Analyse folgt einem qualitativen Forschungsansatz und stützt sich auf eine Literaturrecherche sowie auf Daten aus halbstrukturierten Interviews mit Entwickler:innen und Anwender:innen digitaler Technologien. Die Doktorarbeit ist in drei wissenschaftliche Studien (Kapitel 2, 3 und 4) unterteilt, die zusammen eine kritische Analyse auf drei Ebenen darstellen: 1) global, 2) Wertschöpfungskette, und 3) lokal. In diesen Studien werden drei soziotechnische Aspekte der digitalen Landwirtschaft behandelt: Erstens die globale Steuerung der digitalen Landwirtschaft und ihre Folgen für die Rechte und Möglichkeiten der Landwirte; zweitens die Folgen unterschiedlicher Kombinationen von Technologien für die Nachhaltigkeit landwirtschaftlicher Systeme; und drittens lokale Formen der Interaktion mit digitalen Technologien. Nach einer Einleitung in Kapitel 1 wird in Kapitel 2 eine Literaturübersicht über die politischen Dynamiken der digitalen Landwirtschaft gegeben. Ausgehend von einer emanzipatorischen Konzeption von Handlungsfähigkeit und Souveränität konzentriert sich dieses Kapitel auf die Beschreibung zweier Hauptformen der Steuerung: Steuerung durch und Steuerung von digitalen Technologien im Kontext der Landwirtschaft. Dieser Beschreibung folgt eine Analyse der vielfältigen Auswirkungen dieser beiden Steuerungsformen auf die Souveränität und Handlungsfähigkeit der Landwirt:innen. Die Analyse ergab, dass die Steuerung der digitalen Landwirtschaft durch mehrerer menschlicher Akteur:innen und Cyber- Agent:innen (intelligente Geräte, automatisierte Maschinen, Algorithmen) erfolgt. Sozio-technische Interaktionen in dieser Steuerung führen gleichzeitig zu Gewinnen und Verlusten in Bezug auf Souveränität und Handlungsfähigkeit für Landwirt:innen – ein komplexes Geflecht von Machtbeziehungen, an denen Landwirt:innen oft unabsichtlich beteiligt sind. Neben repressiven Formen der Steuerung, die mit der technologischen Abhängigkeit von Unternehmen, Datenextraktivismus und einem überwachenden Staat verbunden sind, gibt es auch Anzeichen für eine demokratische Facette der Digitalisierung. Diese Facette zeigt sich durch offene, kollaborative Netzwerke, Datenkooperativen, Cyberaktivismus und Open-Source- Software. Mit dieser Analyse zielte die Studie darauf ab, zu verstehen, wie die politische Position der Landwirt:innen durch die Digitalisierung beeinflusst wird, und dass dieser Prozess in einem Kontext systemischer Machtungleichgewichte stattfindet. In Kapitel 3 wird eine soziotechnische Perspektive angewandt, um 20 digitale Tools zu untersuchen, die für die Kaffee-Wertschöpfungskette entwickelt wurden, und die Wege zur Nachhaltigkeit (ökologisch, sozial und wirtschaftlich) zu untersuchen, die durch diese Tools gefördert werden. Die soziotechnische Perspektive geht hauptsächlich davon aus, dass sich soziale und technische Systeme in wechselseitigen Interaktionen gegenseitig beeinflussen. Aufbauend auf dieser Idee untersucht die Studie die technischen Eigenschaften der Tools (Funktionalität, enthaltene Technologien, Betriebsregeln, Informationsfluss). Anschließend werden die Auswirkungen dieser Eigenschaften in Bezug auf drei große soziale Dynamiken analysiert: 1) die dargestellten Wissens- und Wertesysteme, 2) die Machtstrukturen und 3) die Möglichkeiten für eine effektive Nutzung dieser Tools. Die Formen, in denen diese sozialen Dynamiken durch die Tools geprägt werden, führen wiederum zu spezifischen Nachhaltigkeitsergebnissen. Dazu gehören beispielsweise die Art der Produktionssysteme, die unterstützt werden – und die, die nicht unterstützt werden –, der Zugang zu den Technologien und ihren Vorteilen sowie die Art und Weise, wie soziale Ungleichheiten und Machtasymmetrien angegangen werden – oder eben nicht angegangen werden. Die Daten für diese Analyse stammen aus Interviews mit 15 Entwicklern der Tools und aus Sekundärdaten und -informationen. Die Analyse in diesem Kapitel zeigt, dass technische Eigenschaften eine grundlegende Rolle dabei spielen, welche Wege zur Nachhaltigkeit für landwirtschaftliche Systeme verfügbar gemacht werden. Darüber hinaus zeigt sich, dass die digitale Landwirtschaft in einigen Fällen eher wie ein „Business as usual“ aussehen kann, das nur geringfügig angepasst wird, als wie eine Revolution. Kapitel 4 präsentiert eine lokale Perspektive auf die Digitalisierung. Anhand von Interviews mit 73 Haushalten in zwei ausgewählten Gemeinden kolumbianischer Kaffeebäuer:innen wird in diesem Kapitel untersucht, wie sie mit digitalen Technologien umgehen. Die Studie geht von der Idee aus, dass wichtige Lücken in der Gestaltung der Realität in der digitalen Landwirtschaft auf mangelndes Verständnis und mangelnde Einbeziehung lokaler Weltanschauungen in Bezug auf digitale Technologien und Landwirtschaft zurückzuführen sind. Der Fähigkeiten-Ansatz von Amartya Sen wurde als konzeptioneller Rahmen für die Analyse übernommen. Dieser Ansatz geht davon aus, dass Ressourcen nur dann zu Vermögenswerten werden, wenn sie von Einzelpersonen genutzt werden können, um das Leben zu führen, das sie wertschätzen. Aus diesem Grund konzentrierte sich die Analyse in diesem Kapitel zunächst darauf, die Elemente zu verstehen, die ein wertvolles Leben für diese Gemeinschaften ausmachen, und dann darauf, zu verstehen, wie sie digitale Technologien nutzen, um dieses Leben zu unterstützen. Die zugrunde liegenden Werte dieses lokalen Prozesses der technologischen Aneignung wurden mit breiteren Narrativen der digitalen Landwirtschaft verglichen. Diese Analyse bot ein Bild der Verhandlungen und Spannungen, die auftreten, wenn unterschiedliche Visionen von Landwirtschaft, Digitalisierung und einer wünschenswerten Zukunft aufeinandertreffen. Ausgehend von einer relationalen Perspektive ist der lokale Aneignungsprozess durch vielfältige Verhandlungen zwischen den persönlichen und kollektiven Zielen der Landwirt:innen, dem situierten Wissen, den institutionellen Programmen und der Handlungsfähigkeit nichtmenschlicher Akteur:inen (z. B. Land, Pflanzen, Tiere, Maschinen) gekennzeichnet. Aus diesen Interaktionen ergeben sich unterschiedliche Formen der Digitalisierung und Nichtdigitalisierung. Der Prozess der lokalen Aneignung offenbarte die kritische Sichtweise der Landwirt:innen und ihrer Handlungsfähigkeit, beispielsweise indem sie einen Digitalisierungsweg beschritten, der sich grundlegend von den vorherrschenden Vorstellungen und Diskursen über die digitale Landwirtschaft unterscheidet. Durch die Anwendung eines systemischen Ansatzes und die Integration von drei Rahmenbedingungen in die kritische Wissenschaft – (1) emanzipatorische Konzeptualisierung von Handlungsfähigkeit und Souveränität, (2) Amartya Sen‘s Ansatz der Fähigkeiten und (3) ein relationaler Ansatz – liefert diese Arbeit Belege für die Komplexität sozio-technisch-physischer Interaktionen, die zu bestimmten breiten Mainstream- und lokalen alltäglichen Digitalisierungspfaden führen. Diese Pfade wiederum haben besondere gesellschaftliche Auswirkungen, beispielsweise auf die Art der landwirtschaftlichen Welten, die sich entwickeln, auf die Interessen, die in ihnen vertreten werden, und auf die Möglichkeiten der Beteiligung verschiedener sozialer Gruppen. Die digitale Landwirtschaft ist mehr als eine einzelne Entwicklung, sie ist ein Raum der Vielfalt und des permanenten Entstehens, auch für die Reproduktion aktueller – nicht unbedingt nachhaltiger – Modelle. Aus diesem Grund fordert diese Doktorarbeit dazu auf, Vorstellungen von Unveränderlichkeit, Universalität und Einheitlichkeit in Entwicklungsdiskursen, Perspektiven des Ländlichen und der Generierung neuer Technologien aufzugeben. Stattdessen schlage ich vor, eine kritische und systemrelationale Perspektive in die Innovationsforschung und -praxis zu integrieren.
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Faculty of Agricultural Sciences
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Institute of Agricultural Sciences in the Tropics (Hans-Ruthenberg-Institute)
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2025-03-25
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Hidalgo Jaramillo, F. J. (2024). Digital agriculture: socio-technical-physical interactions and the transformation of the rural world(s). https://doi.org/10.60848/12822
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630 Agriculture
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Sustainable Development Goals
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