Agent-based simulation modeling for analysis and support of rural producer organizations in agriculture

Abstract

Development of smallholder agriculture is widely recognized as an important pathway to poverty reduction in rural areas, particularly in Sub-Saharan Africa. Many researchers propose collective action of smallholder farmers by means of rural producer organizations (RPO) as a promising opportunity to improve commercialization and market access of small farms, which in turn will result in improvement of rural livelihoods. However, little is known about the determinants of RPO success. Currently, there is a broad demand for detailed analyses of RPO performance and for ex-ante assessments of the developmental interventions and policies of RPO support. This thesis focuses on the provision of high-resolution quantitative data for the design of such interventions using a case study of coffee producers in the lake-shore Uganda and their RPO. This work demonstrates the effective ways to increase farmers’ welfare through the network of RPO and analyzes the associated risks and opportunities. This work applies agent-based computer simulation to analyze the RPO. Designed virtual simulation experiments assess the broad portfolio of development interventions and economic scenarios that are challenging to investigate by means of real-world empirical research. The agent-based nature of the model allows for a holistic integration of several modeling concepts in the developed model application. This leads to the inclusion into the model of a number of important aspects of the bio-economic system of coffee production in Uganda. The first aspect is the heterogeneity among farming households, reflected by differences in natural conditions, resource endowments, production and market constraints, time and consumption preferences. The second aspect is the inseparability of decisions that are taken on the farm (i.e. investment, production, consumption and marketing) from one another. The third aspect is human-environment interaction cycles and the dynamics of the bio-economic system, including interactions across levels of hierarchy (here: individual farmers and RPO). The constructed model is parameterized, calibrated and validated using the empirical data from project and country-level surveys. The set-up of the model and the results of simulation experiments are further complemented by (i) a detailed review of relevant literature, (ii) community-based participatory research with members of RPO and (iii) interviews with key informants. Results of simulation experiments indicate that RPO activities can cause significant increases in members’ sales revenues and consequently can improve their household incomes. The posvitive impacts of RPO can be amplified through external assistance. Recommended RPO-level interventions include (i) on-the-spot payments for RPO members’ transactions and (ii) support for group certification. Both are expected to have high cost efficiency and a low risk of failure. In addition, results of this thesis suggest that improvement of agricultural productivity through the provision of quality planting material and the promotion of good agricultural practices is likely to be highly beneficial for the rural households. In order to stream the related development policies to smallholder farmers it is recommended to use RPO networks. Findings of the participatory research in Ugandan RPO indicate that the establishment of transparent rules of reception of RPO services and allocation of earned benefits, together with frequent and formal reporting of RPO administration might increase members’ cooperation within an RPO. This thesis also shows the vulnerability of coffee producing households and their RPO to the risks imposed by the volatility of agricultural prices. The role of development policy is, therefore, to provide price risk insurance for smallholder farmers and to facilitate the formation of accurate price expectations. However, viable and sustainable models of smallholder risk insurance are yet to be found.

Die Entwicklung von kleinbäuerlicher Agrarwirtschaft ist weithin als eine wichtige Strategie zur Armutsbekämpfung in ländlichen Gebieten anerkannt, insbesondere in denen südlich der Sahara. Viele Wissenschaftler, die sich mit diesem Thema beschäftigen, halten kollektives Handeln von Kleinbauern in ländlichen Produzenten-Organisationen (RPO) für einen vielversprechenden Ansatz, um Kommerzialisierung und Marktzugang und damit die Erwerbsfähigkeit landwirtschaftlicher Kleinbetriebe zu verbessern. Allerdings ist das Wissen in Bezug auf die Erfolgsfaktoren von RPO noch sehr beschränkt. Derzeit besteht ein großer Bedarf an detaillierten Analysen der Leistungen, die von den RPO erbracht werden, sowie an ex-ante Bewertungen von Entwicklungs- und Politikmaßnahmen zur Unterstützung von RPO. Der Schwerpunkt der vorliegenden Dissertation liegt in der Bereitstellung von hochaufgelösten quantitativen Methoden und Daten für die Planung solcher Entwicklungsmaßnahmen. Die Studie nutzt ein Fallbeispiel von Kaffeeproduzenten und ihrer RPO in der Region Victoriasee in Westuganda. Die Arbeit zeigt effiziente Verfahren zur Wohlfahrtssteigerung der Kleinbauern durch das Netzwerk der RPO auf und analysiert die damit verbundenen Potenziale und Risiken. In der vorliegenden Forschungsarbeit werden die RPO mit Hilfe von agenten-basierten Computersimulationen untersucht. Anhand virtueller Experimente wird ein breites Portfolio von Entwicklungsmaßnahmen und ökonomischen Szenarien erforscht, deren Analyse mit klassischen empirischen Methoden problematisch wäre. Die agenten-basierte Beschaffenheit des Modells erlaubt die Integration von verschiedenen Modellierungskonzepten während der Modellentwicklung. Somit konnten einige wichtige bio-ökonomische Aspekte der Kaffeeproduktion in Uganda durch das Modell dargestellt werden. Zum einen konnte der Heterogenität der landwirtschaftlichen Haushalte bezüglich ihrer agrar-ökologischen Bedingungen, Ressourcenausstattung, Produktions- und Marktbeschränkungen, sowie Zeit- und Konsumpräferenzen Rechnung getragen werden. Der zweite Aspekt ist die Komplexität und gegenseitige Abhängigkeit der im Haushalt getroffenen Entscheidungen bezüglich Investitionen, Produktionsverfahren, Marketing und Konsum. Der dritte wichtige Aspekt ist die Integration der Kreisläufe und Interaktionen zwischen den Akteuren und der sie umgebenden Umwelt, sowie die Dynamik des bio-ökonomischen Systems. Dies schließt die Interaktionen über die verschiedenen hierarchische Ebenen (in diesem Fall: individuelle Landwirte und RPO) mit ein. Das Modell wird mit Hilfe von empirischen Daten parametrisiert, kalibriert und validiert, wobei die Modellentwicklung und die Ergebnisse der Simulationsexperimente durch (i) Literaturrecherche, (ii) partizipative Forschung mit den RPO-Mitgliedern und (iii) Expertenbefragungen ergänzt werden. Die Ergebnisse der Simulationsexperimente zeigen, dass die RPO-Aktivitäten eine wesentliche Steigerung der Verkaufserlöse der RPO-Mitglieder und eine sich daraus ergebende Verbesserung der Haushaltseinkommen bewirken können. Diese positiven Auswirkungen der RPO können durch externe Entwicklungsmaßnahmen weiter verstärkt werden. Folgende zusätzliche Maßnahmen werden empfohlen: (i) die Organisation von Auf-dem-Feld-Zahlungen an die RPO-Mitglieder und (ii) die Unterstützung von RPO zum Aufbau der Gruppenzertifizierung. Beide Maßnahmen lassen eine hohe Kosteneffizienz bei gleichzeitig niedrigem Ausfallrisiko erwarten. Weitere Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten darauf hin, dass sich die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktivität durch die Bereitstellung verbesserten Pflanzmaterials und die Förderung optimierter Anbauverfahren sehr vorteilhaft auf die Wohlfahrt der ländlichen Haushalte auswirken. Diesbezüglich erscheint es empfehlenswert, die RPO-Netzwerke als Medium zu nutzen, um die Kleinbauern mit entsprechenden Entwicklungsprogrammen zu erreichen. Die Ergebnisse der partizipativen Forschung mit den ugandischen RPO ergeben, dass die Einrichtung transparenter Regeln für die Inanspruchnahme von RPO-Dienstleistungen, die Verteilung der erwirtschafteten Gewinne, sowie die regelmäßige und formelle administrative Berichterstattung die Zusammenarbeit zwischen den RPO und ihren Mitgliedern deutlich verbessern kann. Außerdem zeigt diese Dissertation die Risikoanfälligkeit der kaffeeproduzierenden Haushalte und ihrer RPO hinsichtlich hoher Volatilität der Agrarpreise auf. Deshalb sollten die entwicklungspolitischen Entscheidungsträger Versicherungen gegen Preisschwankungen für Kleinbauern bereitstellen und sie bei der Bildung von korrekten Preiserwartungen unterstützen. Allerdings müssen realisierbare und nachhaltige Modelle zur Risikoversicherung für Kleinbauern erst noch erfunden werden.