A new version of this entry is available:
Loading...
Doctoral Thesis
2024
Möglichkeiten und Grenzen digitaler Technologien in einer kleinstrukturierten Landwirtschaft: Eine quantitative Analyse ökonomischer Schlüsselfaktoren
Möglichkeiten und Grenzen digitaler Technologien in einer kleinstrukturierten Landwirtschaft: Eine quantitative Analyse ökonomischer Schlüsselfaktoren
Abstract (English)
In view of the many challenges currently facing agriculture, digitalization offers solutions to counteract the shortage of skilled workers, changes in the legal framework and climatic adversities, for example, and to use production factors more efficiently and thus increasing productivity. Many of the digital technologies available for precision agriculture today, such as automatic steering systems and site-specific fertilization, achieved market maturity decades ago. This long-standing availability appears to be driving a global trend towards digitalization in agriculture, particularly in large-scale farming regions, where adoption rates are notably higher. However, efforts to promote widespread use of digital technologies in small-scale agriculture have been less successful. Given the extended availability of these technologies and persistently low adoption rates, it is crucial to examine whether previously overlooked factors may be at play. Furthermore, it seems possible that the current solutions are not sufficient and that the acceptance rates expected by society, politics and science need to be set lower.
To address this research gap, this dissertation focuses on Baden-Württemberg, a region characterized by small-scale agriculture. It examines the economic factors influencing the adoption of commercially available precision farming technologies in arable farming, considering on-farm, technological, and off-farm factors. Additionally, the study explores how these factors impact the regional diffusion of these technologies. The research employs a mixed-methods approach, combining literature review, qualitative methods, and econometric analyses, to provide a comprehensive understanding of the adoption dynamics in this context. Data on the costs, benefits, and existing adoption rates of the technologies were gathered from literature reviews and crosschecked with practical experience. Additionally, undocumented values, such as the time required for familiarization with a technology, were collected using qualitative methods. This information was incorporated into specific calculation models in order to determine the economic applicability of the technologies under different operational and regional conditions by means of cost-benefit analyses. In small-scale farming, the extent of the area on which a technology is applied is the most significant factor influencing adoption within a farm, as it directly impacts the fixed costs per hectare. On the socio-economic side, this study quantifies the hesitancy of farmers, as described in the literature, due to the uncertainty associated with investing in digital technologies. Even with comprehensive data, reliably estimating the long-term profitability of such investments remains challenging, especially during the first two years of use, as insufficient data exist to
perform a robust trend analysis.Technological differences become evident when comparing the ratio of investment costs to the additional benefits provided by the technologies, as well as in the certainty of achieving these benefits. Automatic guidance systems, for example, offer clear advantages by reliably realizing additional benefits, such as savings in inputs, with minimal risk due to their technical characteristics. Similarly, site-specific fertilization, which involves relatively low investment costs, has the potential to generate significant added value. The existing technology on farms plays a crucial role in determining the profitability of new investments over their useful life, as the level of sunk costs at the outset is heavily influenced by the current level of mechanization. Off-farm factors become particularly significant when the potential additional benefit of a technology is tied to yield increases. This uncertainty in achieving additional benefits often leads risk-averse users to adopt a wait-and-see approach, which plausibly explains the low adoption rates of site-specific technologies.
Economic modeling of the adoption potential for the selected technologies in Baden-Württemberg corroborated the low adoption rates reported in previous studies, with median potentials of 4.6% for automated guidance systems and 17.7% for site-specific fertilization. To encourage widespread digitization, the potential user base could be expanded through various strategies. Private sector initiatives, such as those led by contractors, are particularly effective as they reduce scale dependencies and allow farms to trial the technology with minimal risk. Notably, promotional measures do not uniformly impact all technologies, highlighting the need for technology-specific interventions, especially for those technologies and farms that are currently at a disadvantage. For example, in the case of site-specific seeding, a significant increase in adoption potential could be most effectively achieved through regulatory measures, while for sitespecific spraying, the involvement of service providers would be most effective. Disadvantaged farms are to be found and supported above all where there are structural disadvantages, such as a low factor endowment.
In conclusion, small-scale agricultural regions face distinct challenges in digitalization, particularly economic constraints and technological barriers. To prevent a digital divide between large and small farms, targeted, technology-specific measures are crucial, and disadvantaged farms require focused support. Additionally, the limitations of digitalization should be clearly communicated by policymakers, scientists, and business leaders, as not every farm can or wishes to digitalize. A key first step is a representative survey of the current digitalization status of farms in Baden-Württemberg, forming the basis for a state-wide digitalization strategy. This strategy should also incorporate private-sector initiatives, which are vital for advancing digitalization efforts in the region.
Abstract (German)
Im Hinblick auf die vielfältigen Herausforderungen, vor die die Landwirtschaft derzeit gestellt ist, bietet die Digitalisierung mögliche Lösungsansätze, um beispielsweise Fachkräftemangel, sich verändernden gesetzlichen Rahmenbedingungen und klimatischen Widrigkeiten zu begegnen und dabei Produktionsfaktoren effizienter einzusetzen, d.h. Produktivität zu steigern. Viele der heute verfügbaren digitalen Technologien der Präzisionslandwirtschaft erlangten bereits vor einigen Jahrzehnten Marktreife. Hierzu zählen beispielsweise automatische Lenksysteme und die teilflächenspezifische Düngung. Diese lange Verfügbarkeit digitaler Technologien scheint global gesehen Früchte zu tragen und einen zunehmenden Digitalisierungstrend in der Landwirtschaft zu bewirken, mit einem deutlichen Vorsprung bezüglich der Adoptionsraten für großstrukturierte landwirtschaftliche Regionen.
Bisherige Anstrengungen, die Anwendung digitaler Technologien auch in einer kleinstrukturierten Landwirtschaft in der Breite zu etablieren, scheinen nicht in ausreichendem Maße wirksam zu sein. Angesichts der langen Verfügbarkeit digitaler Technologien in der Landwirtschaft und der anhaltend geringen Verbreitung stellt sich die Frage, ob möglicherweise bisher unberücksichtigte Einflussfaktoren eine Rolle spielen. Zudem scheint es möglich, dass die bisherigen Lösungsansätze zu kurz greifen und die von Gesellschaft, Politik und Wissenschaft erwarteten Akzeptanzraten möglicherweise niedriger angesetzt werden müssen.
Um diese Forschungslücke zu schließen, wird in der vorliegenden Dissertation Baden-Württemberg exemplarisch als kleinstrukturierte Agrarregion ausgewählt. Anhand aller marktverfügbaren Applikationstechnologien der Präzisionslandwirtschaft im Ackerbau wird untersucht, welche innerbetrieblichen, technologischen und außerbetrieblichen Schlüsselfaktoren aus ökonomischer Sicht Einfluss auf die einzelbetriebliche Adoptionsentscheidung nehmen und wie sich diese Faktoren auf die regionale Verbreitung der ausgewählten Technologien auswirken. Die Forschungsfragen werden mithilfe eines Mixed-Methods-Ansatzes beantwortet, der die Vorteile von Literaturstudien, qualitativen Methoden und ökonometrischen Analysen vereint. Daten zu den Kosten, Nutzen und bisherigen Adoptionsraten der Technologien stammen aus Literaturrecherchen und wurden mit Praxiserfahrungen abgeglichen. Zudem wurden nicht dokumentierte Werte wie der Zeitaufwand für die Einarbeitung mittels qualitativer Methoden erhoben. Diese Informationen flossen in spezifische Berechnungsmodelle ein, um durch Kosten-Nutzen-Analysen die ökonomische Einsetzbarkeit der Technologien unter verschiedenen betrieblichen und regionalen Gegebenheiten zu ermitteln.
Im Kontext kleinstrukturierter Landwirtschaft stellt sich innerhalb eines landwirtschaftlichen Betriebes die Größe der Einsatzfläche einer Technologie als Haupteinflussfaktor her-aus. Auf sozioökonomischer Seite konnte die in der Literatur beschriebene Zurückhaltung der Landwirte aufgrund der Unsicherheit einer Investition in digitale Technologien quantifiziert werden. Selbst bei umfassender Datenlage ist es vor allem in den ersten zwei Jahren der Nutzung nicht möglich, die langfristige Rentabilität der Investition zuverlässig einzuschätzen, da noch keine ausreichende Datengrundlage existiert, um eine belastbare Trendanalyse durchzuführen.
Technologisch bedingte Unterschiede treten einerseits beim Vergleich des Verhältnisses von Investitionskosten zum zusätzlichen Nutzen der untersuchten Technologien auf und andererseits bei der Sicherheit des Erreichens eines zusätzlichen Nutzens. Deutliche Vorteile zeigen sich bei automatischen Lenksystemen, die aufgrund ihrer technischen Eigenschaften den zusätzlichen Nutzen (insbesondere Einsparungen an Betriebsmitteln) risikoarm realisieren können. Ebenso kann die teilflächenspezifische Düngung mit vergleichsweise geringen Investitionskosten potentiell einen erheblichen zusätzlichen Nutzen generieren. Die auf den Betrieben vorhandene Bestandstechnik spielt dabei eine entscheidende Rolle: Sie beeinflusst, ob eine Investition über die Nutzungsdauer hinweg rentabel ist, da insbesondere die Höhe versunkener Kosten beim Einstieg in die Technologienutzung durch die vorhandene Mechanisierung bestimmt wird.
Außerbetriebliche Faktoren sind vor allem dann von entscheidender Bedeutung, wenn der zusätzliche Nutzen auf Ertragssteigerung basiert. Diese Unsicherheit im Erreichen eines zusätzlichen Nutzens bestärkt potenzielle, risikoaverse Nutzer in ihrer abwartenden Haltung und bietet einen plausiblen Erklärungsansatz für die geringen Adoptionsraten teilflächenspezifischer Technologien.
Die ökonomische Modellierung des Adoptionspotenzials der ausgewählten Technologien in Baden-Württemberg bestätigt im Wesentlichen die in vorherigen Studien festgestellten geringen Adoptionsraten. Das Adoptionspotenzial liegt im Median für automatische Lenksysteme bei 4,6 % und für die teilflächenspezifische Düngung bei 17,7 %. Um die flächendeckende Digitalisierung zu fördern, könnte der potenzielle Nutzerkreis durch verschiedene Maßnahmen erweitert werden. Besonders förderlich erweisen sich privatwirtschaftlich organisierte Maßnahmen (z.B. Lohnunternehmer), die Skalenabhängigkeiten aufbrechen und landwirtschaftlichen Betrieben ein risikoarmes Testen der Technologie ermöglichen können. Interessanterweise wirken fördernde Maßnahmen nicht bei allen Technologien gleich stark. Daher sind technologiespezifische Maßnahmen erforderlich, die besonders auf benachteiligte Technologien und Betriebe abzielen. So könnte im Falle der teilflächenspezifischen Aussaat eine deutliche Steigerung des Adoptionspotenzials am effektivsten durch regulatorische Maßnahmen erreicht werden, während beim teilflächenspezifischen Pflanzenschutz die Einbindung von Dienstleistern besonders effektiv wäre. Benachteiligte Betriebe sind v.a. dort zu finden und zu unterstützen, wo strukturelle Nachteile, wie eine geringe Faktorausstattung, bestehen.
Abschließend lässt sich festhalten, dass kleinstrukturierte Agrarregionen bei der Digitalisierung vor besondere Herausforderungen gestellt sind. Um eine digitale Kluft zwischen Groß- und Kleinbetrieben zu verringern, müssen technologiespezifische Maßnahmen ergriffen und benachteiligte Betriebe gezielt gefördert werden. Trotzdem sollten die Grenzen der Digitalisierung von Seiten der Politik, Wissenschaft und Wirtschaft deutlicher kommuniziert wer-den, da nicht jeder Betrieb digitalisiert werden kann oder möchte. Ein wichtiger erster Schritt wäre eine repräsentative Erhebung des aktuellen Digitalisierungsstandes der Betriebe in Baden-Württemberg, auf deren Grundlage eine landesweite Digitalisierungsstrategie er-arbeitet und deren Wirksamkeit anschließend überprüft werden kann. Wie die vorliegende Dissertation zeigt, ist der Handlungsbedarf nicht ausschließlich auf staatlicher Seite gefordert. Auch privatwirtschaftliche Maßnahmen bieten eine hervorragende Möglichkeit, die Digitalisierung in Baden-Württemberg voranzutreiben.
File is subject to an embargo until
This is a correction to:
A correction to this entry is available:
This is a new version of:
Notes
Publication license
Publication series
Published in
Other version
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Farm Management
Examination date
2025-04-10
Supervisor
Edition / version
Citation
DOI
ISSN
ISBN
Language
Multiple languages
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Original object
Free keywords
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Munz2024,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/17644},
author = {Munz, Johannes Christoph},
title = {Möglichkeiten und Grenzen digitaler Technologien in einer kleinstrukturierten Landwirtschaft: Eine quantitative Analyse ökonomischer Schlüsselfaktoren},
year = {2024},
}