Modeling crop yield and farmer adaptation to rainfall variability : the case of Southern Ethiopia

Bocher, Temesgen Fitamo

Eingang zum Volltext

Bocher, Temesgen Fitamo

Modeling crop yield and farmer adaptation to rainfall variability : the case of Southern Ethiopia

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-11864
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2016/1186/

pdf-Format:

Dokument 1.pdf (2.307 KB)

Gedruckte Ausgabe:

Print-on-Demand-Kopie

Dokument in Google Scholar suchen:

Social Media:

Export:

Abrufstatistik:

SWD-Schlagwörter:

Äthiopien , Regenfeldbau , Kleinbauernbetrieb , Einkommenssteigerung , Mathematische Modellierung , Mehragentensystem

Freie Schlagwörter (Englisch):

crop yield , farmer adaptation , rainfall variability , Southern Ethiopia , adaptation strategies , smallholderl households

Institut:

Institut für Agrar- und Sozialökonomie in den Tropen und Subtropen

Fakultät:

Fakultät Agrarwissenschaften

DDC-Sachgruppe:

Landwirtschaft, Veterinärmedizin

Dokumentart:

Dissertation

Hauptberichter:

Berger, Thomas Prof. Dr.

Sprache:

Englisch

Tag der mündlichen Prüfung:

23.07.2015

Erstellungsjahr:

2016

Publikationsdatum:

09.05.2016

Lizenz:

Dieser Inhalt ist unter einer Creative Commons-Lizenz lizenziert.

Kurzfassung auf Englisch:

Improving the livelihood of poor households in developing countries by increasing agricultural productivity and production becomes the priority agenda for development actors. However, variability in rainfall has confronted success in achieving this goal. There is pressing interest in analyzing the effects of rainfall variability on household welfare and identifying policy interventions to mitigate its adverse effects. Ethiopian economy primarily depends on rain-fed agriculture. Agriculture is the backbone of the country’s economy; it contributes the lions share of GDP, employment, export earnings, and livelihood. Fluctuations in rainfall distribution and intensity have severely affected the economy in general and the livelihood of smallholder households in particular; the agricultural sector is more prone to changes in climatic condition, which increases the risk of poverty and hunger for poor farm households.
Few studies have attempted to analyze the direct effects of rainfall variability on crop yield and its indirect effect on household welfare. Therefore, this thesis aimed at filling the knowledge gap on the impacts of rainfall variability on crop yield and welfare. Moreover, the study explores the role of adaptation strategies in mimicking the negative effects of rainfall variability accounting for household performance decision under resource constraint for Ethiopian farmers.
The study employed Mathematical Programming Based Multi-Agent System (MP-MAS) computer simulation techniques to analyze the effects of rainfall variability on crop yield, household welfare and the role of adaptation strategies in mitigating the adverse effects of rainfall variability. Prior to application to the study, the MP-MAS simulation model is parametrized, calibrated, and validated using data from the Ethiopian Rural Household Survey (ERHS), primary data collected from the research area and thirty year rainfall time series data obtained from meteorological stations located near to the study area.
To address the mentioned research question a wide range of rainfall and adaptation strategy scenarios were designed. The agent - based model enables us to incorporate different bioeconomic systems in the decision-making process by smallholder farmers, which is otherwise difficult under a real world situation where farm households face inseparable decision-making process. Moreover, the model accounts for the heterogeneity in resource endowment, investment, production, consumption, agro-ecology, input constraints, and demographic distribution among households. Livestock, consumption, crop growth and irrigation water distribution models were combined in this study. The household food consumption decision is estimated by using three stages advanced consumption module and crop water requirement and irrigation water distribution modeled using inbuilt FAO CropWat and EDIC modules, and finally an empirical analysis was done by using STATA version 12.
The simulation result suggested that: (i) Both current and future rainfall variability would have negative effects on crop yield and household welfare. (ii) The yield of cereals crops and vegetables are negatively affected by rainfall variability: some perennial crops such as enset gains yield under rainfall variability. (iii) Household welfare deteriorated with rainfall variability; resource poor households are severely affected by rainfall variability. (iv) Adaptation strategies such as non-farm activities, irrigation, and soil and water conservation activities mitigate the negative effects of rainfall variability. (v) Improving the financial or non-farm constraints alone leads to increased income inequality.
Therefore, the recommended solution to reduce adverse effects of rainfall variability includes: (i) Implementing integrated policy interventions than a single strategy. (ii) Improving access to credit and access to non-farm activities. (iii) Designing a pro-poor intervention (such as improving the asset base of the poor households). (iv) Improving access and use of improved agricultural technologies, and (v) Increasing access and use of irrigation to enhance agricultural productivity.

Kurzfassung auf Deutsch:

Die Verbesserung der Lebensgrundlage der armen Haushalte in Entwicklungsländern durch die Erhöhung der landwirtschaftlichen Produktivität und Produktion wird zu einer Priorität für die Entwicklungsakteure. Allerdings beeinträchtigen Niederschlagsschwankungen das Erreichen des Ziels einer Welt ohne Hunger. Daher ist es von großer Bedeutung, die Auswirkungen der Niederschlagsvariabilität auf die Wohlfahrt der Haushalte zu untersuchen und mögliche Strategien zu identifizieren, um seine nachteiligen Auswirkungen zu reduzieren. Die äthiopische Landwirtschaft basiert hauptsächlich auf Regenfeldbau. Die Landwirtschaft ist das Rückgrat der Wirtschaft des Landes, denn sie trägt zum Hauptanteil des BIP, zur Beschäftigung und zum Export und Lebensunterhalt bei. Schwankungen der Niederschlagsverteilung und Intensität des Niederschlags haben ernste Folgen für die Gesamtwirtschaft und die Lebensgrundlage der Kleinbauern. Außerdem ist der landwirtschaftliche Sektor anfälliger für die Folgen des Klimawandels, der die Armut und das Hungerrisiko bei armen bäuerlichen Haushalten erhöht. Nur wenige Studien haben versucht, die direkten Auswirkungen von Niederschlagsvariabilität auf Erträge und ihre indirekte Wirkung auf die Wohlfahrt der Haushalte zu analysieren. Ziel dieser Arbeit ist es, einerseits die Wissenslücke zwischen Niederschlagsschwankungen, Feldfruchterträgen und Wohlfahrt zu schließen und anderseits die Rolle der Anpassungsstrategien zur Minderung der negativen Auswirkungen der Niederschlagsvariabilität mit Berücksichtigung der Haushalteigenschaft unter Ressourceneinschränkungen bei äthiopischen Landwirten zu untersuchen.
Die Studie nutzte das agentenbasierte Modellsystem MP-MAS (Mathematical programming-based multi agent system) zur Analyse der Auswirkungen von Niederschlagsvariabilität auf den Feldfruchtertrag und auf die Wohlfahrt der Haushalte und der Rolle von Anpassungsstrategien bei der Milderung der negativen Auswirkungen der Niederschlagsvariabilität. Um die genannte Forschungsfrage anzugehen, wurde eine breite Palette von Niederschlags- und Anpassungsstrategienszenarien entwickelt. Agentenbasierte Modellierung ermöglicht es verschiedene bio-ökonomische Systeme in den Entscheidungsprozess von Kleinbauern zu integrieren. Zudem wird in dem Model die Heterogenität in der Ressourcenausstattung berücksichtigt. Viehzucht, Anbau, Konsum, Pflanzenwachstum und Bewässerungswasser-Verteilungsmodelle wurden in dieser Studie kombiniert. Die Entscheidung über den Lebensmittelkonsum der Haushalte wurde geschätzt durch die Nutzung des Three-stage consumption modules des MPMAS-Modells. Pflanzenwasserbedarf und Bewässerungswasserverteilung wurden mit FAO CropWat und EDIC Modulen modelliert. Auswirkungen von Niederschlagsschwankungen auf Feldfruchterträge und die Wohlfahrt der Haushalte wurden mit MP-MAS Software durchgeführt und schließlich die empirische Analyse mittels STATA gemacht.
Das Simulationsergebnis legte nahe, dass (i) sowohl die gegenwärtige als auch die zukünftige Regenvariabilität negative Auswirkungen auf die Ernte und das Auskommen der Haushalte haben würde (ii) die Getreide- und Gemüseernten von der Regenvariabilität negativ betroffen wären: einige mehrjährige Ernten wie etwa Ensete haben unter Regenvariabilität höhere Erträge (iii) das Auskommen von Haushalten sich mit Regenvariabilität verschlechtert; arme Haushalte ohne Ressourcen sind besonders stark betroffen (iv) Anpassungsstrategien wie andwirtschaftsfremde Aktivitäten, Bewässerung, boden- und wasserschonende Maßnahmen die negativen Auswirkungen von Regenvariabilität mildern (v) lediglich die Verbesserung der finanziellen, nicht das Feld betreffenden Zwänge nur zu höherer Einkommensungleichheit führt
Daher schließt die empfohlene Lösung zur Minimierung negativer Auswirkungen von Regenvariabilität Folgendes ein: (i) die Umsetzung integrierter Lösungsansätze statt einer einzigen Strategie (ii) verbesserter Zugang zu Krediten sowie Einkommensmöglichkeiten, die nichts mit der Landwirtschaft zu tun haben (iii) der Entwurf einer Intervention zum Vorteil der Armen (wie etwa die Verbesserung der Vermögensgrundlage armer Haushalte) (iv) verbesserter Zugang und Nutzung besserer landwirtschaftlicher Technik und verbesserter Zugang und Nutzung von Bewässerung, um die landwirtschaftliche Produktivität zu erhöhen.