Economic analysis and policy implications of wastewater use in agriculture in the central region of Ethiopia

Weldesilassie, Alebel Bayrau

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Weldesilassie, Alebel Bayrau

Economic analysis and policy implications of wastewater use in agriculture in the central region of Ethiopia

Ökonomische Analysen und strategische Auswirkungen von Abwassernutzung in der Landwirtschaft in Zentral-Äthiopien

(Übersetzungstitel)

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-3199
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2008/319/

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SWD-Schlagwörter:

Abwassernutzung

Freie Schlagwörter (Deutsch):

Abwassernutzung , Bewässerung , Ertragsfähigkeit , Gesundheitsrisiko , Zahlungsbereitschaft

Freie Schlagwörter (Englisch):

wastewater , irrigation , productivity , health risk , willingness to pay

Institut:

Institut für Landwirtschaftliche Betriebslehre

Fakultät:

Fakultät Agrarwissenschaften

DDC-Sachgruppe:

Landwirtschaft, Veterinärmedizin

Dokumentart:

Dissertation

Hauptberichter:

Dabbert, Stephan

Sprache:

Englisch

Tag der mündlichen Prüfung:

03.12.2008

Erstellungsjahr:

2008

Publikationsdatum:

22.12.2008

Lizenz:

Veröffentlichungsvertrag mit der Universitätsbibliothek Hohenheim ohne Print-on-Demand

Kurzfassung auf Englisch:

The general objective of this study was to analyze the impact of wastewater use in agriculture. It mainly focused on three aspects of wastewater use for irrigation and their policy implications: impact on crop production and productivity; its impact on the health of farmers; and the value attached to its safe use for irrigation. The main objectives of the study were, therefore, 1) to define the farming system of wastewater farmers and to analyze the impact of wastewater on crop productivity; 2) to analyze the prevalence of the actual health risks to farmers and estimate the health costs associated with the use of wastewater in irrigation; and 3) to estimate the farmer?s willingness to pay for improved or safe use of wastewater for crop production.
This study used mainly primary data collected from a household survey conducted on 415 wastewater and freshwater farm households operating irrigated agricultural activities within and around Addis Ababa, a central region of Ethiopia. A Cobb Douglas production function is specified to analyze the impact of wastewater on crop productivity. The production function was estimated using a Censored Least Absolute Deviation (CLAD) econometric model. To analyze the health impact of wastewater, the probability of illness was estimated based on the theory of the utility maximizing behavior of households subject to the conventional farm household production model modified by adding a health production function. The economic value of safe use of wastewater is estimated from data obtained from a contingent valuation survey administered by in-person interviews. A dichotomous choice model is used to elicit the farmers? willingness to pay. Bivariate probit and interval regression models are used to analyze the factors determining the farmers? willingness to pay for safe use of wastewater for crop production.
The study shows that the livelihoods of wastewater farm households depend on the wastewater farm. Income from a wastewater farm accounts for 62% of total annual household income, ranging from 27% to 97%. About 61% of the vegetable market of Addis Ababa, the capital city of Ethiopia with more than five million people, is produced from the wastewater farms. Leafy vegetables, which are eaten raw, are mainly produced in less polluted wastewater farms and root vegetables are produced in more polluted wastewater farms. The study revealed that wastewater farm households use significantly less doses of chemical fertilizer compared to the freshwater irrigators. However, they spend three times more on seed and five times more on farm labor. Net farm return per hectare of plots irrigated with wastewater is significantly higher than for plots irrigated with freshwater. The results also indicate that the predicted median output value per hectare is significantly higher in wastewater irrigated plots compared to plots irrigated with freshwater. The CLAD estimation result shows that higher productivity of wastewater plots is explained by investments in inputs (organic fertilizer, improved seed and agricultural extension services), ownership of plots and levels of pollution of the irrigation water. The overall effect of wastewater on crop productivity is negative and insignificant (compared to freshwater). Plots irrigated with less polluted wastewater are more productive than plots irrigated with more polluted wastewater. The implication of the result is that even if wastewater is a reliable source of irrigation water and contains essential plant nutrients such as NPK, the nutrient content exceeds the recommended level of the plant requirement (e.g. nitrogen) or it contains toxic elements (e.g. nickel, zinc) above the recommended limit, and thereby reduce yield.
Due to unsafe wastewater irrigation systems, wastewater use in irrigation actually poses health risks to farmers. Apart from working on wastewater farms, different risk factors prevail that can cause wastewater-related diseases in the studied areas. This study shows that major risk factors causing illness are household demographic characteristics, hygienic behavior of farm families and poor access to sanitation services. Lack of awareness on health risk of wastewater as well as working without protective clothing on the farm are also important risk factors in the study area. The distribution of these risk factors varies between the wastewater and freshwater irrigation areas. The most common incidence of illness reported by farm households are intestinal infection due to hookworm and Ascaris, diarrhea and skin diseases, which also varies between the two groups of farmers as well as within the different areas of wastewater. The findings of this study show that the prevalence of illness is not only significantly higher in farmers working on wastewater farms compared to freshwater irrigators, but is also significantly higher in wastewater areas where the pollution level is higher. The probability of being sick with an intestinal illness is 15% higher for wastewater farmers than for freshwater farmers. Use of protective clothing during farm work and awareness of health risks in working on wastewater farms significantly reduce illness prevalence. In addition, hygienic behavior of farm families including eating safe raw vegetables, compound sweeping, and washing hands before a meal are important determinants of illness prevalence in wastewater irrigation areas. Therefore, use and provision of protective clothing at affordable prices, creating awareness for safe use of wastewater, and reducing the pollution level of irrigation water can significantly decrease the health risk of wastewater use in irrigation. While each of these policy interventions has a significant effect in reducing health risks, combining these measures will result in more significant reduction of health risks to farmers, and thereby maximize the benefit from the wastewater resource as a source of livelihood and vegetable supply to the residents of nearby cities.
Farmers are willing to contribute money to improve the existing unsafe irrigation system. Two options were suggested by farmers to improve the existing situation: enforcing laws against polluters who discharge their wastewater without any kind of treatment, and awareness creation of safe use of wastewater for irrigation. Farmers are willing to pay for the improvement programs and there is a welfare gain to the society from safe use of wastewater for crop production. The benefit from irrigated-farming, membership to water users? association, yield value, off-farm income and working on a wastewater farm all significantly determine the farmers? probability of accepting offered bids for the improvement program. In addition to these variables, multi-purpose uses of irrigation water as well as education level determines the farmers? willingness to pay. Irrigation method has no significant effect on the farmers? willingness to pay, implying that introducing water saving and improved irrigation techniques has an important role in improving the situation without affecting the farmers? willingness to pay.
Overall, this study shows that wastewater is a means of livelihood for many poor households, but the existing use of wastewater for crop production actually causes health risks both to farmers and consumers. Farmers are willing to contribute to programs designed to improve the existing situation so that it is possible to maximize the livelihood benefit at minimum health risks. However, the results do not necessarily imply that the cost of improving the situation has to be borne by the farmers only. Although the study focuses on the central region of Ethiopia, most conclusions can have a wider application in other parts of the country and in many sub-Saharan African countries where wastewater is used for irrigation.

Kurzfassung auf Deutsch:

Ziel der Studie ist es, die Auswirkungen von Abwassernutzung in der Landwirtschaft zu analysieren. Die Arbeit richtet ihren Focus dabei hauptsächlich auf drei Aspekte der Auswirkungen von Abwassernutzung: die Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion und deren Produktivität, die Auswirkungen auf die Gesundheit der Landwirte, sowie auf den Wert einer sicheren Nutzung des Abwassers zur Bewässerung. Die spezifischen Ziele der Studie sind 1) die Abwasser nutzenden Anbausysteme zu definieren und die Auswirkungen der Abwassernutzung auf die Produktivität zu analysieren; 2) die Auswirkungen der Abwassernutzung auf die Gesundheitsrisiken der Landwirte zu analysieren und die dadurch anfallenden Kosten abzuschätzen; und 3) die Zahlungsbereitschaft der Landwirte für eine verbesserte oder sichere Nutzung von Abwässern in der Pflanzenproduktion abzuschätzen.
Die Studie nutzt im Wesentlichen Primärdaten aus einer Haushaltserhebung von 415 landwirtschaftlichen Haushalten bei Addis Ababa (Zentral-Äthiopien), die Abwasser und Frischwasser zur Bewässerung verwenden. Eine Cobb-Douglas-Produktionsfunktion wurde spezifiziert, um die Auswirkungen der Abwassernutzung auf die Produktivität zu analysieren, sie wurde mit Hilfe eines ökonometrischen Censored Least Absolute Deviation (CLAD) Modells geschätzt. Um Auswirkungen auf die Gesundheit abzuschätzen, wurde die Wahrscheinlichkeit für eine Erkrankung unter Verwendung einer erweiterten Theorie des nutzenmaximierenden Haushalts durch eine Gesundheitsproduktionsfunktion geschätzt. Der ökonomische Wert der sichereren Nutzung von Abwässern wurde über eine Contingent Value-Analyse von Daten aus persönlichen Interviews geschätzt. Ein Double-Bounded Dichotomes Choice Modell wurde genutzt, um die Zahlungsbereitschaft der Landwirte festzustellen. Bivariate Probit- und Intervall-Regressionsmodelle wurde genutzt, um die Einflussfaktoren auf Zahlungsbereitschaft der Landwirte für eine sichere Nutzung von Abwässern zur Pflanzenproduktion zu ermitteln.
Die Studie zeigt, dass das Haushaltseinkommen zu wesentlichen Teilen aus der Landwirtschaft stammt. Für die Haushalte, die Abwasser für die landwirtschaftliche Produktion nutzen, beträgt das aus landwirtschaftlichen Quellen stammende Einkommen ca. 61 % des Gesamteinkommens, mit einer Spannweite zwischen 27% und 97%. Ungefähr 61% des Gemüsemarktes von Addis Ababa, der Hauptstadt Äthiopiens mit mehr als 5 Millionen Einwohnern, werden durch Betriebe bereitgestellt, die Abwässer zur Pflanzenproduktion nutzen. Roh verzehrtes Blattgemüse wird im Gegensatz zu Wurzelgemüse meist in weniger mit Abwasser belasteten Gebieten angebaut. Die Studie ergab, dass Abwasser nutzende Betriebe signifikant geringere Mengen an chemischen Düngern nutzen als Betriebe, die mit Frischwasser bewässern. Jedoch geben sie drei Mal soviel Geld für Saatgut und fünf Mal soviel für Arbeitskräfte aus. Der Nettoertrag pro Hektar auf den mit Abwasser bewässerten Parzellen ist signifikant höher als auf Parzellen, die mit Frischwasser bewässert wurden. Die Ergebnisse zeigen ferner, dass auch der mit Hilfe des ökonometrischen Modells vorausgesagte mediane Ertragswert pro Hektar bei mit Abwässern bewässerten Parzellen signifikant höher ist als auf Parzellen, die mit Frischwasser bewässert wurden. Die Ergebnisse des CLAD-Modells zeigen, dass die höhere Produktivität der Abwässer-Parzellen mit dem Aufwand an Inputs (organischer Dünger, verbessertes Saatgut und landwirtschaftliche Beratungsdienste), mit den Besitzverhältnissen an den Parzellen und der Höhe der Verschmutzung des Wassers erklärt werden kann. Der Gesamteffekt von Abwasser auf die Produktivität ist negativ und nicht signifikant. Parzellen, die mit weniger verschmutztem Wasser bewässert werden sind produktiver als Parzellen mit stärker verschmutzem Abwasser. Daraus lässt sich folgern, dass, auch wenn das Abwasser wichtige Pflanzennährstoffe wie NPK enthält, diese die benötigte Menge jedoch übersteigen (z.B bei Stickstoff) oder, dass toxische Elemente (z.B. Nickel, Zink) oberhalb der empfohlenen Grenzen liegen, so dass das Pflanzenwachstum negativ beeinflusst wird und der Ertrag reduziert wird.
Aufgrund gefährlicher Abwasser-Bewässerungssysteme verursacht Abwasser Gesundheitsrisiken für Landwirte. Abgesehen von der Tatsache, dass sie überhaupt auf solchen Betrieben arbeiten, zeigten sich verschiedene andere Risikofaktoren, die mit dem Abwasser zusammenhängende Krankheiten bewirken können. Die Studie zeigt, dass die Hauptrisikofaktoren die demographischen Charakteristika der Haushalte, das Hygieneverhalten der Familien und ein schlechter Zugang zu sanitären Einrichtungen sind. Zudem sind mangelndes Problembewusstsein sowie das Arbeiten ohne Schutzkleidung wichtige Einflussfaktoren im Untersuchungsgebiet. Die Verteilung dieser Faktoren variiert zwischen den Gebieten der Abwasser- und der Frischwassernutzung. Die am meisten auftretenden Erkrankungen sind die durch den Astaris- und den Hakenwurm verursachte intestinale Infektionen, Durchfall- und Hauterkrankungen, die wiederum zwischen den beiden Gruppen der Landwirte sowie den Abwassergebieten variieren. Die Studie zeigt, dass nicht nur Erkrankungen im Bereich abwassernutzender Areale häufiger sind, sondern dass die Zahl der Erkrankungen signifikant höher in Bereichen höherer Verschmutzung ist. Die Wahrscheinlichkeit an intestinalen Infektionen zu erkranken ist bei Abwassernutzern um 15% höher als bei Frischwassernutzern. Schutzkleidung und verbessertes Risikobewusstsein senken die Krankheitswahrscheinlichkeit signifikant. Zudem sind Hygieneverhalten, das Essen von sicherem rohen Gemüse, das Fegen bzw. Reinigen des Hof-Geländes, sowie das Waschen der Hände vor dem Essen, wichtige Determinanten des Gesundheitsrisikos in abwassernutzenden Gebieten. Daher können das Anbieten und Nutzen von erschwinglicher Schutzkleidung, ein verbessertes Risikobewusstsein sowie Maßnahmen zur Reduzierung der Verunreinigung von Bewässerungswasser das Gesundheitsrisiko signifikant verringern. Während schon jede der genannten Maßnahmen selbst eine signifikante Verbesserung darstellt, würde eine Kombination dieser Maßnahmen das Gesundheitsrisiko noch deutlicher reduzieren und somit den Nutzen der Abwasseressource als Quelle des Lebensunterhalts und der Gemüseversorgung für die Anwohner der nahegelegenen Städte verbessern.
Die Landwirte äußerten bei der Befragung die Bereitschaft einen finanziellen Beitrag zu einer größeren Sicherheit der Bewässerungssysteme zu leisten. Zwei Optionen wurden von ihnen zur Verbesserung vorgeschlagen: Die vorgeschriebene Abwasserbehandlung durch die Verursacher, und das Schaffen von Bewusstsein für einen sicheren Umgang mit Abwasser. Die Zahlungsbereitschaft der Landwirte für eine sichere Abwassernutzung bedeutet, dass eine Steigerung der Wohlfahrt möglich wäre. Die Höhe des Nutzens aus der Bewässerungslandwirtschaft, die Mitgliedschaft in Wassernutzungsgemeinschaften, der Wert des Ertrages, das Einkommen außerhalb der Landwirtschaft und die Frage, ob es sich um einen Abwasser nutzenden Betrieben handelt bestimmen signifikant die Wahrscheinlichkeit der Annahme der angebotenen Programme durch die Landwirte. Zusätzlich zu diesen Variablen bestimmt die Frage der Mehrfachnutzung des Bewässerungswassers und der Ausbildungsgrad der Landwirte die Zahlungsbereitschaft.
Zusammenfassend zeigt die Studie, dass die Nutzung von Abwasser für viele arme Haushalte bedeutend für den Lebensunterhalt ist, dass jedoch die gegenwärtige Abwassernutzung Gesundheitsrisiken für Landwirte und für Konsumenten birgt. Die Landwirte sind bereit, für Programme zu bezahlen, die die Situation verbessern könnten, so dass es möglich wäre die Lebensbedingungen zu verbessern, bei verringertem Gesundheitsrisiko. Jedoch bedeuten die Ergebnisse nicht zwingend, dass die Kosten allein von den Landwirten getragen werden müssen. Obwohl sich die Studie auf Zentral-Äthiopien bezieht, können die meisten Erkenntnisse auf größere Teile des Landes und auf viele afrikanische Sub-Sahara Länder, in denen Abwasser zu Bewässerung genutzt wird, übertragen werden.