The impact of agricultural innovations on poverty, vulnerability and resilience to food insecurity of smallholders in Ethiopia

Ethiopia has adopted agriculture centered growth strategies over the last three decades that give more emphasis on improving agricultural production and productivity with the ultimate goal to transform the countrys economy. The strategies have mainly aimed at improving smallholder agriculture through introducing improved technologies intended to boost agricultural production and thus alleviate poverty and food insecurity. Although agriculture centered growth strategies contributed to sustained growth in the country over the last two decades, the benefits of growth have not been evenly distributed with observed rising income inequality and a still significant proportion of smallholders remaining under the poverty line. Similarly, despite considerable yield progress over the last three decades due to the introduction of improved inputs Ethiopian farmers yield gap compared with other developing countries is quite high. Moreover, the frequent occurrences of shocks such as drought and flooding adversely affect smallholders substantially and thereby exacerbate the existing poverty and food insecurity problems in the country. This thesis applied different econometric techniques to analyze the impact of the adoption of multiple agricultural technologies on crop yield, poverty, vulnerability, and resilience to food insecurity in Ethiopia. The study uses four rounds of household level panel data collected between 2012 and 2019 to assess the link between the adoption of the different combinations of five productivity-enhancing technologies: chemical fertilizer, improved seed, pesticide, and soil and water conservation practices: terracing and contour ploughing on consumption, poverty, vulnerability, and yields of smallholders. To solve the endogeneity problem in the regression models, we applied two-stage multinomial endogenous switching regression model combined with the Mundlak approach. Additionally, the thesis examines the role of the adoption of chemical fertilizer and improved seeds on household resilience to food insecurity amid the occurrence of adverse shocks. The findings are presented in three chapters of the cumulative thesis (Chapters two to four). Chapter two analyses the effect of productivity enhancing technologies and soil and water conservation measures and their possible combinations on consumption, poverty, and vulnerability to poverty. Per capita consumption expenditure for food and other essential non-food items, such as clothing and footwear, is used as a proxy variable to measure poverty. Using the national poverty line in 2011 prices, sample households are grouped into poor and non-poor households and the movement of sample households in and out of poverty between 2012 and 2016 is analyzed using a poverty transition matrix. By employing the ordered logit model, the study additionally examined the dynamics of poverty and vulnerability as well as their drivers. The results show that the adoption of the different combinations of agricultural technology sets including single technology adoption has considerable impacts on consumption expenditure and the greatest impact is attained when farmers combine multiple complementary inputs. Similarly, we find that the likelihood of households remaining poor or vulnerable decreased with adoption. In addition, the study revealed that poorer households are the least adopters of the technology combinations considered in the study, thereby being the least to benefit from adoption. We, therefore, conclude that the adoption of multiple complementary technologies has substantial dynamic benefits that improve the poverty and vulnerability status of households, and given the observed low level of adoption rates, we suggest that much more intervention is warranted, with a special focus on poorer and vulnerable households, to ensure smallholders get support to improve their input use. Chapter three assesses the impacts of multiple technology adoption on the yield of Ethiopias four staple crops, namely teff, wheat, maize and barley. Regarding the empirical estimation, we specified yield equations for each of the four crops and five to six possible input combinations that are included in the analysis indicating the presence of slope effect of technology choice other than the intercept of the outcome equations. The findings suggest that the application of two or more complementary inputs is considerably linked with higher maize, teff, barley, and wheat yield. Specifically, barley yield is highest for farmers who have adopted a combination of at least three of the technologies. Maize producers are the largest beneficiaries of the technologies. The impact of the technology choice sets tends to have an inconclusive effect on wheat and teff yields. However, a significant yield gap in all of the four crops was observed. Socio-economic characteristics of the household head such as age and gender as well as the households access to infrastructure and spatial characteristics of the household are other important determinants of crop yield. The implications are that more publicly funded efforts could be worthwhile for easing adoption constraints, which would in turn help smallholders to increase their crop yields that indirectly improve their livelihood. Chapter four aims to identify the determinants of household resilience to food insecurity which is the households ability to absorb or cope with the negative effects of shocks and bounce back to at least their initial livelihood status and assess its role on future household food security when hit by adverse shocks. Furthermore, the study analyzes the role of single or joint adoption of chemical fertilizer and improved seed on household food security. The household food security indicators used in the analysis are dietary diversity and per capita food consumption and uses data from the last three waves out of our four survey rounds. In terms of empirical estimation, the household resilience capacity index is estimated by combining factor analysis and structural equation modeling. Then different regression models are executed to assess the causal link between technology adoption and resilience capacity and household food security indicators in the face of adverse shocks. Our findings reveal that the most important pillars contributing to the building of household resilience capacity are assets followed by access to basic services. We find that the initial level of the household resilience score is significantly and positively associated with future household food security status. Moreover, the results reveal that the adoption of chemical fertilizer and improved seed is significantly and positively associated with household resilience capacity index, dietary diversity, and food consumption over time. Shocks such as drought appear to be significant contributors to the loss of household food security. Overall, it is revealed that the adoption of improved inputs significantly and positively increases household food security. However, the results show no evidence that supports the current level of adoption that helps households to shield themselves from the adverse effects of shocks. Finally, this study gives insights on examining the impacts and impact pathways of adoption of improved technologies on smallholder welfare which guide decision-makers for intervention as well as pave a way for future research that contributes to the fight against rural poverty and food insecurity. This thesis also concludes that public intervention in terms of investment in providing improved agricultural practices is crucial in improving rural livelihood, but it has to be inclusive and provide opportunities for the poor and vulnerable.Äthiopien hat in den letzten drei Jahrzehnten agrarzentrierte Wachstumsstrategien verfolgt, die den Schwerpunkt auf die Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktion und Produktivität legen, um die Wirtschaft des Landes zu transformieren. Die Strategien zielten hauptsächlich darauf ab, die kleinbäuerliche Landwirtschaft durch die Einführung verbesserter Technologien zu verbessern, um die landwirtschaftliche Produktion zu steigern und damit Armut und Ernährungsunsicherheit zu lindern. Obwohl die auf die Landwirtschaft ausgerichteten Wachstumsstrategien in den letzten zwei Jahrzehnten zu einem nachhaltigen Wachstum im Land beigetragen haben, war diesesWachstum nicht gleichmäßig verteilt. Es wurde eine steigende Einkommensungleichheit beobachtet und ein immer noch erheblicher Anteil der Kleinbauern lebt unterhalb der Armutsgrenze. Ebenso ist die Ertragslücke der äthiopischen Bauern im Vergleich zu anderen Entwicklungsländern trotz der Einführung verbesserter Betriebsmittel recht hoch. Darüber hinaus beeinträchtigen häufige Schocks wie Dürre und Überschwemmungen insbesondere die Kleinbauern erheblich und verschärfen dadurch die bestehenden Probleme der Armut und Ernährungsunsicherheit im Land. In dieser Arbeit wurden verschiedene ökonometrische Methoden angewandt, um die Auswirkungen der Einführung mehrerer landwirtschaftlicher Technologien auf Ernteerträge, Armut, Anfälligkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Ernährungsunsicherheit in Äthiopien zu analysieren. Die Studie verwendet vier Runden von Paneldaten auf Haushaltsebene. Diese wurden zwischen 2012 und 2019 wurden, um den Zusammenhang zwischen der Einführung verschiedener Kombinationen von fünf produktivitätssteigernden Technologien - chemischer Dünger, verbessertes Saatgut, Pestizide sowie Boden- und Wasserschutzpraktiken wie Terrassierung und Konturpflügen - auf Konsum, Armut, Vulnerabilität gegenüber Armutsgefährdung und Erträgen von Kleinbauern zu untersuchen. Um das Endogenitätsproblem in den Regressionsmodellen zu lösen, haben wir ein zweistufiges multinomiales endogenes Switching-Regressionsmodell in Kombination mit dem Mundlak-Ansatz verwendet. Zusätzlich untersucht die Arbeit die Rolle der Adoption von chemischem dünger und verbessertem Saatgut auf die Resilienz der Haushalte gegenüber Ernährungsunsicherheit. Die Ergebnisse werden in drei Kapiteln einer kumulativen Dissertation vorgestellt (Kapitel zwei bis vier). In Kapitel zwei werden die Auswirkungen von produktivitätssteigernden Technologien und Boden- und Wasserschutzmaßnahmen sowie deren mögliche Kombinationen auf Konsum, Armut und Armutsgefährdung analysiert. Die Pro-Kopf-Konsumausgaben für Nahrungsmittel und andere wichtige Güter des täglichen Bedarfs, wie Kleidung und Schuhe, werden als Proxy-Variable zur Messung von Armut verwendet. Unter Verwendung der nationalen Armutsgrenze mit Preisen von 2011 werden die Stichprobenhaushalte in arme und nicht arme Haushalte eingeteilt. Die Bewegung der Stichprobenhaushalte in und aus der Armut zwischen 2012 und 2016 wird mithilfe einer Armutsübergangsmatrix analysiert. Durch den Einsatz eines geordneten Logit-Modells wurden in der Studie zusätzlich die Dynamik von Armut und Armutsgefährdung sowie deren Treiber untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Adoption verschiedener Kombinationen von landwirtschaftlichen Technologien, sowie die Adoption von einzelnen Technologien, erhebliche Auswirkungen auf die Konsumausgaben haben. Die größte Auswirkung wird erreichtwenn Landwirte mehrere komplementäre Betriebsmittel kombinieren. Ebenso stellen wir fest, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Haushalte arm oder armutsgefährdet bleiben, mit der Adoption von Technologien abnimmt. Darüber hinaus ergab die Studie, dass ärmere Haushalte die wenigsten der in der Studie betrachteten Technologiekombinationen nutzen und somit am wenigsten davon profitieren. Wir kommen daher zu der Schlussfolgerung, dass die Anwendung mehrerer komplementärer Technologien erhebliche Vorteile hat, die den Armutsstatus und Armutsgefährdungsstatus der Haushalte verbessern Angesichts der beobachteten niedrigen Adoptionsraten empfehlen wir, dass viel mehr Interventionen gerechtfertigt sind. Mit einem besonderen Fokus auf ärmere und armutsgefährdete Haushalte sollten diese sicherzustellen, dass Kleinbauern Unterstützung erhalten, um ihre Betriebsmittel- und Technologienutzung zu verbessern. In Kapitel drei werden die Auswirkungen des Einsatzes mehrerer Technologien auf den Ertrag der vier äthiopischen Grundnahrungsmittel Teff, Weizen, Mais und Gerste untersucht. Für die empirische Schätzung haben wir Ertragsgleichungen für jede der vier Kulturen und fünf bis sechs mögliche Betriebsmittel-Kombinationen spezifiziert, die in die Analyse einfließen und auf das Vorhandensein eines Neigungseffekts der Technologiewahl neben dem Achsenabschnitt der Ergebnisgleichungen hinweisen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Anwendung von zwei oder mehr komplementären Inputs signifikant mit höheren Mais-, Teff-, Gersten- und Weizenerträgen zusammenhängt. Insbesondere der Gerstenertrag ist bei Landwirten am höchsten, die eine Kombination von mindestens drei der Technologien eingesetzt haben. Maisproduzenten sind die größten Nutznießer der Technologien. Die Auswirkung der Technologiekombinationen auf die Weizen- und Tefferträge ist tendenziell nicht eindeutig. Es wurde jedoch ein signifikanter Ertragsunterschied bei allen vier Feldfrüchten beobachtet. Sozioökonomische Merkmale des Haushaltsvorstands wie Alter und Geschlecht sowie der Zugang des Haushalts zur Infrastruktur und räumliche Merkmale des Haushalts sind weitere wichtige Determinanten des Ernteertrags. Die Implikationen sind, dass mehr öffentlich finanzierte Anstrengungen lohnenswert sein könnten, um Adoptionsbeschränkungen abzubauen. Dies würde den Kleinbauern helfen, ihre Ernteerträge zu steigern, was indirekt ihren Lebensunterhalt verbessern würde. Kapitel vier zielt darauf ab, die Determinanten der Resilienz der Haushalte gegenüber Ernährungsunsicherheit zu identifizieren, d.h. die Fähigkeit der Haushalte, die negativen Auswirkungen von Schocks zu absorbieren oder zu bewältigen und zu ihrer normalen Situation zurückzukehren, und ihre Rolle für die zukünftige Ernährungssicherheit der Haushalte zu bewerten, wenn sie von widrigen Schocks betroffen sind. Darüber hinaus analysiert die Studie die Rolle der alleinigen oder gemeinsamen Anwendung von chemischem Dünger und verbessertem Saatgut auf die Ernährungssicherheit der Haushalte. Die Indikatoren für die Ernährungssicherheit der Haushalte, die in der Analyse verwendet werden, sind die Ernährungsvielfalt und der Pro-Kopf-Verbrauch an Nahrungsmitteln. Es werden Daten aus den letzten drei Runden der vier Erhebungsrunden verwendet. Was die empirische Schätzung betrifft, so wird ein Index für die Resilienzfähigkeit der Haushalte durch eine Kombination von Faktorenanalyse und Strukturgleichungsmodellierung geschätzt. Anschließend werden verschiedene Regressionsmodelle durchgeführt, um den kausalen Zusammenhang zwischen Technologieadoption und Resilienzkapazität und den Indikatoren der Ernährungssicherheit von Haushalten angesichts widriger Schocks zu bewerten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die wichtigsten Säulen, die zum Aufbau von Resilienzkapazitäten von Haushalten beitragen, Vermögenswerte sind, gefolgt vom Zugang zu Basisdienstleistungen. Wir stellen fest, dass die Resilienzfähigkeit der Haushalte signifikant und positiv mit dem zukünftigen Status der Ernährungssicherheit der Haushalte verbunden ist. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass der Einsatz von chemischem Dünger und verbessertem Saatgut signifikant und positiv mit dem Resilienzindex der Haushalte, der Ernährungsvielfalt und dem Nahrungsmittelkonsum im Zeitverlauf zusammenhängt. Schocks wie Dürre scheinen signifikant zum Verlust der Ernährungssicherheit der Haushalte beizutragen. Insgesamt zeigt sich, dass der Einsatz von verbesserten Betriebsmitteln die Ernährungssicherheit der Haushalte signifikant und positiv erhöht. Es wird jedoch auch beobachtet, dass die Haushalte nicht in der Lage sind, sich vor den negativen Auswirkungen von Schocks zu schützen. Abschließend gibt diese Studie Einblicke in die Untersuchung der Auswirkungen und Wirkungspfade der Einführung verbesserter Technologien auf das Wohlergehen von Kleinbauern, die Entscheidungsträgern eine Anleitung für Interventionen geben und einen Weg für zukünftige Forschung ebnen, die zum Kampf gegen ländliche Armut und Ernährungsunsicherheit beiträgt. Diese Arbeit kommt auch zu der Schlussfolgerungdass öffentliche Interventionen in Form von Investitionen in die Bereitstellung verbesserter landwirtschaftlicher Praktiken von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der ländlichen Lebensbedingungen sind. Jedoch müssen diese inklusiv sein und Möglichkeiten für arme und armutsgefährdete Haushalte bieten