2013 research outputs found
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Public agriculture extension and information and communication technologies : a case study in South Wollo, Ethiopia
Get PDFEffective agriculture extension services require a continuous transformation and introduction of new and effective interventions, approaches, methods, and tools. Information Communication Technologies (ICT) are given immense expectations to address some of the challenges of agriculture extension by improving the capacity and effectiveness of extension advisors through new modes of communication and easier ways of accessing up-to-date and relevant information. There is ample knowledge on adoption rates, use intensity, and impact of ICTs for agriculture extension, specifically in a farmers context. However, there is limited research on experts perceptions of ICTs usefulness, as well as organizational dimensions that facilitate ICT use. In particular, the interdependency between ICT tools and the social and organizational aspects in the context of agriculture extension is poorly understood.
This thesis aims to provide evidence on the implementation process of ICT initiatives in agriculture extension organizations and their use. The three specific objectives of the thesis are the following: (i) to provide empirical evidence on the complex interaction of social and technical actors and their assemblage to set up an ICT-based initiatives called Agricultural Knowledge Centers (AKCs); (ii) to provide empirical evidence on experts perceptions and their use of ICTs in agriculture extension offices; and (iii) to bring insights on organizational characteristics that facilitate or hinder the learning of an organization for successfully applying ICTs in agriculture extension services.
This thesis analyzes the innovation process of ICT-based initiatives in agriculture extension by building on the definition of innovation as an alignment of hardware (technical devices, bodily skills), software (mode of thinking, discourse, perceptions) and orgware (rules, structure, and standards). The thesis adopted a research approach that can be broadly labeled as an interpretive research approach that allows for understanding a phenomenon by interpreting stakeholders and research participants experiences. It relied on a case study methodology and review of existing knowledge on ICTs in agriculture extension. The case studies are AKCs located in agriculture extension offices in South Wollo, in the Amhara region of Ethiopia. The research-for-development project, Livestock and Irrigation Value Chains for Ethiopian Smallholders (LIVES) from the International Livestock Research Institute (ILRI), piloted AKCs to contribute to the governments effort to strengthen the extension system.
This thesis contains three empirical chapters in addition to the introduction and general discussion. The first empirical chapter analyzes the process of establishing AKCs in five extension organizations in South Wollo by capturing the role of human actors (employees of the project, experts in the extension offices, and the ICT managers) and the role of the non-human actors (computers, internet connectivity, texts, and office infrastructure) in carrying out the AKC initiative. The Actor Network Theory (ANT) framed the analysis of the results. The findings show how people and technology came together to establish AKCs that provide access to digital knowledge. Conditions that contributed to creating and stabilizing the AKC actor network were the following: (i) the presence of an actor to facilitate the process, (ii) alignment of interests among actors in the network, (iii) building the capacities and motivation of the various actors to execute their roles, and (iv) availability of computers with strong internet connections.
The second empirical chapter analyzes extension experts perceptions of ICTs usefulness for their extension job and how they used ICTs in four AKCs in South Wollo. The three concepts from the Theory of Planned Behavior: attitude, social norms, and perceived behavioral control framed the analysis of the results. Extension experts had a positive attitude towards the usefulness of ICTs for personal benefits. However, they did not perceive ICTs as useful for searching and exchanging agricultural information because the rigid extension approach used in their organizations allows primarily for specific printed knowledge resources. The results show that while access to the ICT hardware is a prerequisite, it is not a guarantee that extension experts will apply ICTs for professional use. For ICTs to be used by agriculture extension experts, there needs to be greater flexibility for experts response to farmers needs and favorable conditions that facilitate self-initiated knowledge-seeking behavior among extension experts.
The third empirical chapter analyzes the organizational characteristics identified in the existing literature for accelerating or hindering ICT use for agriculture extension. The qualitative review of 49 articles highlights that most of the scientific studies focus on individuals characteristics to explain ICT use and only partially investigate organizational aspects. Organizational characteristics identified in these 49 articles were further analyzed using the seven dimensions of the learning organization concept. The analysis showed that opportunities for training and creating structures to encourage learning were prominent characteristics limiting or supporting ICT use. However, the literature documented no evidence on characteristics such as collaboration, leadership style, and empowerment for creating a shared vision for improving services via ICT use. The review results illustrate the importance of strategizing ICT use in agricultural advisory organizations and following principles of organizational learning for capacity development at an individual, team, and organizational level.
Based on the three empirical chapters, chapter five discusses that optimal ICT use for agriculture extension can be achieved when the introduction of technology is supported by new rules and organizational structures, and when the intended purpose fits the shared way of thinking and the future vision employees have for their extension work. This section highlights that successful ICT use in agriculture extension organizations requires not only the technical devices, individuals attitudes, or institutions, but also the alignment of all the three dimensions. Therefore, aiming to improve the extension services only through the provision of ICT devices would be too simplistic; it ignores the complex interaction of the various components.
This thesis makes the following recommendations for the design and implementation of future ICT-based initiatives in Ethiopia and other countries with a similar context: (i) a project initiator should create awareness on the purpose of ICT for agriculture extension and develop the capacity of targeted beneficiaries on ICT use; (ii) organizations that aim to utilize ICT should create organizational conditions that facilitate learning at the levels of the individual, team, and organization; (iii) development projects and programs should recognize and stimulate interaction between innovation components to successfully implement ICT in agriculture extension and ensure their utilization; and (iv) the government should create an enabling environment that provides support structures for knowledge sharing and information exchange to respond to farmers needs.Effektive landwirtschaftliche Beratungsdienste erfordern eine kontinuierliche Transformation und Einführung neuer und effektiver Interventionen, Ansätze, Methoden und Instrumente. Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) sind eines der Instrumente, die mit großen Erwartungen verbunden sind, um die Kompetenz und Effektivität der landwirtschaftlichen Beratungskräfte zu erhöhen, indem sie neue Kommunikationsformen und einfachere Möglichkeiten des Zugangs zu aktuellen und relevanten Informationen verbessern. Es gibt umfassendes Wissen zu den Übernahmeraten, die zur Nutzungsintensität und den Auswirkungen von IKT in der Landwirtschaft. Allerdings ist bisher nur wenig erforscht, wie Beratungskräfte den Nutzen von IKT wahrnehmen und wie organisatorische Merkmale, die die Nutzung von IKT fördern können. Insbesondere die Wechselwirkung zwischen IKT-Instrumenten und den sozialen und organisatorischen Aspekten im Rahmen der landwirtschaftlichen Beratung ist unzureichend untersucht.
Vor diesem Hintergrund zielt diese Dissertation darauf ab, Erkenntnisse über die Umsetzung von IKT-Initiativen in landwirtschaftlichen Beratungsorganisationen und deren Nutzung zu liefern. Die drei spezifischen Ziele der Arbeit sind: (i) empirische Erkenntnisse über die komplexe Interaktion zwischen sozialen und technischen Akteuren und ihrer Assemblage zur Gründung einer IKT-basierten Initiative namens Agricultural Knowledge Centers (AKCs) zu liefern; (ii) empirische Erkenntnisse über die Wahrnehmung von Beratungskräften und ihre Nutzung von IKT in landwirtschaftlichen Beratungsorganisationen zu liefern; und (iii) Erkenntnisse über organisatorische Merkmale zu liefern, die die erfolgreiche Anwendung von IKT-Instrumente für landwirtschaftliche Beratungsdienste erleichtern oder behindern.
Diese Arbeit analysiert den Innovationsprozess von IKT-basierten Initiativen in der landwirtschaftlichen Beratung aufbauend auf der Definition von Innovation als eine Abstimmung von Hardware (technische Geräte, körperliche Fähigkeiten), Software (Denkweisen, Diskurse, Wahrnehmungen) und Orgware (Regeln, Strukturen und Standards). Die Arbeit nutzt hierzu den Forschungsansatz, der allgemein als interpretativer Forschungsansatz bezeichnet werden kann. Dieser Ansatz ermöglicht es, ein Phänomen durch die Interpretation der Erfahrungen von Forschungsteilnehmenden zu verstehen. Dabei wurde eine Fallstudienmethodik und die Recherche zu vorhandenem Wissen über IKT in der landwirtschaftlichen Beratung eingesetzt. Die Fallstudien wurden in AKCs in South Wollo, Amhara Region in Äthiopien durchgeführt. Das Entwicklungsforschungsprojekt "Wertschöpfungsketten für Viehzucht und Bewässerung für äthiopische Kleinbauern " (LIVES) des International Livestock Research Institute (ILRI) pilotierte AKCs, um die Bestrebungen der Regierung zur Stärkung des Beratungssystems zu unterstützen.
Diese Arbeit enthält drei empirische Kapitel sowie eine Einleitung und eine allgemeine Diskussion. Das erste empirische Kapitel analysiert den Prozess der Gründung von AKCs in fünf Beratungsorganisationen in South Wollo, indem es die Rolle menschlicher Akteure wie dem Projektpersonal, dem Beratungspersonal und dem IKT-Manager sowie die Rolle der nicht-menschlichen Akteure wie Computer, Internetkonnektivität, Texte und Büroinfrastruktur bei der Durchführung der AKC-Initiative erfasst. Die Akteur-Netzwerk-Theorie (ANT) diente als konzeptioneller Rahmen für die Analyse der Ergebnisse. Die Ergebnisse zeigen, wie Menschen und Technologie zusammenkamen, um die AKCs zu gründen und Zugang zu digitalem Wissen zu schaffen. Bedingungen, die zur Schaffung und Stabilisierung des AKC-Akteursnetzwerks beigetragen haben, waren (i) die Anwesenheit eines Akteurs, um den Prozess zu erleichtern, (ii) die Abstimmung der Interessen zwischen den Akteuren im Netzwerk, (iii) der Aufbau der Kompetenzen und der Motivation der verschiedenen Akteure zur Wahrnehmung ihrer Aufgaben sowie (iv) die Verfügbarkeit von Computern mit guten Internetverbindungen.
Das zweite empirische Kapitel analysiert die Wahrnehmungen von Beratungskräften über den Nutzen von IKT für ihre Arbeit und wie sie IKT in vier AKCs in South Wollo verwendeten. Die drei Konzepte aus der Theorie des geplanten Verhaltens: Einstellung, soziale Normen und wahrgenommene Verhaltenskontrolle rahmen die Analyse der Ergebnisse ein. Die Beratungskräfte hatten eine positive Haltung gegenüber der Nützlichkeit von IKT für den persönlichen Gebrauch. Sie sahen die IKT jedoch nicht als nützlich für die Suche und den Austausch landwirtschaftlicher Fachinformationen an, da der unflexible Beratungsansatz in Äthiopien nur die Verwendung ausgewählter gedruckter Wissensressourcen erlaubt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Zugriff auf die IKT Hardware zwar Voraussetzung, aber keine Garantie für die Anwendung von IKT durch Beratungskräfte für den beruflichen Einsatz ist. Damit IKT in der landwirtschaftlichen Beratung eingesetzt werden können, benötigen die Beratungskräfte einerseits einer höhere Flexibilität, um die Bedürfnisse der Landwirte zu berücksichtigen und andererseits müssen organisatorische Rahmenbedingungen für ein proaktives wissensorientiertes Verhalten der Beratungskräfte geschaffen werden.
Das dritte empirische Kapitel analysiert anhand einer Literaturrecherche organisatorische Merkmale, die den Einsatz von IKT in der landwirtschaftlichen Beratung vorantreiben oder behindern. Die qualitative Durchsicht von 49 Artikeln zeigte, dass sich die meisten wissenschaftlichen Studien auf die Merkmale von Individuen konzentrieren, die die Nutzung von IKT beeinflussen. Weniger Studien untersuchen hingegen die organisatorischen Aspekte. Die identifizierten organisatorischen Merkmale wurden anhand der sieben Dimensionen des Konzepts der Lernenden Organisation weiter analysiert. Die Analyse zeigte, dass Weiterbildung und die Schaffung von lernfördernden Strukturen herausragende Merkmale sind, die die Nutzung von IKT positiv beeinflussen. Allerdings wurden die Merkmale der Zusammenarbeit, des Führungsstils und der Ermächtigung zur Schaffung einer gemeinsamen Vision, die die Dienstleistungen durch die Nutzung von IKT verbessert, in der Literatur kaum untersucht. Die Ergebnisse der Literaturstudie verdeutlichen die Wichtigkeit einer Strategie der IKT-Nutzung in landwirtschaftlichen Beratungsorganisationen und die Beachtung von Prinzipien des Organisationslernens für die Kompetenzentwicklung auf individueller, team- und organisatorischer Ebene. Aufbauend auf den drei empirischen Kapiteln analysiert Kapitel fünf die Wechselwirkung zwischen Technologie und Gesellschaft, um zu erklären, warum IKT in der landwirtschaftlichen Beratung (nicht) erfolgreich eingesetzt werden. Diese Wechselwirkung verdeutlicht, dass ein erfolgreicher Einsatz von IKT in landwirtschaftlichen Beratungsorganisationen nicht nur technische Geräte, die Einstellung des Einzelnen oder Institutionen erfordert, sondern auch die Abstimmung aller Dimensionen von Hardware, Software und Orgware. Daher ist der Versuch, die Beratungsdienste allein durch die Bereitstellung von IKT-Geräten zu verbessern, simplifiziert; die komplexen Interaktionsprozesse der verschiedenen Komponenten werden dabei ignoriert. Die Ergebnisse der Arbeit bestätigen, dass eine erfolgreiche Nutzung von IKT für die landwirtschaftliche Nutzung die Anpassung technischer Geräte an neue soziale und organisatorische Strukturen erfordert.
Diese Arbeit gibt die folgenden Empfehlungen für die Konzeption und Umsetzung zukünftiger IKT-basierter Initiativen in landwirtschaftlichen Beratungsorganisationen in Äthiopien und anderen Ländern mit einem ähnlichen Kontext: (i) der Projektinitiator sollte das Bewusstsein für den Zweck der IKT in der landwirtschaftlichen Beratung schaffen und die digitale Kompetenz der Zielgruppen entwickeln; (ii) Organisationen, die die IKT nutzen wollen, sollten organisatorische Voraussetzungen schaffen, die das Lernen auf der Ebene von Individuen, Teams und Organisationen erleichtern; (iii) Entwicklungsprojekte und -programme sollten die Interaktion zwischen Innovationskomponenten erkennen und fördern, um IKT erfolgreich in der landwirtschaftlichen Beratung einzusetzen und deren Nutzung sicherzustellen; und (iv) Regierungen sollten ein förderndes Umfeld schaffen, das Anreize für den Wissens- und Informationsaustausch gibt und Beratungskräften die Flexibilität zur Berücksichtigung der Bedürfnisse der Landwirte ermöglicht
Phosphorus bioavailability of fertilizers recycled from sewage sludge and their suitability for organic crop production
Get PDFPhosphorus (P) nutrition of plants is a key production factor in agriculture. In an approach to recycle P from urban areas back to agriculture, technologies have been developed to produce mineral P fertilizers out of municipal sewage sludge. In this study, different P fertilizers recycled from sewage sludge have been investigated in pot and field experiments for their bioavailability to maize and several plant species of a crop rotation. It was also investigated, if bioavailability of recycled P fertilizers can be enhanced either by a soil inoculation with different bacteria strains that are efficient in P solubilizing, or by a cultivation of red clover in the crop rotation. As there is a lack of bioavailable P fertilizers in organic cropping systems, P fertilizers recycled from sewage sludge were evaluated for their suitability to be used in organic crop production.
It has been shown that most of the investigated fertilizers recycled from sewage sludge have a higher P bioavailability than Phosphate Rock (PR). Fertilizer efficacy seems very dependent from specific production conditions which are decisive for the final product. Among the tested fertilizers, struvite (MgNH4PO4 . 6 H2O) was most efficient in increasing plant P offtake of maize (+ 27.5% in the field, and more than sixfold in a pot experiment, compared to the unfertilized control). Struvite and calcined sewage sludge ash (SSA) are efficient fertilizers at both acidic and neutral soil pH. Other fertilizers (e.g. untreated incineration ashes) have low solubility at soil with pH > 6, and thus, might be used on acidic soil only, or as raw material for fertilizer production. In the field experiment, the overall response to P fertilizer input was low, which probably can be attributed to a sufficient inherent P supply on the used site. An immobilization of fertilizer P over time could be shown in all experiments. Thus, recycled P fertilizers should be applied to responsive crops in the rotation. An improved P supply of maize could be shown when grown after red clover in the crop rotation. This might be attributed to a combination of different factors, such as a solubilization of sparingly soluble P forms in recycled fertilizers, following a drop in soil pH due to biological N2 fixation of clover. A recycling of P to maize via decomposed clover roots might in addition have contributed to an increased P supply of the subsequent maize. Despite this promising effect, P mobilization by clover cultivation was not sufficient to cover the entire P demand of maize. Thus, additional fertilizer P inputs to maize might still be necessary to ensure optimal plant growth on P deficient soils. With one exception, an application of different bacteria strains generally did not affect P supply of the plants. Applied bacteria seem very dependent on the environmental conditions. It is conceivable, that especially in organic systems, a soil application with external bacteria does not enhance the beneficial effects of a high microbial abundance and activity which often is already present in organic cropping systems.
From an agronomic point of view, P fertilizers recycled from sewage sludge are better alternatives for organic crop production than PR. A recycling of nutrients generally fits well with basic organic principles. By introducing those fertilizers, the organic system could make a decisive contribution to the ongoing effort of closing the P cycle, and, once more, develop towards a farming system of the future.So wie alle anderen Lebewesen, sind auch Pflanzen auf das Element Phosphor (P) angewiesen. Es ist umstritten, wie lange die natürlichen Rohphosphat (PR) Reserven noch ausreichen, um den P-Bedarf der Landwirtschaft zu decken. Vor diesem Hintergrund haben sich verschiedene Technologien entwickelt um P-Düngemittel aus kommunalem Klärschlamm zu gewinnen. Angesichts des Mangels an pflanzenverfügbaren P-Düngemitteln im Ökologischen Landbau wurde evaluiert, ob diese Recycling-P Düngemittel aus agronomischer Sicht für die Ökologische Pflanzenproduktion infrage kommen. Dafür wurden in dieser Studie verschiedene Recycling-P Düngemittel in Gefäß- und Feldversuchen mit mehreren Pflanzen einer Fruchtfolge auf ihre Pflanzenverfügbarkeit hin untersucht. Darüber hinaus wurde untersucht, ob durch eine Beimpfung des Bodens mit verschiedenen Bakterienstämmen, oder den Anbau von Rotklee in der Fruchtfolge, die Pflanzenverfügbarkeit der Recycling-P Düngemittel erhöht werden kann.
Es konnte gezeigt werden, dass die meisten Recycling-P Düngemittel eine höhere Pflanzenverfügbarkeit aufweisen als PR. Offenbar wird die P-Düngewirkung dabei insbesondere von den jeweiligen Produktionsbedingungen bestimmt. Von allen untersuchten Recycling-P Düngemitteln hatte Struvit (MgNH4PO4 . 6 H2O) die höchste P-Düngewirkung. Im Vergleich zur ungedüngten Kontrolle erhöhte eine Düngung mit Struvit die P Aufnahme von Mais um 27.5% im Feldversuch und um mehr als das sechsfache im Gefäßversuch. Struvit und kalzinierte Klärschlammasche (KSA) sind effektive P Düngemittel, unabhängig von den jeweiligen Bodenbedingungen. Andere Düngemittel, wie etwa unbehandelte KSA, weisen bei einem pH der Bodenlösung von > 6.0 hingegen eine niedrige Pflanzenverfügbarkeit auf. Diese kommen daher nur für eine Nutzung auf sauren Böden, oder aber als Rohmaterial für die Düngemittelproduktion infrage. Die allgemein geringe Wirkung der P-Düngung im Feldversuch ist wahrscheinlich auf eine ausreichende P-Versorgung des Versuchsstandorts zurückzuführen. In allen Versuchen konnte mit der Zeit eine Immobilisierung von Dünger-P im Boden gezeigt werden. Recycling-P Düngemittel sollten daher innerhalb einer Fruchtfolge zu Kulturen mit hohem P-Bedarf gedüngt werden. Eine gesteigerte P-Versorgung von Mais konnte durch einen vorherigen Anbau von Rotklee in der Fruchtfolge erzielt werden. Die Absenkung des pH in der Bodenlösung infolge biologischer Stickstofffixierung hat vermutlich zu einer erhöhten Pflanzenverfügbarkeit schwerlöslicher P-Verbindungen aus Recycling-P Düngemitteln geführt. Darüber hinaus hat möglicherweise auch eine Freisetzung von P aus zersetzten Kleewurzeln zu einer verbesserten P-Versorgung des darauffolgenden Maises beigetragen. Die durch den Anbau von Klee mobilisierte P-Menge war jedoch nicht hoch genug um den gesamten P-Bedarf von Mais zu decken. Zu Mais sind daher vermutlich zusätzliche P-Düngegaben erforderlich. Eine P-Mobilisierung durch die Applikation verschiedener Bakterienstämme konnte in nur einem Fall erzielt werden. Möglicherweise bleibt der gewünschte Effekt einer P-Mobilisierung durch zusätzlich applizierte Bakterien gerade im Ökologischen Landbau aus, für den eine hohe mikrobielle Aktivität im Boden charakteristisch ist. Aus agronomischer Sicht sind Recycling-P Düngemittel aus Klärschlamm geeignetere Alternativen als PR für die ökologische Pflanzenproduktion. Ein Nährstoffrecycling wird von ökologischen Leitlinien grundsätzlich befürwortet. Mit der Aufnahme dieser neuartigen Düngemittel kann der Ökologische Landbau einen entscheidenden Beitrag zur Schließung des P Kreislaufes leisten und sich - einmal mehr - zu einem Bewirtschaftungssystem der Zukunft weiterentwickeln
Essays on demographic change and R&D-based economic growth
Get PDFThis dissertation analyzes the economic growth effects of demographic change embedded in a framework of endogenous R&D. Substantial changes in fertility and longevity are the two main demographic features that all industrialized countries have experienced during the twentieth century and are still experiencing until today. Although the individual gains of higher life expectancy and better education, initiated by a quantity-quality tradeoff, are huge, there exist concerns about the macroeconomic effects. To improve the understanding about the aforementioned relationships, this work extends the existing literature on the growth effects of population aging by 1) introducing exogenous longevity into a growth framework with vertical innovations; 2) by endogenizing life expectancy in a growth framework with horizontal innovations; and 3) by examining the growth effects of basic scientific knowledge over the very long run.
Chapter two contains the first paper titled Longevity-induced Vertical Innovation and the Tradeoff Between Life and Growth, which is joint work with Annarita Baldanzi and Klaus Prettner. In this paper, the positive effect of a longer retirement period on individual savings is utilized. A higher exogenous probability to survive to old age raises savings, placing a downward pressure on the market interest rate. On the production side, a lower interest rate increases the present value of holding a patent, which, in turn, makes R&D more profitable. As a result, R&D employment increases, leading to a higher frequency of quality improving ideas and, with it, faster economic growth. It is shown that the relationship between life expectancy and economic growth is strictly positive. In a welfare analysis, the utility gains of living longer are disentangled from the longevity-induced utility gains of higher consumption. The analysis concludes that the direct welfare gains of higher life expectancy, usually, outweigh the indirect welfare gains of faster economic growth.
Chapter three contains a single-authored paper and is titled Endogenous Life Expectancy and R&D-based Economic Growth. As the title suggests, life expectancy is endogenized and increases in the public resources devoted toward health. Again, the longevity-saving-channel is present. Additionally, a quantity-quality tradeoff is introduced, such that parents have to decide on the number of children to have and on the childrens level of education. Besides the positive saving effect, life expectancy impacts positively on the labor force participation rate and negatively on the fertility rate. The reason is that adults need to work more (at the expense of having fewer children), to compensate for a prolonged retirement period. The feedback effects with production, characterized by horizontal innovation, are then analyzed in a calibrated version of the model. Using U.S. data, the model suggests that the overall effect of life expectancy on economic growth is positive and amounts to 11.9 % of the increases in the real GDP p.c. over the period 1960-2017. From a welfare perspective, the results indicate that the growth-maximizing size of the health care sector might lie beyond what is observed in most industrialized countries, nowadays. The finding that the size of the health care sector that maximizes life expectancy is substantially larger than the growth-maximizing size supports the view to not only consider the growth effects of health care.
Chapter four contains the third paper which is co-authored with Klaus Prettner and is titled The Scientific Revolution and Its Role in the Transition to Sustained Economic Growth. Basic scientific knowledge is introduced as a necessary input in applied R&D and increases in the number of tinkerers in the economy and in their education. For low levels of development, fertility is high and educational investments are zero. Once income surpasses a certain threshold, education turns positive. Together with the consequent fertility transition, this marks the takeoff to sustained economic growth. It is shown that the growth rate of as well as the access to basic scientific knowledge is crucial in determining the timing and the magnitude of the takeoff. For low growth rates and low access, the takeoff is delayed by up to one generation because applied R&D takes longer to become profitable. In the extreme case of zero basic scientific knowledge, no takeoff might occur at all. The results improve the understanding of economic growth processes over the very long run and provide one possible explanation why some regions experienced the takeoff to sustained economic growth earlier than others.Diese Dissertation analysiert die ökonomischen Wachstumseffekte des demographischen Wandels im Rahmen endogener Wachstumsmodelle. Substantielle Veränderungen der Fertilität und der Lebenserwartung sind die beiden demographischen Hauptmerkmale, welche alle Industrieländer charakterisieren. Obwohl die individuellen Gewinne aufgrund gestiegener Lebenserwartung und besserer Bildung substantiell sind, bestehen Bedenken hinsichtlich der makroökonomischen Auswirkungen. Um das Verständnis hierüber zu verbessern, erweitert diese Dissertation die bestehende Literatur, indem sie 1) eine exogene Überlebenswahrscheinlichkeit in ein Wachstumsmodell mit vertikalen Innovationen integriert; 2) die Lebenserwartung in einem Wachstumsmodell mit horizontalen Innovationen endogenisiert; und 3) die Wachstumseffekte von Grundlagenforschung innerhalb eines Unified Growth Modells untersucht.
Kapitel zwei enthält das erste Papier mit dem Titel "Longevity-induced Vertical Innovation and the Tradeoff between Life and Growth", welches gemeinsam mit Annarita Baldanzi und Klaus Prettner verfasst wurde. In diesem Papier wird der positive Effekt einer steigenden Lebenserwartung auf die individuelle Ersparnisbildung verwendet. Eine höhere exogene Wahrscheinlichkeit, bis ins Rentenalter zu überleben, erhöht die Ersparnisbildung und senkt somit den Marktzins. Auf Produktionsseite erhöht ein niedrigerer Zinssatz den Gegenwartswert eines Patents, was wiederum Forschung profitabler macht. Infolgedessen steigt die Anzahl an Wissenschaftlern, was zu einer höheren Frequenz von qualitätsverbessernden Patenten und somit zu höherem Wirtschaftswachstum führt. Es wird analytisch gezeigt, dass die Beziehung zwischen Lebenserwartung und Wirtschaftswachstum strikt positiv ist. In einer Wohlfahrtsanalyse wird zudem zwischen dem Nutzengewinn eines längeren Lebens und dem Nutzengewinn durch höheren Konsum differenziert. Die Analyse zeigt, dass die direkten Wohlfahrtsgewinne einer höheren Lebenserwartung in der Regel die indirekten Wohlfahrtsgewinne schnelleren Wirtschaftswachstums übersteigen.
Kapitel drei enthält das zweite Papier mit dem Titel "Endogenous Life-Expectancy and R&D-based Economic Growth". Die Lebenserwartung wird endogenisiert, indem staatliche Gesundheitsinvestitionen die Überlebenswahrscheinlichkeit erhöhen. Zusätzlich zur individuellen Ersparnisbildung entscheiden Eltern über die Anzahl der Kinder und deren Bildungsgrad. Neben dem Spareffekt wirkt sich die Lebenserwartung positiv auf die Erwerbsquote und negativ auf die Fertilitätsrate aus. Der Grund hierfür ist, dass Arbeitnehmer mehr arbeiten müssen (auf Kosten von weniger Kindern), um eine längere Rentenzeit zu finanzieren. Die Rückkopplungseffekte mit der Produktionsseite werden in einer kalibrierten Version des Modells analysiert. Unter Verwendung von U.S.-Daten legen die Ergebnisse nahe, dass der Gesamteffekt der Lebenserwartung für das Wirtschaftswachstum positiv ist und 11,9 % der Steigerungen des realen BIP p.c. im Zeitraum 1960-2017 ausgemacht hat. Aus Wohlfahrtsperspektive deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Größe des Gesundheitssektors in den meisten Industrieländern unter der wachstumsmaximierenden Größe liegt. Die Feststellung, dass die Größe des Gesundheitssektors, der die Lebenserwartung maximiert, wesentlich größer ist als die wachstumsmaximierende Größe, unterstützt die Ansicht, nicht nur die Wachstumseffekte von Gesundheit zu berücksichtigen.
Kapitel vier enthält das dritte Papier, welches gemeinsam mit Klaus Prettner verfasst wurde und den Titel The Scientific Revolution and Its Role in the Transition to Sustained Economic Growth trägt. Wissenschaftliches Grundlagenwissen wird als notwendiger Input für angewandte Forschung integriert und wächst in Abhängigkeit von der Bevölkerungsgröße und den Bildungsinvestitionen. Für einen niedrigen ökonomischen Entwicklungsgrad ist die Fertilität hoch und es gibt keine Bildungsinvestitionen. Sobald das Einkommen einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, werden Bildungsinvestitionen positiv. Zusammen mit dem dadurch initiierten Fertilitätsübergang markiert dies den Beginn der Phase anhaltenden Wirtschaftswachstums. Es wird gezeigt, dass die Wachstumsrate von sowie der Zugang zu grundlegenden wissenschaftlichen Kenntnissen entscheidend für den Zeitpunkt und das Ausmaß des ökonomischen Takeoffs sind. Für niedrige Wachstumsraten und einen reduzierten Zugang zu Grundlagenforschung verzögert sich der Takeoff um eine Generation, da angewandte Forschung erst später profitabel wird. Für den Fall, dass gar keine Grundlagenforschung verfügbar ist, stagniert die Ökonomie für immer. Diese Ergebnisse verbessern das Verständnis über langfristige ökonomische Wachstumsprozesse und liefern eine mögliche Erklärung, weshalb einige Regionen den Takeoff zu anhaltendem Wirtschaftswachstum früher als andere erlebt haben
Measurement of sustainability at farm-level : stakeholders perceptions and indicators of the social dimension
Get PDFWhile there is a consensus between researchers, decision makers and consumers that an operationalization of the concept of sustainability is necessary, there exist huge disagreements on how to transform the multidimensional concept of sustainability into usable metrics. Due to the multiple actors involved, diverse objectives and complex interactions, the selection of metrics to be monitored is expected to be science-based, but also relevant to the main concerns of the stakeholders. This dissertation address these gaps investigating stakeholders arguments about the suitability of a set of sustainability indicators in an accountancy agricultural information system for policy evaluation. The research is framed in the FP7 EU-Project Farm Level Indicators for New Topics in Policy Evaluation (FLINT).
The thesis pursues two objectives: i)to elicit stakeholders perceptions about the adoption of sustainability indicators into an established farm accountancy data system and ii)to contribute to assess the usefulness of collecting indicators of social sustainability at farm-level.
The first objective is reached by exploring the Farm Accountancy Data Network (FADN) stakeholders perceptions on feasibility and usefulness of a set of sustainability indicators. Using discussion groups and semi-structured interviews in nine European countries, we collected arguments about the measurement of sustainability at farm level. Participant stakeholders identified that the request of sustainability information of the farm is already taking place under simultaneous, embedded and sometimes overlapping requirements from regulations, markets or research agents. We found that stakeholders have diverging perceptions toward the value of that information, especially for those indicators not expected to be used for farm-level decision making.
For the second objective, two empirical studies were conducted using an integrated data set of FADN and FLINT project in a sample of 1100 FADN farms distributed in nine countries.
In the first study we explored the linkage between the use of advisory services by farm managers and the economic, environmental and social performance of farms. We identified three clusters of farms that have a different sustainability performance and that relate differently to advisory services. In the three groups of farms, the number of contacts with advisory services is positively correlated with the adoption of innovations, the number of information sources and the adoption of farm risk management measures. We failed to find linear relationship between advisory services and environmental and social sustainability.
The second study investigated the influence of farm-level factors in farmers satisfaction with farming and its relationship with the level of satisfaction they have with their overall quality of life. We propose a path model using a Structural Equation Model-Partial Least Squares approach, testing the validity and reliability of a farmers work satisfaction construct and determining on how far the farm variables are related with it. Results suggest that while it is valid and reliable to measure work satisfaction as a construct, the farm level data that is currently available explains farmers satisfaction with their own standard and values only partially. Therefore a metric that measures those values should be further developed and tested.
This doctoral dissertation contributes to the identification and prioritization of standardized indicators of farm-level sustainability. Two main learnings can be implied from the findings. The first one is that ontological differences between the agents that are involved in the functioning and evolvement of an information system can be identified (but not solved) applying inter and transdisciplinary research methods. The second one is that standardized indicators of social sustainability are desirable, feasible and useful to be collected and integrated in the same data sets with economic and environmental indicators. That said, due to the complexity of the relationship between sustainability dimensions, the value of standardization of indicators is limited by how are they going to be used.Obwohl zwischen Forschern, Entscheidungsträgern und Verbrauchern Konsens darüber besteht, dass eine Operationalisierung des Nachhaltigkeitskonzepts notwendig ist, gibt es dennoch große Meinungsverschiedenheiten darüber, wie das mehrdimensionale Konzept in brauchbare Metriken umgewandelt werden kann. Aufgrund der Vielzahl der beteiligten Akteure, der unterschiedlichen Ziele und der komplexen Wechselwirkungen wird erwartet, dass die Auswahl der zu überwachenden Metriken wissenschaftlich fundiert, und gleichzeitig entsprechend den wichtigsten Anliegen der Interessengruppen erfolgt.
Die vorliegende Dissertation zielt darauf ab, diese Lücken zu schließen, indem sie die Argumente der Interessengruppen über die Eignung einer Reihe von Nachhaltigkeitsindikatoren im Kontext der landwirtschaftlichen Buchführung für die Politikbewertung untersucht.Die empirische Forschung ist Teil des FP7 EU-Projekts Farm Level Indicators for New Topics in Policy Evaluation (FLINT)
Die Dissertation verfolgt zwei Ziele: (i) die Wahrnehmung unterschiedlicher Interessengruppenvertreter über die Adoption von Nachhaltigkeitsindikatoren in ein etabliertes landwirtschaftliches Buchhaltungsdatensystem zu erheben und (ii) den Nutzen der Erhebung von Indikatoren für die soziale Nachhaltigkeit auf betrieblicher Ebene zu bewerten. Das erste Ziel wird durch die Untersuchung der Wahrnehmungen der Interessengruppen des Farm Accountancy Data Network (FADN) über die Machbarkeit und den Nutzen einer Reihe von Nachhaltigkeitsindikatoren erreicht. Mit Hilfe von Diskussionsgruppen und semi-strukturierten Interviews in neun europäischen Ländern haben wir Argumente zur Messung der Nachhaltigkeit auf betrieblicher Ebene gesammelt. Die teilnehmenden Interessengruppenvertreter stellten fest, dass die Anforderung von Nachhaltigkeitsinformationen über den Betrieb bereits unter gleichzeitigen, eingebetteten und sich manchmal überschneidenden Anforderungen von Verordnungen, Märkten oder Forschungsagenten erfolgt. Wir haben festgestellt, dass die Interessengruppen unterschiedliche Auffassungen über den Wert dieser Informationen haben, insbesondere für diejenigen Indikatoren, von denen nicht erwartet wird, dass sie für die Entscheidungsfindung auf Betriebsebene verwendet werden.
Für das zweite Ziel wurden zwei empirische Studien mit einem integrierten Datensatz des FLINT Projekts mit einer Stichprobe von 1100 FADN-Betrieben in neun Ländern durchgeführt. In der ersten Studie untersuchten wir den Zusammenhang zwischen der Inanspruchnahme von Beratungsdiensten durch Betriebsleiter und der wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Leistung von Betrieben. Wir haben drei Cluster von Betrieben identifiziert, die eine unterschiedliche Nachhaltigkeitsleistung aufweisen und sich unterschiedlich auf Beratungsleistungen beziehen. In den drei Gruppen ist die Anzahl der Kontakte zu Beratungsdiensten positiv korreliert mit der Einführung von Innovationen, der Anzahl der Informationsquellen und der Einführung von Maßnahmen des betrieblichen Risikomanagements. Es ist uns nicht gelungen, einen linearen Zusammenhang zwischen Beratungsleistungen und ökologischer und sozialer Nachhaltigkeit zu finden.
Die zweite Studie untersuchte den Einfluss von Faktoren auf Betriebsebene auf die Zufriedenheit der Landwirte mit der Landwirtschaft, und deren Zusammenhang mit der Zufriedenheit mit ihrer allgemeinen Lebensqualität. Wir schlagen ein Pfadmodell mit einem Structural Equation Model-Partial Least Squares Ansatz vor, das die Validität und Zuverlässigkeit eines Konstrukts der Arbeitszufriedenheit der Landwirte testet und bestimmt, inwieweit die Betriebsvariablen mit ihm in Beziehung stehen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Konstrukt gültig und zuverlässig ist, die Arbeitszufriedenheit zu messen, dass aber die derzeit verfügbaren Daten auf Betriebsebene die Zufriedenheit der Landwirte mit ihrem eigenen Lebensstandard und ihren Werten nur teilweise erklären. Daher sollte eine Metrik, die diese Werte misst, weiterentwickelt und getestet werden.
Diese Dissertation trägt zur Identifizierung und Priorisierung von standardisierten Indikatoren für die Nachhaltigkeit auf Betriebsebene bei. Aus den Ergebnissen lassen sich zwei wesentliche Erkenntnisse ableiten: Die erste ist, dass ontologische Unterschiede zwischen den Akteuren, die an der Funktionsweise und Entwicklung eines Informationssystems beteiligt sind, durch die Anwendung inter- und transdisziplinärer Forschungsmethoden identifiziert (aber nicht gelöst) werden können. Die zweite ist, dass standardisierte Indikatoren für die soziale Nachhaltigkeit wünschenswert, machbar und nützlich sind, und daher in denselben Datensätzen mit Wirtschafts- und Umweltindikatoren gesammelt und integriert werden sollten. Allerdings ist der Wert der Standardisierung von Indikatoren aufgrund der Komplexität der Beziehung zwischen Nachhaltigkeitsdimensionen dadurch begrenzt, wie sie verwendet werden
Development and implementation of an innovative breeding value estimation for regioanl cattle breeds of Baden-Württemberg
No full textIn den letzten Dekaden sind hohe Inzuchtraten in züchterisch bearbeiteten Rinderrassen unter Anwendung der Abschnittsselektion in die Kritik geraten. Gründe hierfür sind die ineffiziente Konvertierung der genetischen Diversität in Zuchtfortschritt und erhöhtes Risiko für Inzuchtdepression (Falconer and Mackay, 1996; Woolliams et al., 2015a). Eine Lösung bietet die Optimum Contribution Selection (OCS) (Meuwissen, 1997b). Diese ermöglicht die Maximierung des Zuchtfortschritts bei gleichzeitiger Restriktion der Inzuchtrate. Dieser Ansatz wurde von Wellmann et al. (2012) um zwei Komponenten erweitert: Den fremdgenetischen Anteil und die native genetische Diversität der betrachteten Rasse. Erst durch diese Erweiterungen kann die advanced OCS (aOCS) für die Erhaltungszucht von Regionalrassen mit historischer Einkreuzung zur Leistungssteigerung genutzt werden. Die Grundlagenforschung zur Funktionalität der aOCS ist bereits abgeschlossen (Wang et al., 2017a; b). Die Ziele dieses Projekts waren (I) ein Vergleich verschiedener OCS Methoden, um deren Anwendbarkeit begleitend zur Zuchtwertschätzung und unter gegebenen Populationsparametern nach Hartwig et al. (2013) zu bestätigen. (II) Eine Machbarkeitsstudie zur empirischen Absicherung der Anwendbarkeit der gewählten OCS Methode. Durch die Machbarkeitsstudie sollten die Kosten der Implementierung der OCS beim Vorderwälder Rind abgeschätzt und dem Nutzen gegenübergestellt werden. (III) Die Entwicklung geeigneter Lösungsstrategien zur Implementierung einer OCS Methode im Anschluss an die Zuchtwertschätzung am Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg. Im Vordergrund stand dabei die Entwicklung der routinemäßigen Anwendung der OCS Methode. (IV) Die Entwicklung eines geeigneten Zuchtprogramms. Hierbei musste der hohe Natursprunganteil (~ 50 %) der vorliegenden Population beachtet werden.
Kapitel 1 enthält eine offene Diskussion der finanziellen, strukturellen und sozialen Hürden, die die Umsetzung der OCS in realen Zuchtprogrammen behindern. Dieses Kapitel bezieht sich auf kooperative Zuchtprogramme in kleinbäuerlichen Strukturen Deutschlands, da dies eine häufige Organisationsstruktur von Regionalrassen ist.
Kapitel 2 ist eine Machbarkeitsstudie. Unter Einbeziehung der diskutierten Hürden aus Kapitel 1, wird ein konkretes Zuchtprogramm entwickelt. Dieses soll unter realen Bedingungen umsetzbar sein. Um die Anwendbarkeit des Zuchtprogramms empirisch abzusichern, wird eine stochastische Simulationsstudie durchgeführt. Diese dient der Analyse von Schwachstellen im entwickelten Zuchtprogramm und der Formulierung des Optimierungsprozesses mit aOCS. Zusätzlich ermöglicht die spezielle Formulierung des Simulationsprozesses einen direkten Vergleich der simulierten und realen Populationen.
Kapitel 3 stellt eine Erweiterung der Machbarkeitsstudie aus Kapitel 2 dar und soll die Anwendbarkeit des entwickelten Zuchtprogramms unter aktuellen Bedingungen der Vorderwälder Rasse absichern. Der fremdgenetische Anteil der Vorderwälder Rasse lag im Jahr 2014 bei bereits 61 %. Deshalb wurde der Optimierungsprozess der aOCS angepasst, um Möglichkeiten zur Reduzierung der fremdgenetischen Anteile zu prüfen.
Die vorliegende Dissertationsschrift endet mit einer allgemeinen Diskussion. In dieser werden konkrete Empfehlungen erarbeitet, die die Implementierung des entwickelten Zuchtprogramms aus Kapitel 2 in der Vorderwälder Rasse und vergleichbaren Regionalrassen ermöglichen.Over the last decades, cattle breeding schemes that used truncation selection provoked high inbreeding rates and were perceived increasingly critical. Reasons are the inefficient conversion of genetic variance in genetic gain and an increased risk of inbreeding depression (Falconer and Mackay, 1996; Woolliams et al., 2015a). A solution was found by Meuwissen (1997) by introducing Optimum Contribution Selection (OCS). OCS facilitates the maximization of genetic gain meanwhile restricting inbreeding rates to predefined levels. Wellmann et al. (2012) extended the existing OCS approach by two components: Migrant contributions and native genetic variance of the breed under observation. The resulting advanced OCS (aOCS) facilitates the implementation in regional breeds that have been crossbred with commercial breeds for upgrading reasons. Basic research has already been carried out (Wang et al., 2017a; b). The objectives of the underlying project were (I) a comparison of OCS approaches to be implemented in Vorderwald cattle by underlying population parameters following Hartwig et al. (2013). (II) A feasibility study to give empirical prove of the applicability of the chosen OCS approach in Vorderwald cattle. The main focus was on the costs of implementing OCS in Vorderwald cattle. These were contrasted with the benefits. (III) The development of strategies to implement an OCS approach in connection to the breeding value estimation at the Landesamt für Geoinformation und Landentwicklung Baden-Württemberg. The development of routine applications was paramount here. (IV) The development of a suitable breeding scheme that fits a proportion of 50 % natural mating in the actual Vorderwald population.
Chapter 1 is an opinion article about financial, structural and social obstacles that impede the implementation of OCS in real breeding schemes. This chapter is mainly related to small scale cooperative breeding schemes of Germany, since this is a common organizational structure of regional breeds.
Chapter 2 is a feasibility study. On basis of the identified obstacles of Chapter 1, a concrete and easy to implement breeding scheme will be developed. A stochastic simulation will be carried out, to reveal flaws in the developed breeding scheme and aOCS approach. Additionally, results of the stochastic simulation are directly comparable to real data.
Chapter 3 is an extension of the feasibility study of Chapter 2 and proofs the feasibility of the developed breeding scheme under actual conditions of the Vorderwald cattle breed. Migrant contributions to the Vorderwald cattle breed reached 61 % in 2014. Thus, the aOCS approach was modified to test for possibilities of reducing this level.
The thesis will end with a general discussion. Recommendations will be given, how to implement the developed breeding scheme of Chapter 2 in Vorderwald cattle and comparable breeds
The key to professional success and personal development is language competence : a primer for German-English-Turkmenen Dialogue
Get PDFIncentives to enforce and stimulate : microeconometric evidence from natural experiments
Get PDFIncentives can be powerful tools to enforce behavior and to stimulate and steer the economy. However, due to the complexity of how incentives are perceived by economic agents, designing effective incentive structures is difficult. A better understanding of incentives enables policymakers to design such policies, ultimately increasing overall well-being. This thesis advances our knowledge on how incentives work, how they change behavior, and how to effectively use them.Ökonomische Anreize können mächtige Werkzeuge sein um Verhalten durchzusetzen und die Wirtschaft zu stimulieren und zu lenken. Allerdings ist es aufgrund der Komplexität wie Anreize von ökonomischen Agenten wahrgenommen werden, eine Herausforderung, effektive Anreizstrukturen zu schaffen. Ein besseres Verständnis darüber, wie Anreize funktionieren, erlaubt es Entscheidungsträgern solche Strukturen zu gestalten um letztendlich die Gesamtwohlfahrt zu steigern. Diese Arbeit trägt zu unserem Verständnis bei, wie Anreize funktionieren, welche Verhaltensänderungen sie hervorrufen, und wie sie effektiv verwendet werden können
Simulating the impact of land use change and climate change on the supply of ecosystem services in a rubber-dominated watershed in Southwestern China
Get PDFThis cumulative PhD thesis investigates the expansion of rubber (Hevea brasiliensis Müll. Arg.) plantations and the ensuing multiple impacts on biodiversity and the supply of ecosystem services (ESS) in a mountainous watershed in Xishuangbanna Prefecture, Southwestern China. In recent decades, the study area, the Nabanhe Reserve, saw the expansion of rubber plantations and the loss of extensive forest areas, which led to a substantial decline in ESS. Workshops with regional stakeholders resulted in the development of three future land use scenarios for Nabanhe Reserve (2015 2040), varying in their degree of rubber expansions, management options and reforestations efforts.
In the first study, the InVEST (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs) modeling framework was used to analyze the impact of these rubber expansion scenarios on selected ESS: sediment retention, water yield, habitat quality, and carbon sequestration. In addition, a model for assessing potential rubber yields was developed and implemented in ArcGIS. The analysis also included different statistical weighting methods to include rankings for the preference of ESS from three contrasting stakeholder groups (prefecture administration, tourists, off-site citizens). The study concludes that the integrated ESS indices would be overestimated without the inclusion of the stakeholder groups.
The second study introduced a new method to identify potential tipping points in the supply of ESS. Here, time-series data derived from InVEST have been combined with a sequential, data-driven algorithm (R-method) to identify potential tipping points in the supply of ESS within two contrasting scenarios of rubber expansion in Nabanhe Reserve. The tipping point analysis included hydrological, agronomical, and climate-regulation ESS, as well as multiple facets of biodiversity. The model results showed regime shifts indicating potential tipping points, which were linked to abrupt changes in rubber yields, in both scenarios and at varying spatial scales. The study concludes that sophisticated land use planning may provide benefits in the supply of ESS at watershed scale, but that potential trade-offs at sub-watershed scales should not be neglected.
The third study focused on modeling hydrological ESS (water yield and sediment export) in Nabanhe Reserve under multiple scenarios of land use and climate change in order to assess how both drivers influence the supply of these ESS. Three rubber expansion scenarios were analyzed in combination with multiple climate change scenarios using the InVEST modeling framework. Simulation results showed that the effect of land use and land management decisions on water yield in Nabanhe Reserve are relatively minor (4% difference in water yield between land use scenarios), when compared to the effects that future climate change will exert on water yield (up to 15% increase or 13% decrease in water yield compared to the baseline climate). Changes in sediment export were more sensitive to land use change (15% increase or 64% decrease) in comparison to the effects of climate change (up to 10% increase). The study concludes that in the future, particularly dry years may have a more pronounced effect on the water balance in Nabanhe Reserve as the higher potential evapotranspiration increases the probability for periods of water scarcity, especially in the dry season.
In conclusion, the studies showed detrimental consequences induced by rubber expansions for all assessed ESS, with the exception of rubber yields. Further continuing the trend of rubber expansions in the study area is not the best option in terms of integrated ESS supply on a landscape scale. Land use planning alternatives, such as rubber expansions restricted to suitable areas only, in combination with reforestation efforts at less suitable locations, may be used to keep crucial environmental functions intact. Policy regulations at the local level, if properly assessed with spatial models and integrated stakeholder feedback, have the potential to buffer the typical trade-off between agricultural intensification and environmental protection. The implementation of these regulations might still pose a considerable challenge. The methods introduced in this Dissertation can easily be transferred to regions facing comparable land use situations, as InVEST and a large amount of the utilized spatial datasets are freely available.Die vorgelegte Doktorarbeit befasst sich mit der Ausweitung von Kautschukplantagen (Hevea brasiliensis Müll. Arg.) und den daraus folgenden vielfältigen Auswirkungen auf Biodiversität und die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen (ÖSD) in einem bergigen Wassereinzugsgebiet in der Präfektur Xishuangbanna im Südwesten Chinas. In den vergangenen Jahrzehnten kam es im Untersuchungsgebiet, dem Nabanhe-Reservat, zu einer rasanten Ausweitung von Kautschukplantagen und dem Verlust weitläufiger Waldflächen und Ökosystemdienstleistungen. Aus Workshops mit regionalen Interessenvertretern entstanden drei Landnutzungsszenarien für die Zukunft des Nabanhe-Reservats (2015 2040), die sich hinsichtlich des Ausmaßes der Kautschukausweitung, verschiedener Managementoptionen und Wiederaufforstungsstrategien unterscheiden.
In der ersten Fallstudie wurde das Model InVEST (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-Offs) verwendet, um die Auswirkungen der Landnutzungsszenarien auf vier ausgewählte ÖSD zu analysieren: Sedimentretention, Wasserertrag, Habitat-Qualität und Kohlenstoffbindung. Zusätzlich wurde ein Modell zur Abschätzung potenzieller Kautschukerträge entwickelt und in ArcGIS implementiert. Weiterhin wurden verschiedene statistische Gewichtungsmethoden benutzt, um die Präferenzen dreier kontrastierender Interessengruppen (Präfektur-Administration, Touristen, Externe Bürger) in der Auswertung der ÖSD Ergebnisse miteinzubinden. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die integrierten ÖSD Indizes ohne die Einbeziehung der Interessengruppen überbewertet würden.
Die zweite Studie stellt eine neue Methode zur Identifikation potenzieller Kipp-Punkte (KP) in der Bereitstellung von ÖSD vor. Hierbei werden Zeitreihendaten von InVEST mit einem sequenziellen, datengetriebenen Algorithmus (R-Methode) kombiniert, um potenzielle KP in der Bereitstellung von ÖSD innerhalb zweier gegensätzlicher Landnutzungsszenarios abzuleiten. Die KP-Analyse umfasste hydrologische, agronomische und klimaregulierende ÖSD sowie mehrere Facetten der Artenvielfalt. Die Modellergebnisse zeigten in beiden Landnutzungsszenarien auf unterschiedlichen räumlichen Skalen Regimeverschiebungen, die auf potenzielle KP hindeuteten und aus abrupten Veränderungen der Kautschukerträge hervorgingen. Verbesserungen in der Bereitstellung von ÖSD können mit Hilfe von gut geplanten Landnutzungsstrategien auf der Skalenebene von Wassereinzugsgebieten erreicht werden. Potenzielle Trade-Offs auf kleineren Skalenebenen sollten jedoch auch beachtet werden.
Die dritte Studie befasste sich mit der Modellierung hydrologischer ÖSD (Wasserertrag und Sedimentretention) im Nabanhe-Reservat unter verschiedenen Landnutzungs- und Klimawandelszenarien, um zu beurteilen, wie beide Faktoren die Bereitstellung dieser ÖSD beeinflussen. Drei Landnutzungsszenarien wurden in Kombination mit mehreren Klimawandel-Szenarien mit Hilfe von InVEST analysiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Auswirkungen von Landnutzungs- und Landmanagemententscheidungen auf den Wasserertrag im Nabanhe-Reservat relativ gering sind (ein Unterschied von 4% im Wasserertrag zwischen den Landnutzungsszenarien), insbesondere wenn man sie mit den Auswirkungen des bevorstehenden Klimawandels vergleicht (eine 15% Zunahme oder 13% Abnahme des Wasserertrags verglichen mit dem Baseline-Klima). Sedimentexportwerte reagierten sensitiver auf Landnutzungsänderungen (15% Zunahme oder 64% Abnahme) im Vergleich zu den Auswirkungen des Klimawandels (bis zu 10% Zunahme). Die Studie kommt zu dem Schluss, dass sich in Zukunft besonders trockene Jahre stärker auf den Wasserhaushalt im Nabanhe-Reservat auswirken könnten, da die höhere potenzielle Evapotranspiration die Wahrscheinlichkeit für Zeiten der Wasserknappheit erhört, was insbesondere in der Trockenzeit eintreten könnte.
Zusammenfassend zeigten die Studien nachteilige Folgen der Kautschukausweitung in Bezug auf alle betrachteten ÖSD mit Ausnahme der Kautschukerträge. Auf Landschaftsebene ist die zusätzliche Ausweitung von Kautschukflächen nicht die beste Option im Hinblick auf die integrierte ÖSD Bereitstellung. Alternativen der Landnutzungsplanung, wie z.B. die Kautschukausweitung auf geeignete Flächen zu beschränken und andere Flächen wieder aufzuforsten, können genutzt werden, um wichtige Umweltfunktionen zu erhalten. Politische Regelungen auf lokaler Ebene haben das Potenzial den typischen Zielkonflikt zwischen landwirtschaftlicher Intensivierung und Umweltschutz zu mildern, sofern sie mit räumlich expliziter Modellierung und dem Feedback von Interessengruppen ausgewertet werden. Die Umsetzung solcher Regelungen könnte jedoch eine beträchtliche Herausforderung darstellen. Die in dieser Dissertation vorgestellten Methoden können leicht auf Regionen mit vergleichbaren Landnutzungssituationen übertragen werden, da sowohl InVEST als auch der Großteil der verwendeten räumlichen Datensätze frei verfügbar sind
Managing trees on arable land
Get PDFThe cultivation of several plant species on the same area of land, at the same time, is called Agroforestry (AFS). In the less developed countries and the countries of the tropics and subtropics, AFS are the main form of land management. Reasons can be found in the low degree of mechanization and the low costs of labor. AFS used to be widespread in the industrial nations, too. Over the years, however, these traditional forms have been converted into highly efficient agricultural sites. Agricultural and forest production has been separated spatially. In Germany, this was mainly due to land consolidation, which resulted in large, uniform, and easy-to-farm fields. In recent years, however, this situation has been reconsidered. The positive environmental benefits and the aspect of biodiversity protection of agroforestry systems have been recognized. There are numerous ecological, economic, and social aspects, which make agroforestry attractive again. However, a competitive situation always arises when plants are cultivated together. In addition, there are multiple forms of AFS. Special attention must be paid to the planting of the woody, perennial component, as it remains on the field for several years.
Against this background, this thesis deals with the possibilities of establishing the wood component in an AFS as a short rotation strip. Combinations of different tillage and weed management practices on willow growth and yield were tested. Furthermore, the influence of shade, which is listed as one of the three main influencing factors in AFS, is discussed. Agricultural crops behave differently, on shade casts by the woody component on the understory crop, depending on their need for light. To test this, maize was used as a shade-intolerant C4 plant, which reaches its light saturation close to maximum solar irradiance. In contrast, potato was tested as a more shade-tolerant C3 plant. Observations on growth, yield and quality should provide information on their suitability for cultivation under shady conditions in AFS.
Various hypotheses were developed and examined for the purpose of testing. In the following, the most central research results will be briefly outlined.
When establishing a short rotation coppice with willows, an adequate combination of soil tillage and weed management showed to be important for high yields, whereas the necessary weed management depends on the used soil tillage. Until today, there are no other recommendations for the establishment of a willow short-rotation coppice except ploughing in autumn, harrowing in spring and broad herbicide application. In the current discourse on biodiversity improvement and climate change, forms of reduced tillage (chisel plough + ley crop, no-till) with adapted herbicide-saving weed control (e.g. chemical treatment within the rows and mechanical treatment between the rows, or only mechanical weed control), were tested as alternatives that ensure successful SRC growth and, as a result, high yields while saving pesticides and fossil energy.
When grown together, trees will shade the under-story agricultural crops. Some crops can deal better with this light reduction than others. Maize (Zea mays L.), as a plant with a high light saturation point, is already negatively influenced in its growth, the biomass, biogas, and methane yield, as well as the quality determining compounds (dry matter content, crude protein, crude ash) by low amounts of shade. While potatoes (Solanum tuberosum L.), known as shade-tolerant plants, can produce yields and qualities comparable to those of unshaded plants with lower levels of solar irradiance (caused by shading).
It could be shown that it is possible to make a valuable contribution to biodiversity with AFS. By using adapted combinations of soil tillage and weed management systems, fossil fuels can be saved through reduced tillage. The use of chemical plant protection in the tree strips can be reduced by the sole application within the SRC strips or avoided altogether by mechanical weed control. In high-valuable timber systems there is usually no weed management necessary. Additionally, the trees strips offer a habitat and food basis for small vertebrates and some arthropods (hymenoptera, coleoptera, lepidoptera and diptera). The permanent planting of the strips reduces greenhouse gases and thus counteracts climate change. Influences of shade on crop yield and quality was only proven for plant-specific shade levels. In such AFS, the influence of shade usually only occurs in later tree ages (and crown thickness). Therefore, AFS are a valuable form of land management to reduce current environmental problems on a national and global scale, while adequate yields can be achieved at the same time.Der gemeinsame Anbau von mehreren Kulturen auf ein und derselben Fläche zur selben Zeit wird als Agroforstsystem (AFS) bezeichnet. In den weniger entwickelten Ländern und Ländern der Tropen und Subtropen sind AFS die hauptsächliche Form der Landbewirtschaftung. Dies geht auf den geringen Mechanisierungsgrad und kostengünstige Arbeitskräfte zurück. In den Industrienationen waren AFS früher ebenfalls weitverbreitet. Allerdings wurden diese traditionellen Formen über die Jahre in hocheffiziente Formen der Landbewirtschaftung überführt. Die landwirtschaftliche und die forstwirtschaftliche Produktion wurden räumlich getrennt. Dies geschah in Deutschland überwiegend durch die Flurbereinigung, bei der große, uniforme und einfach zu bewirtschaftende Schläge entstanden. In den letzten Jahren ist es allerdings zu einem Umdenken gekommen. Der positive Nutzen von AFS für die Umwelt und den Schutz der Biodiversität wurde nachweislich anerkannt. Es gibt zahlreiche ökologische, ökonomische und soziale Aspekte, die Agroforst wieder attraktiv machen. Allerdings entsteht immer eine Konkurrenzsituation, wenn Pflanzen gemeinsam angebaut werden. Zudem gibt es eine mannigfaltige Form an Ausprägungen von AFS. Der Anlage der verholzenden, mehrjährigen Komponente gilt ein besonderes Augenmerk, da diese einmal etabliert, für mehrere Jahre auf der Fläche verbleibt.
Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich diese Arbeit mit den Möglichkeiten der Etablierung der Holzkomponente als Kurzumtriebsstreifen in einem AFS. Behandelt werden dafür Kombinationen aus verschiedene Bodenbearbeitungs- und Unkrautmaßnahmen auf Wachstum und Ertrag von Weiden. Des Weiteren wird der Einfluss von Schatten untersucht, der als einer der drei Haupteinflussfaktoren in AFS gelistet wird. Landwirtschaftliche Kulturen reagieren, je nach ihrem Lichtbedarf, unterschiedlich auf Schatten, den die verholzende Komponente auf die unterwüchsige Kultur wirft. Um dies zu testen wurde Mais als schattenintolerante C4-Pflanze getestet, die ihre Lichtsättigung nahe der maximalen Einstrahlung erreicht. Dem gegenüber wurde die Kartoffel als eine schattentolerantere C3-Pflanze untersucht. Beobachtungen an Wachstum, Ertrag und der Qualität der Inhaltsstoffe sollen Auskunft über deren Eignung zum Anbau unter den schattigen Bedingungen in AFS geben.
Zur Überprüfung wurden verschiedene Hypothesen aufgestellt und untersucht. Im Folgenden soll kurz auf die zentralsten Forschungsergebnisse eingegangen werden.
Wenn eine Kurzumtriebsplantage mit Weiden etabliert werden soll, ist eine angepasste Kombination aus Bodenbearbeitung und Unkrautkontrolle wichtig für hohe Erträge, wobei die nötige Unkrautkontrolle auf die Bodenbearbeitung abgestimmt sein muss. Bisher gibt es keine anderen Empfehlungen, wie das herkömmliche Etablierungsverfahren aus pflügen, eggen und einer flächigen Herbizidapplikation. In der derzeitigen Diskussion über die Steigerung der biologischen Vielfalt und Eindämmung des Klimawandels, wurde die Eignung reduzierter Formen der Bodenbearbeitung (Grubber + Untersaat, No-Till) mit angepasstem, reduziertem Herbizideinsatz (z.B. chemische Behandlung in den Reihen und mechanische Behandlung zwischen den Reihen, sowie rein mechanische Bekämpfung) auf das erfolgreiche Wachstum von Weiden-KUP und den damit verbundenen Erträgen getestet.
Wenn Bäume und landwirtschaftliche Kulturen gleichzeitig angebaut werden, beschatten die Bäume die unterwüchsigen Kulturen. Mais (Zea mays L.) als Pflanze mit einem hohen Lichtsättigungspunkt wird bereits durch geringen Schatten in ihrem Wachstum, dem Biomasse-, Biogas- und Methanertrag sowie den qualitätsbestimmenden Inhaltsstoffen negativ beeinflusst. Während Kartoffeln (Solanum tuberosum L.), die als schattentolerante Pflanzen bekannt sind, in der Lage sind mit geringeren Einstrahlungsmengen, hervorgerufen durch Beschattung, vergleichbare Erträge und Qualitäten zu erzeugen, wie unbeschattete Pflanzen.
Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist mit AFS einen Beitrag zur Biodiversitätssteigerung zu schaffen. Durch den Einsatz aufeinander abgestimmter Bodenbearbeitungs- und Unkrautregulierungssystemen können fossile Kraftstoffe im Falle von reduzierter Bodenbearbeitungen eingespart werden. Die Ausbringung von Herbiziden in den Baumstreifen kann durch die alleinige Applikation in den Setzlingsreihen reduziert oder durch rein mechanische Alternativen ganz vermieden werden. In Wertholzstreifen erfolgt im Normalfall keine chemische Unkrautregulierung. Zusätzlich bieten die Baumstreifen Habitate und Nahrungsgrundlagen für kleine Wirbeltiere und zahlreiche Arthropodenklassen (Hymenoptera, Coleoptera, Lepidoptera und Diptera). Die dauerhafte Bepflanzung der Baumstreifen ermöglicht die Reduzierung von Klimagasen und kann so dem Klimawandel entgegenwirken. Erst ab einer pflanzenspezifischen Höhe der Beschattung treten Veränderungen der Ernteerträge und -qualitäten der landwirtschaftlichen Kulturen ein. In AFS tritt dieser Einfluss zudem auch erst mit vorangeschrittenem Baumalter (und Kronenvolumen) ein. Deshalb sind AFS eine wertvolle Form der Landbewirtschaftung, um die derzeitigen Umweltprobleme sowohl auf nationaler als auch auf globaler Ebene zu reduzieren, während gleichzeitig angemessene Erträge erzielt werden können
The effect of central counterparties on counterparty risk, liquidity and systemic risk of Over-the-Counter markets
Get PDFThe introduction of central clearing on formerly bilaterally cleared derivatives markets has been one of the biggest changes in the landscape of financial markets during the last decade. The studies in this thesis examine this landmark in financial markets regulation by analyzing its effect on three relevant areas of financial market stability: counterparty risk, market liquidity and systemic risk. The studies in this dissertation examine the effect of central clearing on these three areas empirically on the market for Credit Default Swaps (CDS) by using data from the Depository Trust & Clearing Corporation (DTCC). The results show that the option to clear trades with an arguably very creditworthy Central Clearing Counterparty (CCP) leads to varying effects depending on the risk profile of the CDS contracts. In chapter 2, we show that the introduction of central clearing decreases the netting efficiency of CDS contracts and leads to a higher fragmentation of CDS positions. This negative effect is concentrated in CDS contracts that were relatively efficiently netted in bilateral markets. The netting efficiency of ex-ante less efficiently netted CDS contracts, however, is not decreased by the introduction of central clearing. In chapter 3, I use a regression discontinuity design to show that central clearing affects market liquidity of CDS contracts positively. This effect, however, is concentrated in CDS contracts with high fundamental risk and high liquidity risk. Furthermore, I show that the positive liquidity effect can be explained by a lower sensitivity of market liquidity to counterparty risk and lower regulatory costs. In chapter 4, we use different time series techniques in order to show that the default dependencies among the dominant CDS market participants decrease with the introduction of central clearing. All in all, the results show the potentially stabilizing effect of CCPs on the financial market architecture of derivatives markets. However, this effect depends on the contracts that are made eligible for central clearing by CCPs. High-risk contracts exhibit by far the highest benefits from the central clearing option. For CCPs, however, low-risk contracts of high liquidity and high trading volumes may be most attractive to make eligible for central clearing as they maximize revenues and minimize risk management costs. This shows the conflict between regulators and regulated entities and the necessity of bespoke financial markets regulation.Die Einführung des zentralen Clearings auf früher bilateral geclearten Derivatemärkten war eine der größten Veränderungen der Finanzmarktarchitektur in der letzten Dekade. Die Kapitel dieser Dissertation untersuchen den Effekt dieses Meilensteins der Finanzmarktregulierung auf drei relevante Teilbereiche von Finanzmarktstabilität: Kontrahentenrisiko, Marktliquidität und systemisches Risiko. Die vorliegende Dissertation untersucht die Einführung des zentralen Clearings empirisch auf dem Markt für Credit Default Swaps unter Verwendung von Daten der Depository Trust & Clearing Corporation (DTCC). Die Ergebnisse zeigen, dass die Option der Handelsabwicklung mit einer sehr solventen Central Clearing Counterparty (CCP) zu unterschiedlichen Effekten je nach Risikoprofil der CDS-Kontrakte führt. In Kapitel 2 zeigen wir, dass die Nettingeffizienz von CDS-Kontrakten durch Einführung des zentralen Clearings abnimmt und somit zu einer höheren Fragmentierung der Handelspositionen auf dem CDS-Markt führt. Dieser negative Effekt konzentriert sich jedoch in CDS-Kontrakten, die auf dem bilateralen Markt relativ effizient saldiert wurden, während die Nettingeffizienz von ex-ante weniger effizient saldierten Kontrakte keine Reduktion der Nettingeffizienz erfährt. In Kapitel 3 zeige ich mithilfe einer Regressionsdiskontinuitätsanalyse, dass das zentrale Clearing die Marktliquidität von Kontrakten insgesamt positiv beeinflusst. Dieser Effekt konzentriert sich jedoch in Kontrakten, die vor Einführung einer CCP eine geringe Liquidität und ein hohes Fundamentalrisiko aufwiesen. Zudem zeige ich, dass der positive Liquiditätseffekt durch eine geringere Rolle des Kontrahentenrisikos und geringere regulatorische Kosten erklärt werden kann. Im vierten Kapitel der Arbeit zeigen wir mithilfe unterschiedlicher Zeitreihenanalysen, dass sich die Abhängigkeiten der Ausfallwahrscheinlichkeiten der dominanten CDS-Marktteilnehmer mit Einführung des zentralen Clearings moderat verringern. In der Gesamtschau zeigen die Ergebnisse eine potentiell stabilisierende Wirkung von CCPs für die Finanzmarktarchitektur von Derivatemärkten. Diese Wirkung hängt jedoch davon ab, welche Kontrakte von der CCP zum zentralen Clearing zugelassen werden. Risikoreiche Kontrakte profitieren besonders von der Möglichkeit des zentralen Clearings. Für CCPs sind jedoch insbesondere risikoarme, liquide Kontrakte mit hohen Handelsvolumina attraktiv, da diese den eigenen Umsatz maximieren bei geringeren Kosten für das Risikomanagement. Dies zeigt eindrücklich den Konflikt zwischen Regulatoren und Regulierten sowie die Notwendigkeit maßgeschneiderter Finanzmarktregulierung