Global and experimental evidence on the adoption of innovations and robotics for sustainable crop production

Abstract

Agricultural innovations in general and smart farming technologies (SFT) in particular, can mitigate the negative environmental impacts and risk inherent to modern agricultural practices while increasing productivity and precision thereof. Clearly, understanding what drives their adoption and why farmers are still hesitant to venture into the field of smart and autonomous farming technologies is pivotal for technology producers, agricultural economists and political stakeholders alike to unfold the full potential of these sustainable innovations.<br /> The present dissertation studies the adoption of agricultural innovations from different vantage points. First, we systematically identify and organize quantitative agricultural innovation adoption literature in a sizable global evidence map to learn about the statistical relevance of frequently and less frequently investigated farm-level adoption determinants and to propose future avenues of research. Second, in a framed lab-in-the-field experiment with German crop farmers we delve deeper into their attitudinal dispositions toward SFT, and we test whether a set of hypothetical policy scenarios has a positive effect on farmers’ intention to use more SFT in the future. Third, we replicate the above experiment with agricultural students to get a better understanding of an unexpected behavioral pattern observed in the farmer sample and to derive a statement regarding potential subject pool effects in agricultural policy evaluation studies. Fourth and last, we draw on a psychological framework—the Theory of Planned Behavior (TPB)—to extend our knowledge regarding likely behavioral antecedents of farmers’ intention to use spot spraying for herbicide-reduced weed control on their own farms.<br /> While frequently investigated structural and sociodemographic variables are found statistically insignificant in a vast majority of studies investigating adoption across the globe, less frequent variables pertaining to farmers’ behavior, attitudes and their embeddedness in their social and professional environment bear statistical relevance for adoption relatively more often. This is complemented by the findings of both the experimental and the TPB approaches. In particular, farmers’ pro-environmental attitude and innovativeness are found to be strong predictors of their intended SFT adoption. In addition, social and moral norms to tend to the environment render themselves relevant antecedents of farmers intention to conduct weed management via spot spraying technology on their own fields within the next five years. By contrast, neither of the investigated policy scenarios yield the expected effects on SFT adoption intention. Promisingly, however, both their magnitude and direction of effect are in line with theoretical predictions. We can further show a marked discrepancy between the results derived from the farmers and students, respectively, which casts doubt on the adequacy of using agricultural students as substitutes for farmers in agricultural policy evaluation experiments.<br /> The methodological and theoretical contributions alongside the insights derived in this dissertation emphasize the relevance of behavioral determinants to inform future research endeavors and enable context-specific agricultural policies aiming at sustainable intensification of modern agriculture.

Landwirtschaftliche Innovationen im Allgemeinen und Smart Farming Technologien (SFT) im Speziellen haben das Potenzial, negative Umwelteffekte und die damit verbundenen Risiken moderner landwirtschaftlicher Praktiken zu mindern, während sie deren Produktivität und Präzision steigern. Für Technologiehersteller, Agrarökonomen und politische Interessenvertreter ist es von zentraler Bedeutung, ein umfassendes Verständnis der Treiber der Technologieannahme zu entwickeln und zu verstehen, warum Landwirte weiterhin zögern, sich mit intelligenten und autonomen Technologien zu befassen, um das volle Potenzial dieser nachhaltigen Innovationen zu entfalten.<br /> Diese Dissertation untersucht die Annahme landwirtschaftlicher Innovationen aus verschiedenen Blickwinkeln. Zunächst identifizieren und ordnen wir quantitative Literatur zur Annahme landwirtschaftlicher Innovationen systematisch in einer globalen Evidence Map von beträchtlicher Größe an, um die statistische Relevanz von häufig und weniger häufig untersuchten Determinanten der Technologieannahme zu untersuchen und um daraus Forschungsempfehlungen abzuleiten. Wir gehen dann im Rahmen eines Lab-in-the-Field Experiments genauer auf die Haltungen deutscher Ackerbauern gegenüber SFT ein und testen explizit, ob ausgewählte hypothetische Politikszenarien einen positiven Effekt auf deren zukünftige Annahmebereitschaft haben. Ferner replizieren wir dieses Experiment mit landwirtschaftlichen Studierenden, um ein unerwartetes Verhaltensmuster genauer zu untersuchen, das in obigem Experiment mit Ackerbauern entdeckt wurde. Außerdem leiten wir daraus eine Aussage über Effekte ab, die sich potenziell durch die Wahl spezifischer Teilnehmergruppen in experimentellen Stichproben erklären lassen. Zuletzt nutzen wir ein psychologisches Konzept - die Theory of Planned Behahvior (TPB) - zur Erforschung der Rolle zusätzlicher ausgewählter Verhaltensparameter hinsichtlich der Intention der Landwirte, Spot Spraying zu Herbizid reduzierter Beikrautregulierung auf ihren eigenen Feldern zu nutzen.<br /> Während wir global häufig erforschte soziodemografische und Strukturvariablen statistisch zumeist als insignifikant beobachten, finden wir, dass seltener untersuchte Variablen mit Bezug zum Verhalten von Landwirten, deren persönlichen Einstellungen und Interaktion mit ihrem sozialen und professionellen Umfeld relativ betrachtet höhere statistische Relevanz in der Annahmeforschung zu haben scheinen. Diese Erkenntnisse werden durch die Ergebnisse der experimentellen und der TPB Studie ergänzt. Im Speziellen sind die positive Umwelteinstellung und Innovationsfreude der Landwirte starke Prädikatoren ihrer SFT Annahmeintentionen. Weitere aussagekräftige Verhaltensparameter des Vorhabens, Spot Spraying auf den eigenen Feldern innerhalb der nächsten fünf Jahre zu nutzen, sind soziale Normen und Moralempfinden der Landwirte bezogen auf einen pfleglichen Umgang mit der Umwelt. Allerdings finden wir für keins der hypothetischen Politikszenarien den erwarteten statistischen Effekt, obwohl sowohl die Richtung als auch die Magnitude der Schätzer im Sinne der Hypothesen vielversprechend ausfallen. Darüber hinaus finden wir deutliche Unterschiede zwischen den Ergebnissen aus den Stichproben mit Landwirten und Studierenden, was Zweifel an der Eignung von Studierenden als Substitute für Landwirte in Experimenten bezüglich erwartbarer Effekte von Agrarpolitiken nahelegt.<br /> Neben den methodischen und theoretischen Beiträgen dieser Dissertation verdeutlichen insbesondere unsere Ergebnisse die Relevanz von Verhaltensparametern für zukünftige Forschungsbestreben sowie kontextbezogene Agrarpolitikstrategien mit dem Ziel einer nachhaltigen Intensivierung der modernen Landwirtschaft.