Research on Smallholder Farming Systems in the Digital AgeA Smartphone App to Study the Social Effects of Mechanisation in Zambia

Thomas DaumInstitute of Agricultural Science in the Tropics (Hans-Ruthenberg-Institute)

men & women (& children) have different workloads & duties

• based on crops & tasks• land clearing & ploughing

often by men• weeding, processing &

marketing by women (Bardasi &

Wodon, 2008)

women considered time poor (Bardasi &

Wodon, 2008)

policies & new technologies “target” different crops & tasks

development strategies which overlook dynamics can fail or have negative effects 2

Gendered Agriculture

Mechanization

Stagnating labor productivity (Incomes)

Seasonal labor shortages

Sustainable Intensification

Mechanization neglected but new focus

State-led & market-led

Change in productivity from 1961- 2013 (Pardey, 2015) 3

4

Renewed Focus on

Mechanization

intra-household effects ambiguous

potential positive effects • land ↑ + yield ↑ income ↑• labor ↓ required food ↓

potential negative effects• land ↑ labor for non-

mechanized activities (e.g., weeding & harvesting), carried by women and children ↑ households & children’s nutrition ↓

analyses requires collection of time use & nutrition data from different household members over entire season

5

household survey: large recall & social desirability biases

diaries: burdensome & difficult when respondents are illiterate / lack modern concept of time

direct observations: expensive & presence of researchers may effect behaviors

similar challenges for nutrition data collection

lack of reliable time use and nutrition data difficult to prioritize, design and evaluate development strategies

Challenges of conventional

methods

Time and Agricultural

Development

Neolithic Revolution• time hunting-gathering >

time cultivation & animal husbandry

Boserup• slash-burn annual

cultivation• increasing land

productivity at the expense of declining labour productivity

• tasks for weeding, fertilizer application & irrigation

5

Picture Sources: libcom.org and

study.com

7

mobile phones are spreading

surge of mobile tools to access agriculture, health, education & finance services

rise of smartphones new possibilities for using applications & visual tools

Can this be utilized by researchers to better understand complex smallholder farming systems?

ICTs

8

respondents record time use & nutrition data in real-time based on visuals

avoid recall biases reasonable sample size illiterate people can use appmore precise than time use

diaries not directly observed by a

researcher

offline (data transfer via laptop) smartphone are blocked battery-life: up to five days

Smartphone App

9

Study Site – Eastern Province

Source: wikipedia.org/wiki/Provinces_of_Zambia

average land cultivated: 2.3 ha (IAPRI, 2016)

maize, cotton, sunflower, groundnuts, tobacco

short-fallow & annual cultivation (Keil et al., 2005)

31 persons/km2 (Census, 2010)

85% of rains within 4 months (Keil et al., 2005)

1 % use mechanical power & 57 % use animal traction - at least for some operations (IAPRI, 2016)

low access to inputs (herbicides, improved seeds) except fertilizers (IAPRI, 2016)

low land- and labour-productivity

10

Sampling

two-stage-random-sampling based on population of Rural Agricultural Livelihood Survey (2014/2015)

62 households: 20 manual, 20 animal & 22 mechanical traction

• head, spouse & one child (alternating between boys & girls)

• trained & used app for one afternoon to practice • three days at five points of 2016/2017 farming

season• to avoid selection biases, respondents were

borrowed smartphones

186 respondents (2790 days)

Overall Time Use

Patterns

• 1. Phase: Land Preparation

• 2. Phase: Land Preparation, Planting,

Weeding

• 3. Phase: Fertilization, Weeding

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Social Life 146 136 223 228 200 222 278 233 259 *** *

Personal Care 782 749 744 790 719 728 734 779 728Construction 50 5 5 36 5 3 34 0 2 ***

Household 19 218 156 7 290 125 25 253 152 *** *

Care 7 33 23 5 109 7 4 86 19 ***

Education 0 0 70 0 0 103 4 0 65 ***

Mob. /Trans. 142 108 131 186 83 147 184 89 132 ***

Community 1 7 0 0 10 1 1 13 2 *

Meeting 15 7 3 17 10 3 26 31 7 * **

Farm 190 176 85 161 113 70 103 67 78 *** *** *

Exp. Farm 98 24 15 85 10 54 74 15 29 ***

Off Farm 0 0 0 6 8 0 30 36 0 **

Total Time Use (TU) Land

Preparation

Farm TU Land Preparation

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Processing 16 29 13 0 33 2 9 21 15 ***

Harvesting 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Irrigation 0 0 0 4 3 2 2 0 1 *

Crop-Guarding 0 0 6 3 0 1 0 0 1Weeding 0 0 3 7 0 0 7 0 0

Fertilization 4 0 0 1 0 0 0 7 6

Planting 26 27 18 27 30 14 18 23 22

Farm 190 176 85 161 113 70 103 67 78 *** *** *

Land Clearing 43 7 0 11 3 11 6 3 12 ** ***

Land Prep. 98 113 46 108 43 40 59 15 20 *** *** **

Changes TU

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3

Farm

Exp. Farm

Off Farm

Meeting

Community

Mob. + Transp.

Education

Care

Household

Construction

Personal Care

Social Life

73 73 85 93 106 145 93 124 78

-64 -14 -15 -21 -3 -17 -12 -4 4

0 0 0 -6 -8 0 -30 -4 0

-14 -7 -1 -17 -10 -3 -25 -31 -7

4 -2 2 27 -2 3 29 -7 0

25 41 -2 31 20 41 11 16 -14

0 0 -70 0 0 -100 -4 0 -63

-7 -2 20 -2 -31 -1 -2 -79 -2

-7 -22 -5 0 -76 -40 -9 -53 -30

-35 -5 -5 -32 -3 -3 -34 0 -1

-11 -28 45 -49 24 -19 6 5 61

42 -20 -44 -60 -34 41 -7 -73 3

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Social Life 188 115 180 167 166 263 271 160 261 ** ***

Personal Care 772 721 789 741 744 709 740 784 789 *

Construction 15 0 0 5 2 0 0 0 1 *

Household 12 196 151 7 214 85 16 200 122 ***

Care 0 31 43 3 78 5 2 7 17 * *** ***

Education 0 0 0 0 0 3 0 0 2 **

Mob. /Trans. 168 148 130 217 103 188 196 105 117 *** **

Meeting 5 6 2 27 9 4 31 6 2 ***

Community 1 0 2 0 0 0 1 0 0

Farm 263 249 170 255 219 215 196 191 157 ** **

Exp. Farm 35 9 1 64 7 37 62 11 33 * ***

Off Farm 0 0 0 0 0 0 0 32 0 * * **

Total TU Land Prep. / Planting

/ Weeding

Farm TU Land Prep. / Plant. /

Weeding

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Processing 1 5 2 1 19 5 2 14 9 *

Harvesting 0 0 0 0 4 0 0 0 0

Irrigation 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Crop-Guarding 3 0 2 1 1 2 1 0 1Weeding 135 156 125 118 112 100 64 102 87 **

Fertilization 8 2 1 21 9 7 17 14 1

Planting 35 33 10 28 59 39 28 50 39

Farm 263 249 170 255 219 215 196 191 157 ** **

Land Clearing 12 2 0 11 0 1 0 0 0 *

Land Prep. 69 51 30 74 14 62 83 12 19 *** *

Changes TU

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3

Farm

Exp. Farm

Off Farm

Meeting

Community

Mob. + Transp.

Education

Care

Household

Construction

Personal Care

Social Life

33 32 92 -25 16 38 10 11 30

6 2 23 2 0 -24 26 19 -11

0 0 0 14 0 0 1 -9 0

-1 -4 -2 -21 -8 -4 -22 -6 0

1 5 -1 4 0 0 -1 0 0

-49 -40 -8 4 -1 -56 28 5 40

0 0 1 0 0 4 0 0 -1

2 1 5 2 24 12 2 11 -8

6 -4 -25 0 24 28 2 -24 -3

-11 0 0 -5 -2 0 0 0 -1

65 57 0 26 -14 73 36 3 28

-18 -32 -36 20 -36 -36 -64 4 -49

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Social Life 170 83 144 187 130 227 207 164 212 ** ***

Personal Care 836 778 789 767 730 782 776 786 817 *

Construction 4 0 0 0 0 0 0 0 0 *

Household 19 192 126 8 238 112 17 177 119 *** *

Care 2 32 48 4 102 17 4 18 9 ** *** ***

Education 0 0 1 0 0 7 0 1 1 *

Mob. /Trans. 119 108 122 221 102 132 224 109 158 *** *** **

Community 2 5 0 5 0 1 0 0 0

Meeting 4 2 0 6 1 0 9 0 2 **

Farm 296 281 262 230 235 253 206 202 187 ***

Exp. Farm 41 11 24 66 7 12 88 30 23 ***

Off Farm 0 0 0 14 0 0 1 23 0 **

Total TU Fertilization / Weeding

Farm TU Fertilization / Weeding

Activity G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Processing 0 8 6 2 15 5 1 15 3 **

Harvesting 0 2 0 0 0 0 0 0 0

Irrigation 0 0 2 0 0 0 0 0 0

Crop-Guarding 2 0 0 0 0 0 0 0 10 *

Weeding 234 224 219 147 158 172 120 151 120 ***

Fertilization 22 9 10 40 39 25 25 14 10 *

Planting 10 12 8 4 20 11 10 14 13

Farm 296 281 262 230 235 253 206 202 187 ***

Land Clearing 14 0 4 2 0 4 2 0 0

Land Prep. 14 25 13 35 3 35 49 9 31 *

Overall Time Use

Patterns – Key

Findings

• men: construction,

transport./mobility,

social life & personal

care

• women: household &

care

• farming gendered but

not strongly

• role of children

• time-buffers

Overall Time Use

Patterns – Key

Findings

• mechanized

households spend less

time farming

• … and more on

extended farming,

transport/mobility, &

social life (also

women)

• mechanization seems

to reduce workload for

women & children

Overall Nutrition

Patterns

• 1. Phase: Land Preparation

• 2. Phase: Land Preparation,

Planting, Weeding

• 3. Phase: Fertilization, Weeding

Daily Nutrition Land Preparation

Food Group G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Cereals 1,8 1,9 2,0 2,0 2,0 2,1 1,8 2,1 2,0Vegetables 1,6 1,6 1,7 1,7 1,7 1,6 1,6 1,7 1,6Roots/tubers 0 0,1 0 0 0 0,1 0,1 0,1 0,1 *

Fruits 0,3 0,3 0,3 0,6 0,7 0,6 0,5 0,4 0,6 ***

Meats 0,3 0,2 0,2 0,4 0,3 0,4 0,6 0,5 0,6 ***

Eggs 0,3 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4Fish/seafood 0,3 0,2 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,3Pulses/legumes/nuts 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2Milk products 0 0 0,1 0,2 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 ***

Oils/fats 0,2 0,2 0,2 0,3 0,4 0,4 0,5 0,4 0,5 ***

Sugar/honey 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,2 0,2Condiments 0,1 0,1 0 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 *

DD Score 3,2 3,4 3,6 4,3 4,0 4,2 4,4 4,3 4,4 ***

Portion Sum 1,1 1,2 1,4 1,4 1,5 1,6 1,4 1,6 1,6 *** *

Changes Daily Nutrition

Food Group G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3

Cereals

Vegetables

Roots/tubers

Fruits

Meats

Eggs

Fish/seafood

Pulses/legumes/nuts

Milk products

Oils/fats

Sugar/honey

Condiments

DD Score

Portion Sum

-0,1 0,0 -0,1 -0,5 -0,3 -0,3 -0,1 -0,2 -0,3

-0,1 -0,1 -0,2 -0,3 -0,2 -0,1 -0,1 -0,3 -0,2

0,1 0,0 0,0 0,3 0,3 0,2 0,0 0,1 0,0

0,0 -0,1 -0,1 0,1 -0,1 0,1 -0,1 -0,1 -0,2

-0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

0,0 0,0 0,1 -0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2

-0,1 0,0 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 0,0 0,0 0,0

-0,1 -0,1 -0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -0,1 -0,1

-0,1 0,0 -0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 0,1 0,0

-0,1 -0,1 0,0 -0,1 0,0 -0,1 0,0 0,0 0,0

0,0 0,0 0,1 -0,1 0,0 -0,1 0,0 0,0 0,0

-0,3 -0,3 -0,5 -0,3 0,2 0,1 -0,1 0,0 0,0

0,0 0,0 -0,2 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,2 -0,1

Daily Nutrition Land Prep. /

Plant. / Weeding

Food Group G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Cereals 1,8 1,9 1,8 1,5 1,7 1,8 1,7 1,9 1,7Vegetables 1,5 1,6 1,5 1,4 1,5 1,5 1,4 1,5 1,4Roots/tubers 0,1 0,1 0 0,3 0,3 0,3 0,1 0,1 0,1 ***

Fruits 0,2 0,2 0,2 0,7 0,6 0,6 0,3 0,3 0,4 ***

Meats 0,2 0,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,7 0,6 0,7 ***

Eggs 0,3 0,3 0,4 0,3 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 *

Fish/seafood 0,1 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2Pulses/legumes/nuts 0 0 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 ***

Milk products 0 0,1 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1Oils/fats 0,2 0,2 0,2 0,4 0,5 0,5 0,5 0,6 0,4 ***

Sugar/honey 0 0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 **

Condiments 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1DD Score 3,0 3,1 3,0 4,0 4,2 4,3 4,2 4,3 4,4 ***

Portion Sum 1,1 1,2 1,2 1,3 1,4 1,5 1,3 1,4 1,5 *** *

Changes Daily Nutrition

Food Group G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3

Cereals

Vegetables

Roots/tubers

Fruits

Meats

Eggs

Fish/seafood

Pulses/legumes/nuts

Milk products

Oils/fats

Sugar/honey

Condiments

DD Score

Portion Sum

0,1 0,0 0,3 0,3 0,3 0,2 0,0 -0,2 0,1

0,0 0,0 0,2 0,0 0,1 0,1 0,0 -0,2 0,0

0,0 -0,1 0,0 -0,2 -0,2 -0,2 0,0 -0,1 0,0

0,0 0,0 0,1 -0,4 -0,3 -0,4 0,0 0,0 0,1

0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 -0,1 -0,2 -0,1

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 -0,2 -0,1 -0,1 -0,2

0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 0,0 0,1 0,1 0,0

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 0,1

0,1 0,0 0,0 -0,1 0,0 -0,1 0,0 0,0 0,0

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0 0,2

0,1 0,0 -0,1 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

-0,1 0,0 -0,1 0,0 0,0 0,0 0,1 0,0 0,1

0,1 0,1 0,2 0,1 -0,2 -0,4 0,2 -0,2 0,0

-0,1 -0,1 0,0 0,1 0,0 0,0 0,1 -0,2 -0,1

Daily Nutrition Fertilization /

Weeding

Food Group G1 G2 G3 G1 G2 G3 G1 G2 G3 P-Sg. G-Sg. PG-Sg.

P

Cereals 1,9 1,9 2,1 1,8 2,0 2,0 1,7 1,7 1,8 *

Vegetables 1,5 1,5 1,7 1,4 1,5 1,5 1,4 1,3 1,4 *

Roots/tubers 0 0 0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 ***

Fruits 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4Meats 0,2 0,2 0,2 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,5 ***

Eggs 0,2 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,3 0,4 0,3Fish/seafood 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,3 0,3Pulses/legumes/nuts 0,1 0,1 0,1 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,3 **

Milk products 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2Oils/fats 0,2 0,3 0,3 0,6 0,5 0,5 0,6 0,6 0,6 ***

Sugar/honey 0,1 0,1 0 0,1 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1Condiments 0 0,1 0 0,1 0 0,1 0,2 0,1 0,2 ***

DD Score 3,0 3,2 3,2 4,1 4,0 4,0 4,4 4,1 4,4 ***

Portion Sum 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,3 1,3 1,4 ***

• mechanized

households record

higher food portions

(although less heavy

physical work)

• mechanized

households have

higher dietary diversity

Overall Nutrition

Patterns – Key

Findings

Illustration-Sets

• adaptoble to other settings (e.g. farm systems, pastoralism, urban areas)

• zoom-in to certain activities (e.g. livestock)

„Plug-Ins“ (such as nutrition)

• extension service

• feeding of animals (quantity & types of fodder)

• sowing, fertilizer & herbicides application

29

Options for Intra-disciplinary

research

Pictures

• e.g. of pests plant production

Equipped-In Sensors

• position

• migration patterns

• social and economic reach

• measuring plot-sizes (prepared, sown,

harvested etc.)

• motion

• environmental

• links with humidity, rainfall optimal

sowing dates, application of fertilizer etc.

External Sensors

30

Options for Intra-disciplinary

research

well designed apps can serve as a reliable, affordable & participatory tool for

collection of different types of data…

…. that might be otherwise difficult to obtain

wide & untapped potential for further transdisciplinary uses

promising example of new approach for research on agricultural systems in the

digital age

31

Conclusion

Agricultural mechanization

and time use

A smartphone app study in Zambia Thank you!