29
Demand for Drought Tolerance in Africa: Selection of Drought Tolerant Maize Seed using Framed Field Experiments Timothy J. Dalton Mahmud Yesuf Department of Agricultural Economics Kansas State University Manhattan, KS 66503 USA Corresponding author: [email protected] Lutta Muhammad Kenya Agricultural Research Institute Kaptagat Road Loresho, Nairobi KENYA [email protected] Selected Paper prepared for presentation at the Agricultural & Applied Economics Association’s 2011 AAEA & NAREA Joint Annual Meeting, Pittsburgh, PA July 24262011 Abstract Recent projections on the impact of climate change argue that eastern and southern Africa will be two regions around the globe that will experience dramatic reductions in maize yields by midcentury. Absent from these projections is any consideration for farmer adaptation of cropping practices or land reallocation. This research quantifies risk, loss and ambiguity aversion for a sample of smallholder Kenyan farmers using framed field experiments. This behavioral information, directly elicited, is used to condition the selection of maize varieties differentiated by drought tolerance, pest resistance, maturity, and seed price. Overall, the willingness to pay for drought tolerance and other attributes is highly heterogeneous as determined through a Latent Class modeling approach. Failing to account for farmer heterogeneity biases the potential welfare gains from this technology. Secondly, willingness to pay estimates identify segments of farmers that are seedprice sensitive and this elastic demand may limit technology purchase and the eventual impact of this adaptation strategy without seed market intervention. Copyright 2011 Dalton, Yesuf and Muhammad. All rights reserved. Readers may make verbatim copies of this document for noncommercial purposes by any means, provided that this copyright notice appears on such copies.

Demand for Drought Tolerance in Africa: of usingageconsearch.umn.edu/bitstream/103712/2/Dallton AAEA 2011...unknown technology hinders exploration, formation of subjective performance

Embed Size (px)

Citation preview

Demand for Drought Tolerance in Africa: 

 Selection of Drought Tolerant Maize Seed using Framed Field Experiments 

Timothy J. Dalton Mahmud Yesuf 

Department of Agricultural Economics Kansas State University Manhattan, KS 66503 

USA Corresponding author: [email protected] 

 Lutta Muhammad 

Kenya Agricultural Research Institute Kaptagat Road Loresho, Nairobi 

KENYA [email protected] 

 

 

Selected Paper prepared for presentation at the Agricultural & Applied Economics Association’s 2011 

AAEA & NAREA Joint Annual Meeting, Pittsburgh, PA July 24‐26‐2011 

  Abstract Recent projections on the impact of climate change argue that eastern and southern Africa will be two regions around the globe that will experience dramatic reductions in maize yields by mid‐century. Absent from these projections is any consideration for farmer adaptation of cropping practices or land reallocation. This research quantifies risk, loss and ambiguity aversion for a sample of smallholder Kenyan farmers using framed field experiments.  This behavioral information, directly elicited, is used to condition the selection of maize varieties differentiated by drought tolerance, pest resistance, maturity, and seed price.  Overall, the willingness to pay for drought tolerance and other attributes is highly heterogeneous as determined through a Latent Class modeling approach.  Failing to account for farmer heterogeneity biases the potential welfare gains from this technology.  Secondly, willingness to pay estimates identify segments of farmers that are seed‐price sensitive and this elastic demand may limit technology purchase and the eventual impact of this adaptation strategy without seed market intervention.     Copyright 2011 Dalton, Yesuf and Muhammad.  All rights reserved. Readers may make verbatim copies of this document for non‐commercial purposes by any means, provided that this copyright notice appears on such copies.   

1  

Behavioral Determinants of Adaptation to Climate Change: Selection of Drought Tolerant Seed using Framed Field Experiments in Kenya 

 Introduction 

Several fundamental questions plague ex‐ante assessment of new agricultural technologies.  At 

the core of most analyses are questions of adoption including the number of potential adopters, time 

lags from initial release to equilibrium, the area coverage of a new technology and the differential yield 

advantage between the new technology and the competitor.  Even within the adoption decision lays 

several behavioral questions that condition adoption, such as how an individual’s perception of an 

unknown technology hinders exploration, formation of subjective performance expectations or whether 

uncertainty, and the ability to bear the unknown, affects experimentation. Several influential studies 

have documented the role of farmers’ risk preferences on the adoption of new farming technologies 

(Feder, Just & Zilberman 1985).    

Behavioral determinants of new technology adoption are difficult to identify and are often 

proxied with personal, social and demographic characteristics (Binswanger, Rosenzweig 1992 [1986]).  

Until recently, few studies have attempted to identify the conditioning effect and tradeoffs associated 

with decisionmaking under risk and relate it to technology choice (Liu 2008). Framed field experiments 

and simulation of decisionmaking under risk provides an opportunity to elicit this information yet it has 

been used rarely in low income countries and even less so in Africa(Binswanger 1981, Yesuf, Bluffstone 

2009)   

The common approach to elicit individual risk preferences is to conduct a field or laboratory 

experiment in which subjects decide between a menu of alternatives with varying degree of risk or a 

single choice from a pair‐wise lottery (Binswanger 1980, Holt, Laury 2002). The design of such an 

experiment permits estimation of the curvature of the utility function, which is the sole parameter 

characterizing individual risk preference under expected utility theory. However, since Kahneman and 

Tversky’s (1979) seminal paper on prospect theory, several studies have found that prospect theory has 

2  

more predictive power than expected utility theory under some conditions (Harrison, Rutstrom 2009). In 

particular, if farmers are more sensitive to loss below a subsistence income level, the utility function of 

farmers may be reference dependent, rendering expected utility theory inadequate in explaining their 

decisions to adopt new technologies, especially where downside loss is nonnegligable.   Examples in the 

empirical literature that apply prospect theory to measure three distinct causes of risk aversion, i.e. risk 

aversion associated merely with the curvature of the utility function, risk aversion caused by aversion to 

loss, and risk aversion due to non‐linearity in probability weighting in developing countries are rare(Liu 

2008, Tanaka, Camerer & Nguyen 2010). 

Drought tolerant maize presents a novel opportunity to study the value of reducing a specific 

type of risk, in particular yield loss under water stress that occurs periodically, much in the same way 

that we might observe protection from random pest infestation developed through host plant resistance 

or genetic modification.  These technologies reduce losses only under pest or moisture stress thereby 

affecting downside yield loss that might be observed in  reduced variance or skewness of yield 

distribution.   Studies that have examined the impacts of technologies to reduce production risk, outside 

of irrigation, have found conflicting results.  For example, Bt cotton technology might be viewed as an 

insurance‐type technology against pest infestation, yet empirical analysis indicates that Bt cotton is not 

risk reducing and a “risk‐reducing, vulnerability–decreasing role to Bt technology” cannot be ascribed 

(Shankar, Thirtle 2005). The value of reducing maize yield variability has been estimated to range from 

149% to 157% of the value of increasing yield potential following a Stiglitz‐Newberry displacement 

model, but farmer behavior towards risk was assumed rather than tested (La Rovere et al. 2010). 

Recent projections on the impact of climate change argue that eastern and southern Africa will 

be two regions around the globe that will experience higher temperatures and reduced rainfall.  Climate 

change is expected to reduce maize productivity in southern Africa by 37% without crop or 

environmental adaptation before mid‐century(Schlenker, Lobell 2010, Lobell et al. 2008). In response to 

3  

this projected stressor, this research quantifies risk, loss and preferences against ambiguous information 

for a sample of smallholder African farmers using framed field choice experiments.  Behavioral 

information, directly elicited, is then used to condition choice decisions that describe the technological 

opportunity to reduce yield losses associated with drought stress.  In the following section we describe 

the empirical approach used to estimate the willingness to pay for seed that has varying levels of 

drought tolerance and other production traits.  The methods section is followed by presentation of the 

field experiments employed in data collection.  The fourth section tests hypotheses on consumer 

behavior towards improved drought tolerant maize seeds and estimates the potential for 

misspecification bias.  In addition, we identify user segments and show heterogeneous preferences for 

these traits. The final section discusses the research findings and suggests directions for future studies. 

 

Conditioning Behavior and Choice Modeling to Measure Adaptation Potential 

We combine two innovative datasets to understand the impact of behavioral conditioning on 

choice decisions for drought tolerant maize.  Both data sets were collected using framed field 

experiments in semi‐arid regions of Eastern Kenya during July 2010 following the protocol described in 

(Yesuf, Dalton 2010).   Table 1 presents a summary of the risk, loss and ambiguity aversion experiments. 

We design the experiment to estimate participants’ certainty equivalents (CEs) for three kinds of binary 

prospects: (1) risky prospects involving gains‐only, (2) gains‐and‐loss games, and (3) gains‐only games 

with ambiguous probabilities.  The first six prospects of Table 1 are risky prospects of the form p:x;y. For 

instance, prospect 1 is a risky prospect yielding the outcome 100 units with probability 90% and the 

outcome 0 with probability 10%.  The next four prospects are also risky prospects of the form P:x;y but 

they involve actual loses in case of negative outcome. For example, prospect 7 yields a positive outcome 

of 50 units with a probability of 50%, but at the same time it involves actual loss of 25 units with an 

equal probability of 50%.  

4  

The last five prospects are imprecise ambiguous prospects (with probability intervals). They give 

x with probability which can be either (p‐r) or (p+r) and y (with x<y) otherwise. Prospect 11, for instance, 

is an ambiguous prospect that gives the outcome 0 units with probability lying in the range between 0% 

and 20% and 100 otherwise. Prospect 15 gives the outcome 0 units with probability that is between 80% 

or 100% and 100 otherwise. It is noteworthy that in order to simplify matters, we fixed the width of the 

probability interval of ambiguous prospects to 20 following similar laboratory experiments1(Abdellaoui 

et al. 2010 (forthcoming), Baillon, L'Haridon & Placido 2010 (forthcoming), Baillon, Cabantous 2009).  

(Table 1 goes about here) 

 

In order to estimate the CE of each household for each prospect, we will employ a choice listing 

approach where each household will choose between a given prospect and a certain amount of money. 

We will use 10 choices for each prospect in the risk and ambiguity aversion experiment, and five to 

fifteen choices for loss aversion prospects. Overall, each player will make 145 choices (fifteen prospects 

times the number of choices). An example of a choice list for prospect 1 is presented in Table 2.  

(Table 2 goes about here)  

To test for the presence of order effects, we will administer the experiment in two different 

sequences.  For half of the respondents, the risk experiment will be administered first.  For the other 

half, the ambiguity aversion experiment will be administered first. In both cases, the loss aversion game 

will be played last. Randomization of the order would also help us to test for the presence of 

comparative ignorance in ambiguity experiment.  Fox and Tversky (1995) documented evidence of 

comparative ignorance in ambiguity aversion experiment where ambiguity aversion will be present 

                                                            1 However,  it  is  important to test the sensitivity of ambiguity aversion to changes  in the probability  interval. 

We  are  also  planning  to  conduct  this  sensitivity  using  a  small  group  of  our  sample  in  only  one  of  the 

participating countries. This type of exercise would also enable us to generate policy relevant observations on 

the role of precision of climatic information on ambiguity and technology adoption.  

5  

when subjects evaluate clear and vague prospects jointly, but it will diminish or disappear when they 

evaluate each prospect in isolation.  The elicitation process, and motivation, is described in greater 

detail in Appendix 1. 

 

The Design of the Choice Experiment 

In a choice experiment, individuals are given a hypothetical setting, and then asked to choose 

the preferred alternative, from multiple alternatives, presented as a choice set. Each alternative is 

described by a number of attributes, such as yield, maturity, seed price, insect resistance, that take 

different levels from one choice set to the next. There are two steps involved in the design of a choice 

experiment: determination of the salient attributes of interest to farming populations and the relevant 

level of attributes.  With this information, the choice experiment can be designed to maximize contrasts 

between attributes in order to insure sufficient variation among the represented composite good. 

The primary objective of our study is to determine farmer demand and willingness to pay for 

new maize varieties that are drought resistant. The most general assumptions that can be made to 

describe drought resistance are related to the distribution of the on‐farm yields and the net returns to 

the technology under alternative states of nature, namely moisture regimes.  Figure 1 presents three 

stylized cases of the performance of drought tolerant technology.  The vertical axes are the cumulative 

probability distribution of ordered outcomes, while the horizontal axis represents the outcome, either 

as yield or net returns. The outcomes reflect the ordering of rainfall from low to high. In panel (A), the 

new technology (denoted as “WEMA”) achieves higher yields in all states of nature and first order 

stochastically dominates the status quo technology.  In the lower half of the panel, the net returns from 

this technology also first order stochastically dominates such that the incremental revenue from the 

new variety exceeds the cost of the technology under all states of nature.   

6  

In panel (B) the yield benefits to the technology exceed those of the status quo technology 

under water stress, but this dominance erodes under good states of nature.  The curves coincide at 

higher levels of moisture in a scenario of “no yield penalty” under sufficient moisture conditions.  In this 

case, the technology does not unequivocally dominate the status quo in financial terms, especially if the 

cost to access the technology is nonzero.  The critical point in the profitability dominance analysis is the 

point of crossover between the two technologies and the cumulative area representing the difference 

between the two curves. Under this scenario, second order stochastic dominance would be required to 

determine technology dominance or even more restrictive third order stochastic dominance or 

stochastic dominance with respect to a function, depending upon the location of the crossover.   In 

panel (C), a conceivable tradeoff is that the new technology outperforms the status quo at lower levels 

of moisture but does not outperform the status quo at higher levels.  In this case, the better 

understanding of farmer attitudes towards risk are required since it is unlikely that second order 

stochastic dominance will be able to identify the preferred technology.   

In addition to these yield distributions describing first‐, second‐, and third‐order stochastic 

dominance of the new technology relative to the existing base technology, we capture drought escape 

though shorter‐duration varieties. Typical landraces in Kenya mature in 135‐150 days while shorter 

duration varieties mature in only 90 days.  We couple these drought‐management traits with host‐plant 

resistance to insect pests.  Finally, we vary the price of the seed consistent with observed market prices 

for landraces and hybrids.  Summary of these traits and their levels is presented in Table 3. 

(Table 3 goes about here) 

The second important step in the design of the choice experiment concern how to create the 

choice sets in an efficient way, i.e. how to combine attribute levels into profiles of alternatives and 

profiles into choice sets. The natural starting point is a full factorial design. Given our 4 attributes and 

their levels, we could form (32*22=36) possible combinations. However, it is unrealistic to expect each 

7  

respondent to respond to all of these choice sets. More importantly, some of the choice sets are 

correlated and would not be needed to generate the main preference effects. Thus, the standard 

approach is to use an orthogonal design, where the variations of the attributes of the alternatives are 

uncorrelated in all choice sets (Kuhfeld, Tobias & Garratt 1994). In order to minimize respondent fatigue, 

we reduced the number of choice sets down to nine using a fractional factorial design that maximized 

design efficiency and minimized attribute correlation, while maintaining design orthogonality.  

An example of a choice card with new varieties is presented in Figure 2 and for the default in 

Figure 3.  It consists of three alternatives, non‐branded choice “A”, non‐branded choice “B” and branded 

choice “C”.  In all choice sets, C represents the common default variety specific to the area.  In Kenya, 

the default variety is “Kikamba,” an unimproved landrace commonly sown in the area.  Choices A and 

“B” are generic new varieties developed through the technology development process.  Each card 

presents maize yield under high, average and low rainfall both graphically and numerically.  We use a 

rain gauge to denote the alternative states of nature, drawings of maize plants to denote vigor, and the 

number of 90 kilogram bags of maize for yield, numerically. 

(Figures 2 and 3 go about here) 

We denote whether the plant is insect resistant or not through the image of a maize borer 

commonly observed in eastern and southern Africa.  A line through the borer indicates that it would not 

be present if the variety was chosen.  We describe this trait as host‐plant resistance but it could be 

conferred though the introduction of a Bt trait.  The third trait of interest is the cycle length of the seed 

from planting to harvest.  Early maturity is denoted with a cycle length of 90 days against the default of 

135‐150 days.  Finally, we indicate the price of the seed package.  The unit is denoted as a  2 kg package, 

the smallest common unit of sale in Kenya.  The attribute levels are pivoted around choice C in 

recognition of the importance of relative choices, as opposed to absolute levels, as proposed in Prospect 

Theory and theories on cognitive psychology.   

8  

An example of a choice card is presented in Figure 2 and the default base option of Kikamba 

variety, is presented in Figure 3.  The choice card presented in Figure 2 represents two variations of 

drought tolerance over choice C:  choice A is a new variety with a yield distribution that first‐order 

stochastically dominates choice C, while choice B represents a new variety that second‐order 

stochastically dominates choice C.  Insect resistance, early maturity and price vary across the three 

choices as well.  Given this choice set with three alternatives, each farmer is instructed to indicate which 

seed they would prefer to purchase.  This stated choice decision is the key variable of interest in our 

empirical analysis. 

 

Econometric Modeling of the Demand for Drought Tolerance using Stated Choice Data 

  Drought resistance can be achieved though several mechanisms including drought escape 

through shorter duration varieties, or resistance to periodic intraseasonal drought mitigated though 

varietal selection and development.  What is unknown is whether farmers demand either mechanism or 

what is the distribution of value for these traits across the farm population.  In response, we develop a 

model of individual choice behavior that posits the decision to select new maize varieties upon 

characteristics embodied within the seed and individual heterogeneity in the underlying utility structure.  

We argue that this heterogeneity resides in cognitive behavior towards decisionmaking under risk.  In 

the past decades, integration of consumer heterogeneity (unobservable to the analyst) into choice 

modeling has proliferated.  We focus on integrating preference heterogeneity into decision modeling 

through latent class modeling (LCM).  Specifically, denote Ci  as the discrete endogenous preference 

segment of the population into which the individual i resides.  This segmentation is unobservable to the 

researcher but of interest as co‐residents are observed to behave similarly and yet distinctly different 

from individuals in other segments.  Membership in each segment is of interest in so far that common 

characteristics can be found that correlate with observed behavior or defining characteristics.  If not, a 

9  

single model of a “typical” consumer suffices. Empirical latent class modeling has been presented in 

numerous publications but is succinctly presented in Hensher, Greene (2010) and with greater detail in 

Roeder, Lynch & Nagin (1999).  We follow the former in our presentation. 

  Formally latent classes correspond to underlying user or market segments.  In this application 

we are interested in whether a trait designed to reduce yield loss under moisture stress has broad or 

narrow appeal to small scale farmers.  We are also interested in comparing drought management 

against other drought escape through shorter duration varieties.  Define the probability of membership 

in class C as 

1 exp

∑ exp , 1, … , 0 

which can be modeled as multinomial logit upon a set of class characteristics z and a vector of 

parameter estimates.  Class membership is hypothesized to condition the behavioral decision of the 

individual to make a particular choice j among a set of alternatives J in choice situation t 

2 j | exp ,

∑ exp 

Using equation (1) we can define the probability of class membership and equation(2) will define the 

probability of choosing a defined alternative.  The likelihood of a choice by an individual is the 

summation over the classes of the individual contributions 

3 |  

where Pi|c is the joint product of the sequence of choices made by the individual given class assignment.  

Therefore the log‐likelihood of the sample is  

4 ln |  

10  

Equation (4) can be estimated with maximum likelihood in order to derive estimates of the latent 

parameters affecting class membership (θ) and estimates of the structural parameters affecting the 

choice of a particular alternative (βc). Equation (4) can be evaluated against the null hypothesis of one 

single and homogenous consumer.  If warranted, through rejection of the null hypothesis, posterior 

estimates of the probability of class participation can be derived using Bayes theorem providing the 

person‐specific estimate of the class probability conditioned on their choice decisions. 

 

Empirical Findings from Kenya 

  Field experiments were conducted in Makueni and Kathonzweni locations of Eastern Kenya in 

July 2010.  On each day, a representative sample of between 19 and 32 maize farmers, equally divided 

between males and females, attended the experiment.  An opening discussion on the occurrence of 

drought and farmer strategies on adaptation framed the context of the experiments followed by reading 

of an informed consent statement.  After the opening discussion, the games were explained to the 

participants and practice sessions were conducted, including discussion of the financial stakes at hand in 

each of the three games. Following the warm up sessions, farmers were offered a break and told that 

the real games would follow.  Upon reassembly, farmers were offered the opportunity to opt‐out of 

participation, yet none accepted.  We then played each of the three games by methodically proceeding 

through each of the prospects.  We visually stimulated understanding of the gambles through graphical 

representation and counting poker chips into standard water jugs.  After proceeding through the 

behavioral experiments, lunch was served to the participants. 

  When we reconvened, farmers played the games for real stakes.  Each farmer was endowed 

with 200Ksh as a participation fee, a level established to be relative to the average informal local wage 

rate for unskilled labor.  The procedure that was followed included three random draws of numbered 

balls by each participant.  The number on the ball indicated which stake was played.  If the farmer chose 

11  

the certain payoff in that stake, he or she received that amount.  If the farmer selected to take the 

gamble, a second jug with the appropriate probability density was constructed with the farmer counting 

the appropriate number of blue chips, earning a payoff of 0 KSh and white chips, earning 100 KSh into 

the pot.  It was vigorously mixed and the farmer selected a chip and the outcome noted.   Based upon 

farmer behavior and the decision to take the gamble or the certainty equivalent, combined with luck‐of‐

the‐draw, farmers earned between 120 KSh and 500 KSh for their participation.  On average, farmers 

earned 310Ksh or 150% of a daily wage.  They were paid their winnings at the end of the end of the day, 

after the choice experiments were conducted. 

  We then proceeded to the choice experiments after discussion of the representation of the 

choice cards.  It is the opinion of the authors that the graphical representations of the yield distribution 

were easily understood by the participants consistent with other studies that have found high levels of 

understanding using visual aids.  We presented farmers with the nine choice sets and they asked to 

evaluate even more alternatives.   

(Table 4 goes about here) 

A summary of the distribution of the sample statistics is presented in Table 4 along with 

summary statistic on three behavioral parameters derived from observed behavior towards the 

gambles.  Briefly, farmers were risk averse, even more loss averse and slightly optimistic in their outlook 

on ambiguous situations.  They chose varieties with insect resistance and early maturity in two‐thirds of 

the preferred alternatives while preferring FSD, SSD to TSD.  Eight percent of the choices were the 

default Kikamba alternative. 

(Table 5 goes about here) 

  Using data derived from the behavioral and choice experiments, we estimate the model 

described in equation 4.  A multinomial logit model was estimated on the choice decision with the 

explanatory variables being the yield distribution (FSD, SSD, TSD), pest resistance (binary), early maturity 

12  

(binary) , and price (in KSh per 2 kg seed package).  We then proceed to include the behavioral 

parameters in the Latent Class model and compare the two models based upon several characteristics 

to determine whether (1) segmenting the population improves model performance and (2) what is the 

optimal number of market segments if so.  Model performance statistics are presented in Table 5 and 

we evaluate them using a “balanced” approach advocated by several authors.  Overall the model with 

three market segments outperforms all others.  The model with three segments is pursued for further 

discussion in comparison to the model of unitary preferences, despite the fact that the hypothesis of 

unitary preference structure is rejected.  Coefficient estimates of these two models are presented in 

Table 6 but we caution that their interpretation is not transparent and not directly interpretable. 

(Table 6 goes about here) 

  We examine model performance in terms of the marginal impact of the trait on the selection of 

the preferred option and in terms of the price elasticity of selection in Table 7.  Since the choice sets 

were constructed in reference to Kikamba variety, we can interpret the coefficients directly and as the 

marginal impact on the logit probability of selection if a trait were added to Kikamba.   Overall, several 

important findings can be derived from this table.  Under the unitary preference model, adding in a first 

order stochastic dominant yield advantage to the Kikamba variety will increase selection by 29%, holding 

all other characteristics constant.  The marginal contribution of SSD and TSD yield advantages decline 

relative to the FSD advantage but still indicate demand for drought tolerance.  Insect resistance and 

early maturity increase the probability of selection beyond a TSD shift in the yield distribution.   

Column 3 of Table 7 presents the weighted average marginal impact from the LCM. The 

weighted average results indicate lower marginal impacts of trait inclusion.  The final column indicates 

the impact of maintaining the null hypothesis of a unitary consumer over a LCM with three market 

segments.  The impact of this Type II hypothesis error is to overestimate the marginal impact of all of 

these traits, some in excess of twice their contribution.  The final row indicates that farmers are price 

13  

inelastic, when it comes to selection, but the misspecification bias of the unitary model underestimates 

the degree of elasticity by more than one‐half. 

(Table 7 goes about here) 

  The implications of market segmentation are important.  We turn our attention to segment‐

specific analysis in order to determine whether observed choice decisions appear conditioned on 

behavioral characteristics defined by attitudes towards risk, loss and ambiguity.  Our results are mixed.  

While the preferred structure differentiated the sample into three distinct segments, the explanatory 

power of the behavioral determinants was only partially rewarding (lower section Table 6).  Fifty‐eight 

percent of our sample was allocated to the first segment, nineteen percent to the second and twenty‐

four to the third.  The LCM approach estimates parameters for (C‐1) classes by normalizing one.  Thus 

interpretation of the coefficients is relative to the base, in our case, the third class.  No behavioral 

variables were statistically significant and different from the base in explaining class determinants for 

the first segment but the coefficients suggest that this class was slightly more risk averse, willing to 

insure against losses and slightly less optimistic than the base.  The second class exhibited different 

behavioral characteristics. They were less risk averse, less willing to insure, and more pessimistic than 

the base.  The risk aversion and pessimism characteristics were significantly different from zero. 

(Table 8 goes about here) 

  Using these characteristics, we can begin to see how behavioral determinants shape varietal 

selection.  Table 8 presents class‐average individual‐specific willingness to pay estimates for the yield 

distribution, maturity and insect resistance following standard practice of dividing the trait coefficient by 

the price coefficient.  Segment 1 is willing to pay the greatest amount for new traits.  For example, the 

marginal willingness to pay for varieties that first order stochastically dominates Kikamba is 389KSh/2 kg 

seed, an amount that is consistent with the price of hybrid seed available in Kenya.  In addition, it is 

below the reservation price of 500 Ksh/2kg where farmers look to lower cost seed alternatives, namely 

14  

retained and Kikamba (J. Missi, personal communication).  A declining marginal willingness to pay is 

noted in for SSD and TSD yet there still is interest in drought tolerance even if it is not accompanied by 

higher yield potential under non‐moisture limited conditions.  Farmers are willing to pay 110 KSh/2 kg 

 for a Bt‐like protection and 69 KSh/2 kg for a shorter duration variety without addition of any change in 

the yield outcomes.   

Segment three is interesting and accounts for nearly twenty‐five percent of the sample.  This 

segment is interested in the new traits embodied in the improved varieties but they have a very low, but 

positive, and significant, willingness to pay.  It is unclear from this analysis the reasons behind the low 

willingness to pay, but it could be linked to a cash constraint, market transaction costs, unfamiliarity 

with purchased seed or other factors not captured in this analysis.  Clearly this is an opportunity for post 

hoc study with supplemental information of farm, farmer and household characteristics2.  

  Segment 2 is the smallest and consists of individuals who are not willing to pay for FSD, willing 

to pay a small amount for SSD, and require a discount for TSD benefits.  They are willing to pay for insect 

resistance and early maturity but at a rate less than the first segment of the sample.  This class appears 

to be seeking drought escape, as opposed to drought tolerance, and some relief from pest damage.  We 

can infer from the classification model that these individuals are less risk averse and more pessimistic 

than the base, perhaps suggesting a group of individuals that are more skeptical about technological 

innovation to reduce production risk exposure. 

 

Conclusion 

  This paper has examined the impact of behavioral determinants on the contingent selection of 

improved maize technologies designed with specific attributes to reduce yield loss associated with 

drought stress.  We approach the problem by combining choice and behavioral experiments in order to 

                                                            2 Unfortunately, this is not possible at this time.  A follow‐up survey was conducted in August and September 2011 but the data is not yet available for analysis. 

15  

determine whether heterogeneity in individual risk, loss and ambiguity aversion affects technology 

choice.  A model of a unitary consumer is evaluated against a segmented consumer population.  The 

hypothesis of a unitary consumer is rejected.  Maintaining the null hypothesis of common preferences 

has been shown to upwardly bias the marginal impact of all traits on contingent choice and 

underestimate the price elasticity of selection.  

Overall, we find evidence that farmers are willing to pay for new varieties with superior yield 

performance including performance that is superior only under drought stress.  However, there is 

heterogeneity in this demand and only sixty percent of the sample expresses a willingness to pay for 

these attributes at levels consist with observed market prices for hybrid seed.  The second largest 

segment expresses a willingness to pay but at very low levels.  A third segment is not interested in 

varieties with drought tolerance but are willing to purchased improved seed containing insect resistance 

and drought escape. 

  These segments provide interesting opportunities for future study.  The premise of the 

innovative public‐private partnership developing the drought tolerant varieties will provide the 

technology royalty free to smallholder producers in Africa.  This mechanism may allow for the segment 

of consumer, desiring the trait, but unwilling to pay market relevant prices to access the potential 

benefits.  Defining this segment with readily observable characteristics will improve targeting if 

nonmarket interventions are pursued. 

  Finally, we have attempted to link technology choice decisions with underlying behavioral 

attitudes in order to determine whether risk, loss and ambiguity aversion conditions attribute valuation 

and willingness to pay.  Our results suggest mixed results.  Future research will refine the measures 

capturing these behavioral attributes with the goal of improving our understanding of how cognitive 

psychology can contribute to understanding decisionmaking under risk in low income countries.  Testing 

this behavior, broadly assumed in some of the most influential literature in applied economics, may 

16  

contribute to improved policy making and technology development by clarifying the cognitive 

determinants of adoption behavior. 

 

References 

Abdellaoui, M., Baillon, A., Placido, L. & Wakker, P.P. 2010 (forthcoming), "The Rich Domain of Uncertainty: Source Functions and Their Experimental Implementation", American Economic Review, .  

Baillon, A. & Cabantous, L. 2009, Combining Imprecise or Conflicting Probability Judgments: A Choice‐Based Study, ICBBR Working Paper Series, No. 2009_03. International Center for Behavioral Business Research, Nottingham University, UK.  

Baillon, A., L'Haridon, O. & Placido, L. 2010 (forthcoming), "Ambiguity Models and the Machina Paradoxes", American Economic Review, .  

Binswanger, H.P. 1981, "Attitudes toward Risk: Theoretical Implications of an Experiment in Rural India", Economic Journal, vol. 91, no. 364, pp. 867‐890.  

Binswanger, H.P. 1980, "Attitudes toward Risk: Experimental Measurement in Rural India", American Journal of Agricultural Economics, vol. 62, no. 3, pp. 395‐407.  

Binswanger, H.P. & Rosenzweig, M.R. 1992 [1986], "Behavioural and Material Determinants of Production Relations in Agriculture" in Development economics. Volume 2, ed. D. Lal ed, pp. 3‐39.  

Feder, G., Just, R.E. & Zilberman, D. 1985, "Adoption of Agricultural Innovations in Developing Countries: A Survey", Economic Development and Cultural Change, vol. 33, no. 2, pp. 255‐298.  

Harrison, G.W. & Rutstrom, E.E. 2009, "Expected Utility Theory and Prospect Theory: One Wedding and a Decent Funeral", Experimental Economics, vol. 12, no. 2, pp. 133‐158.  

Hensher, D.A. & Greene, W.H. 2010, "Non‐attendance and Dual Processing of Common‐Metric Attributes in Choice Analysis: A Latent Class Specification", Empirical Economics, vol. 39, no. 2, pp. 413‐426.  

Holt, C.A. & Laury, S.K. 2002, "Risk Aversion and Incentive Effects", American Economic Review, vol. 92, no. 5, pp. 1644‐1655.  

Kuhfeld, W.F., Tobias, R.D. & Garratt, M. 1994, "Efficient Experimental Design with Marketing Applications", Journal of Marketing Research, vol. 31, no. 4, pp. 545.  

17  

La Rovere, R., Kostandini, G., Abdoulaye, T., Dixon, J., Mwangi, W., Guo, Z. & Banzinger, M. 2010, Potential impact of investments in drought tolerant maize in Africa. , CIMMYT, Addis Ababa, Ethiopia.  

Liu, E. 2008, Essays on Development Economics in China, Princeton University.  

Lobell, D.B., Burke, M.B., Tebaldi, C., Mastrandrea, M.D., Falcon, W.P. & Naylor, R.L. 2008, "Prioritizing climate change adaptation needs for food security in 2030", Science, vol. 319, no. 5863, pp. 607‐610.  

Roeder, K., Lynch, K.G. & Nagin, D.S. 1999, "Modeling Uncertainty in Latent Class Membership: A Class Study in Criminology", Journal of the American Statistical Association, vol. 94, no. 447, pp. 766‐776.  

Schlenker, W. & Lobell, D.B. 2010, "Robust negative impacts of climate change on African agriculture", Environmental Research Letters, vol. 5, no. 1, pp. 014010.  

Shankar, B. & Thirtle, C. 2005, "Pesticide Productivity and Transgenic Cotton Technology: The South African Smallholder Case", Journal of Agricultural Economics, vol. 56, no. 1, pp. 97‐115.  

Tanaka, T., Camerer, C.F. & Nguyen, Q. 2010, "Risk and Time Preferences: Linking Experimental and Household Survey Data from Vietnam", American Economic Review, vol. 100, no. 1, pp. 557‐571.  

Yesuf, M. & Dalton, T.J. 2010, Experimental Studies on Risk, Loss and Ambiguity Aversion, and the Willingness to Pay for Water Efficient Maize in Eastern and Southern Africa, Department of Agricultural Economics, Manhattan, KS.  

Yesuf, M. & Bluffstone, R.A. 2009, "Poverty, Risk Aversion, and Path Dependence in Low‐Income Countries: Experimental Evidence from Ethiopia", American Journal of Agricultural Economics, vol. 91, no. 4, pp. 1022‐1037.  

 

Table 1: The basic structure of risk and ambiguity aversion experiment Game type and prospect number 

Probability of bad outcome (1‐P is probability of good outcome) 

Bad outcome (Y)  Good outcome (X) 

Risk and Loss Aversion Prospects    P  Y  X 1  10%  0  100 2  30%  0  100 3  50%  0  100 4  70%  0  100 5  90%  0  100 6  50%  0  50 7  50%  ‐25  50 8  50%  ‐50  75 9  50%  ‐50  100 10  50%  ‐75  100 Ambiguity aversion Prospects  P‐r to P+r  Y  X 11  0 to 20%  0  100 12  20 to 40%  0  100 13  40 to 60%  0  100 14  60 to 80%  0  100 15  80 to 100%  0  100  

   

Table 2: Choice list for prospect 1 (10% chance of 0 payoff and 90% chance 0f 100) [1]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 10 units for sure [2]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 20 units for sure [3]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 30 units for sure [4]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 40 units for sure [5]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 50 units for sure [6]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 60 units for sure [7]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 70 units for sure [8]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 80 units for sure [9]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 90 units for sure [10]  Bet on prospect 1  Ο  Ο  Receive 100 units for sure 

Put an X mark on each of your choices.     

Table 3: Choice attributes for maize varieties and their levels 

Trait  Improved Varieties   Reference Variety 

“Kikamba” Yield Distribution( 90kg bags)  FSD  SSD  TSD    Base 

No moisture stress  13  9  9    9 Moderate moisture stress  7  7  4    4 High moisture stress  3  3  3    1 

Early Maturity (90 days)    Yes or No      No (135‐150 days) Insect Resistant    Yes or No      No Price (KSh/2kg packet)           

Block 1    240/300/360      60 Block 2    340/400/460      60 

     

   

Table 4.  Descriptive statistics on attribute partition of choice selections and behavioral parameters 

Selected Choice  N  Mean Std. 

Deviation  Minimum  Maximum FSD  1089  .39 .49 .0 1.0 SSD  1089  .33 .47 .0 1.0 TSD  1089  .23 .42 .0 1.0 Early Maturity  1089  .66 .48 .0 1.0 Insect Resistance  1089  .66 .47 0 1 Price  1089  319 90 60 460 Not Selected FSD  2178  .14 .35 .0 1.0 SSD  2178  .17 .37 .0 1.0 TSD  2178  .22 .41 .0 1.0 Early Maturity  2178  .17 .38 .0 1.0 Insect Resistance  2178  .17 .38 0 1 Price  2178  204 145 60 460 Behavioral Parameters             Risk Premium1  121  24 160 ‐250 250 Insurance2  121  82 62 ‐138 63 Optimism Index3  121  .32 2.65 ‐5.00 5.00 

1Expressed as the summation of payments to avoid the gamble 2Expressed as the summation of payments  to avoid the loss 3Expressed as a scale variable where ‐5=pessimistic, 0=neutral,5=optimistic  

   

Table 5.  Model performance statistics 

Segments  Parameters(P)  LL  Rho2  AIC3  BIC3 None  6  ‐726.11 0.19 1470.21 740.472  15  ‐687.67 0.23 1420.35 723.583  24  ‐672.58 0.25 1397.17 720.034  33  ‐679.46 0.24 1457.93 758.46

Notes: LL is the value of the likelihood function at convergence; higher is preferred Rho2 is calculated as (1‐LL)/LL(0); higher is preferred AIC3 is calculated as Bozdogan AIC or (‐2LL+3P); lower is preferred BIC3 us tge Bayseian Information Criterion or –LL+(p/2)*ln(N) ; lower is preferred     

Table 6.  Parameter Estimates for the multinomial and preferred Latent Class model specification 

   Unitary  Three Segment 

Variable (βc)  Parameter Parameter 

(1)  Parameter (2) Parameter 

(3) PRUSD  ‐0.32  *  0.06    0.14     ‐0.78 *** FSD  1.63  *  4.14 *** ‐0.44  *  3.82 *** SSD  1.41  *  3.66 *** ‐0.59  **  4.09 *** TSD  0.71  **  2.89 *** ‐1.79  *** 3.79 *** IR  0.92  *  1.21 *** 0.69  *** 0.59 *** EM  0.94  *  0.60 *** 1.04  *** 1.90 *** 

 Determinant (θ)                         Constant        ‐0.59    ‐0.93     ‐    Risk Premium        0.01 ‐0.01  **  ‐    Insurance        ‐0.02 0.01     ‐    Optimism        ‐0.03    ‐0.42  *** ‐    

Membership (%)     0.58    0.19     0.24                             

Log L ‐

726.101           ‐662.584           

   

Table 7. Marginal impact of trait and price elasticity of choice selection for two competing models 

Trait  Unitary  Segment (3) Type II 

Error Bias FSD  28.5  18.1  57% SSD  24.3  12.7  91% TSD  12.3  10.3  20% IR  16.2  8.0  101% EM  16.4  7.9  107% Price Elasticity  ‐0.054  ‐0.118  117%  

   

Table 8.  Segment‐specific willingness to pay estimates for variety attributes calculated as the mean of individual‐specific estimates (KSh/trait) 

 

   

FSD 388.7 *** 6.4 5.9 *** 227.1SSD 349.5 *** 2.6 ** 6.2 *** 204.9TSD 280.2 *** ‐37.9 *** 5.5 *** 171.4IR 109.9 *** 25.7 *** 1.1 *** 59.9EM 68.9 *** 42.6 *** 2.7 *** 33.4

WTPClass

Mean1 2 3

 

 

Figure 1.  Three scenarios on yield and profitability dominance of drought tolerant maize technology. 

 

  

   

Figure 2.  Profiles of new varieties presented to farmers in Kenya 

   

Figure 3.  Profile of base variety “Kikamba” presented to farmers in Kenya