Closing yield gaps in Colombian direct seeding rice systems: a stochastic frontier analysis

Cierre de brechas de rendimiento en los sistemas colombianos de siembra directa de arroz: un análisis de frontera estocástica

Rice is one of the most important crops in terms of harvested area and food security both globally and for Colombia. Improvement of technical efficiency levels in rice production in order to close yield gaps in a context in which rice demand increases, natural resources are depleted, and where there are growing expectations about both climate changes and trade agreements is likely the most important challenge that farmers confront. This research assessed the main management factors that limit both rice crop productivity and the likely drivers of non-optimal technical efficiency levels (a proxy for yield gaps). This study focused on both upland and irrigated direct seeding systems across a variety of environments in Colombia. Stochastic frontier models were used to integrate microeconomic theory and empirical regression analysis in conjunction with a large commercial rice production database developed by the Colombian rice growers’ federation (Fedearroz). A large variation was found in technical efficiency (from 40 to 95%) levels for both upland and irrigated systems, and major differences were obtained in the limiting factors of the two systems (e.g. seed availability, variety type, market accessibility, fertilizer type, and use rate). This suggests both substantial and varied opportunities for improvements in current technical efficiency levels. Across systems, the correct choice of variety was identified as a common key factor
for maximizing yield for a particular environment. For upland systems, optimal choices were F174 and F2000, whereas for irrigated rice F473 was found to produce the highest yield. Additionally, numerical analysis suggests a yield impact of ca. 0.18% for each 1% increase in the nitrogen application rate for upland systems. For irrigated rice, phosphorous rather than nitrogen application rates were found to be more important. Since our analysis is based on farm-scale commercial production data, we argue that once our results are brought to consensus with local extension agents, technicians and agronomists, then management recommendations for closing yield gaps can be used to improve rice productivity.

El cultivo de arroz es uno de los más importantes en términos de área cosechada y seguridad alimentaria tanto a nivel global como en Colombia. Mejorar los niveles de eficiencia técnica en la producción de arroz para cerrar las brechas de rendimiento en un contexto en el que la demanda de alimento aumenta, los recursos naturales escasean y las expectativas sobre los impactos potenciales del cambio climático y los tratados de libre comercio crecen es probablemente el desafío más importante que enfrentan los agricultores. Esta investigación evaluó los principales factores de gestión que limitan la productividad del cultivo de arroz, y los posibles impulsores de niveles de eficiencia técnica no óptimos (un proxy de las brechas de rendimiento). El estudio se enfocó en sistemas de siembra directa de tierras altas y de riego en diferentes ambientes en Colombia. Utilizamos modelos de frontera estocástica para integrar la teoría microeconómica y el análisis de regresión empírica junto con una gran base de datos de producción comercial de arroz, desarrollada por la Federación colombiana de productores de arroz (Fedearroz). Se encontró una gran variación en los niveles de eficiencia técnica (del 40 al 95%) para los sistemas de tierras altas y de riego, y se obtuvieron diferencias importantes en los factores limitantes entre los dos sistemas (por ejemplo, disponibilidad de semillas, tipo de variedad, accesibilidad al mercado, tipo de fertilizante, y tasa de uso). Esto sugiere oportunidades sustanciales y
variadas para mejorar los niveles actuales de eficiencia técnica. En todos
los sistemas, la elección correcta de la variedad se identificó como un factor clave común para maximizar el rendimiento por ambiente. Para los sistemas de tierras altas, las opciones óptimas fueron F174 y F2000, mientras que para el arroz de riego se encontró que F473 era el de mayor rendimiento. Además, el análisis numérico sugiere un impacto en el rendimiento de ca. 0.18% por cada 1% de aumento en la tasa de aplicación de nitrógeno para sistemas de tierras altas. Para el arroz de riego, se encontró que las tasas de aplicación de fósforo en lugar de nitrógeno eran más importantes. Como nuestro análisis se basa en datos de producción comercial a escala de finca, se argumentó que una vez que nuestros resultados llegan a un consenso con los agentes de extensión, técnicos y agrónomos locales, las recomendaciones de gestión para cerrar las brechas de rendimiento se pueden utilizar para mejorar la productividad del arroz.