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原始研究的文章

前面。阿格龙。,07 October 2022
秒。农业生态的种植制度
卷4 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fagro.2022.988090

保护性农业的潜力提高固氮豇豆在半干旱条件下的肯尼亚

  • 1有机农业与土壤可持续利用,李比希大学,德国吉森
  • 2国际热带农业研究所(IITA) CSIR校园,Legon,加纳
  • 3热带农业科学大学的Hans-Ruthenberg-Institute Hohenheim,斯图加特,德国

低成本但生产作物集约化选项需要帮助小农在热带地区摆脱贫困。本研究评估了豇豆的能力(豇豆属unguiculata(l)Walp)执行生物固N (BNF)免耕实践,作物残留物覆盖和与玉米间作(玉米l .)。研究了在漫长的2017年降雨Kiboko试验站,位于半干旱肯尼亚东部。研究田间试验运行了三年(6种植季节)抽样的时候发生。实验设置是一个裂区设计:主要情节是耕作系统(没有到+玉米秸秆保留(CA)和常规耕作15厘米深度没有覆盖物保留(CT)),被阴谋论调种植制度(maize-cowpea间作,单一作物,玉米和豇豆单一作物)。豇豆植物采样50%开花阶段,生理成熟度调查生物质生产和% N来源于大气(% Ndfa)15N天然丰度技术,利用玉米作为参考控制。结果表明,每个工厂的结节数高钙治疗而不是在CT虽然不显著(p > 0.05)。意思是豇豆籽粒产量在472 - 590公斤收获之间的不同哈量1在单一作物间作而籽粒产量在1465 - 1618公斤公顷1。之间的显著差异是然而记录治疗与CT单作豌豆开花记录最高的意思是% Ndfa(62%)和CT间作最低(52%)。收获阶段CA国米记录% Ndfa最高(54%),CT间作最低(41%)。% Ndfa较高(p < 0.05),开花(57 - 69%)相比,在收获阶段45 - 64%。17.8 - 22.8公斤之间总体豇豆杂交繁育派生公顷1从大气的总N二氮固定在54.9 - 55.2公斤之间的单一作物公顷1。BNF CA的影响是积极而不是从CT明显不同。这些结果表明,CA有潜力提高BNF过程,但还有一个需要探索未来的选择空间布置和品种选择在豇豆和玉米间作优化BNF的过程。

介绍

Maize-legume间作广泛应用在肯尼亚和许多国家在撒哈拉以南非洲地区(SSA)。近年来,各种选项结合使用的矿物肥料,本地可用的修正案和有机物(如作物残留物、堆肥和绿色肥料)改善整地(例如等高梯田、绑起垄、减少耕作),种植制度(如混合种植,种植转移,轮作)和工厂管理(如种子种质、间隔密度、豆类接种),正在探索提高小农农业的生产力系统(桑锦格Woomer, 2009;Vanlauwe et al ., 2010;漂亮的et al ., 2011)。这些选项,保护性农业(CA)已经提升了过去20年是一个有前途的农场管理系统在SSA的大部分地区。即CA的特点是三个建设支柱。,一个t least 30% of permanent ground cover (e.g. mulches, cover crops), minimal to no soil disturbance through tillage, and crop diversification either spatially or temporally, including a nodulating legume component (粮农组织2008)。结果文献表明,最明显的好处是派生当所有这三个实践和实现更好的成功细纹理土壤干旱和半干旱地区的热带和亚热带的Rusinamhodzi et al ., 2011;Pittelkow et al ., 2015;管家et al ., 2018)。CA的目的是改善土壤健康的三个轴即。、物理、生物和化学条件。

在肯尼亚,CA在1997年首次引入Laikipia县通过扩展和培训,通过农民田间学校(FFS) (Kaumbutho et al ., 2007)。它一直认为有很高的潜力减少土壤退化,固碳和提高作物生产力(范Hulst Posthumus, 2016)。在肯尼亚西部地区玉米秸秆更有可能被用作覆盖物,东部的农民倾向于维持他们可以提供更大的头牲畜urea-treated谷物秸秆饲料或混合他们更多的消化残留物(Baudron et al ., 2014)。在这种情况下,局部可用等豆科乔木和灌木修剪Calliandra calothyrsus、银合欢spp Gliricidia乌贼骨黎豆属pruriens坚持在旱季可以补充情节覆盖土壤(Mugwe et al ., 2019)。另外,谷物豆类和扁豆等生长周期短,菜豆,绿色克,或豇豆作为覆盖作物播种在短的降雨。永久地被通过覆盖有助于提高谷物产量在季节土壤水分是限制(Mupangwa et al ., 2012)作为一个缓冲大裸露的地面蒸散由于强烈的太阳辐射而抑制杂草外观(的条件Mgolozeli et al ., 2020)。塑膜还提供的初始分解材料真菌、细菌和非生物过程行动将复杂的有机物质转化成无机分子(杨爱瑾et al ., 2010)。混合谷物覆盖的更容易因此可分解残留或矿物肥料可以是一个可行的策略来改善稳定土壤有机质(SOM)内容和植物的N可用性(外邦人et al ., 2008)。

结瘤谷物豆类是低input-high风险小农农业系统的重要组件由于其交付的多种用途食品和土壤肥力的改善(马毛绳,2001)。间作谷物豆类和玉米通常倾向于纯是一种有效的手段,提高土地利用效率,降低生产成本,提供一个安全净对单一作物歉收而多样化的饮食和收入(Rusinamhodzi et al ., 2012)。虽然大多数农民另一行玉米豆类之一,增强竞争可能发生如果玉米品种是一个快速增长和抑制进入光的火情间作或地下的养分限制收购(Trenbath 1986)。交替两个玉米行两个谷物豆类行,也称为MBILI系统,减少了种内竞争,和传播影响间作作物的环境风险(Mucheru-Muna et al ., 2009)。豇豆(豇豆属unguiculata[L] Walp)是一个重要的谷物豆类在肯尼亚播下主要在东部半干旱地区,以及一个重要的和廉价的蛋白质来源,农村和城市居民(Kebede et al ., 2020)。树叶和绿豆荚都吃蔬菜,而干谷物消费作为脉冲在不同食品的准备工作,因此称为两用作物以及被用作牲畜饲料(马毛绳,2001)。绿豇豆叶片中的蛋白质含量范围在35%左右,而干燥的谷物报告大约23%的粗蛋白浓度(Dakora Belane, 2019)。在全国范围内被称为kunde豇豆是种植制度的一个重要组成部分,因为它有助于提高土壤矿质N (N最小值)池通过其能力与土壤根瘤菌导致建立互惠共生元素二氮转化为植物提供氨NH3通过生物固氮(BNF) (Dakora Belane, 2019)。CA实践报告来提高土壤动物、土壤水分潴留和土壤结构,尤其是在半干旱条件下(Chivenge et al ., 2007;Babal et al ., 2010;Ayuke et al ., 2019),可以支持rhizobial有节豆类´s根源。然而,CA和cereal-legume间作地膜保留已报告增加表层土壤中SOM内容与传统做法相比,这可能会导致减少植物从BNF´需要获得N。我们发现缺乏信息的潜在影响没有耕作,土壤覆盖和maize-legume间作在谷物豆类´s BNF因此本文的目的是评估豇豆´s % Ndfa和大量的N返回生产在不同开花和收获阶段管理(CA和CT)和种植制度(mono和间作)。

材料和方法

网站描述

Kiboko试验站是Makueni县(37.7235得名2.2172)分为肯尼亚东部的中部(LM5)较低。站点位于975 m.a.s.l.轻轻包围丘陵景观主要由混合农畜小农耕作。主要谷物包括玉米、小米和高粱栽培的协会或交替与谷物豆类如绿色克,豇豆,木豆,marama bean和蛾bean。主要在该地区蔬菜生产有南瓜、卷心菜和西红柿和棉花等经济作物和向日葵也播种。该地区主要由agro-pastoral填充坎巴人和田园马赛的社区。该网站收到每年平均514毫米的降雨,分歧主要在两个赛季(短期降雨10,长期降雨月中)。这是一个炎热和半干旱地区的年平均温度为24.1°C,年平均最大31.1°C,年平均至少17°C和平均相对湿度为82.5% (图1)。Kiboko的土壤排水良好,非常深,黑暗的红棕色、深红色、松散砂质粘土分为Acri-Rhodic Ferrassols由未分化的基底岩石系统,以条带状片麻岩为主(国际玉米和小麦改良中心,2013)。

图1
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图1每日Precipitatin (PPT),最高(达峰时间)和最低(Tmin)温度Kiboko网站。2008 - 2017年之间的数据。一、玉米、豇豆播种;b,豇豆收获;c,玉米产量。

实验设计和作物管理

实验设计是裂区设计的主要情节是耕作方法(保护(CA)和常规(CT)),次要情节被种植制度(单一作物玉米、单一作物豇豆和maize-cowpea间作)复制三个街区。实验情节已经运行在相同种植模式自2014年短期降雨和在7th种植季节研究时发生(长2017年降雨),后两个每年的收成。在免耕土地,玉米和豇豆作物残留物从之前的赛季被保留原位(除了收获的谷物和豆荚)通过手动连根拔起干草意味着没有耕作处理还包括作物残留物保留。CA情节旨在与玉米秸秆或覆盖大约70% ~ 5毫克公顷1玉米残留保留从之前的季节。在传统耕作地块,干草收获被拆除,苗床准备进行手动播种之前,用锄头15厘米的深度,按当地实践把土壤和清除杂草。在CA的土地,播种完成后建立了行模式,通过把种子在土壤中手工3厘米深。无选择性的,pre-emergence除草剂喷洒在播种之前所有的情节以及玉米系统与duduthrine杀虫剂喷洒在灌浆期阶段,再一次丰收。情节之间浇水两次雨季的结束和玉米收成。除草是玉米生长季节期间三次通过手动连根拔起锄头的杂草在CA和CT的治疗方法。间作播种在豇豆的MBILI系统交替两行两个玉米,CA和CT的情节。播种的豇豆是由每孔放置两个种子,后来变薄一植物山,当每山三个种子播种玉米,后来减少到两个。间作作物的地块内部和国际玉米行距50×50厘米,而豇豆之间33厘米的行和行中的20厘米豇豆的山丘之间增加到53,334年玉米和675豇豆植物公顷1。在单一作物玉米系统中,玉米是间隔25厘米×75厘米达到53的种植密度334株哈1。豇豆单一作物的情节,这些都是间隔为20×35厘米结果在142年,587公顷1。每个情节测量36 m²而净地块收获26 m²。播种一天,起动器磷酸氢二铵(DAP) (N: P2O5:K2O率= 18:46:0)是应用于玉米植株100公斤公顷的速度1虽然60公斤哈哈1尿素(N: P: K = 46:0:0)是应用根外追肥时玉米植株到达膝盖的高度。在情节用于BNF取样,没有根外追肥应用而15公斤公顷1三磷酸超级(TSP) (N: P2O5: K比例= 0:45:0)种植豇豆4周后补充。情节用于BNF研究与WE1101套种玉米品种、水高效混合于2013年首次发布在肯尼亚(AATF, 2014)。豇豆品种M66 (Machakos 66)当地,浓密的植物的途径和一个不确定的增长习惯,播种的叶子和谷物,鲜花则高达55 -天内和在80 - 90天内到期。没有接种了豇豆种子为研究依赖于土壤土著根瘤菌的人口数量。玉米和豌豆植物播种在4月8日,豇豆是收获7月3日(87天),而玉米(146天)(9月1日图1)。

工厂抽样

植物生物量和N累积评估当50%的豇豆植物开花阶段,达到了50%,在豇豆的收获阶段。开花阶段被定义为当豇豆植物有至少一半的花和开放开发,而被定义为生理成熟收获阶段,当植物豆荚晒干。十个豇豆和四个玉米每块地在每个阶段收获。抽样测量的总长度是由剪裁的行,然后除以数量的作物;这导致一个豇豆的收集植物每3.6米和玉米每9米。这些植物被选择挖掘半径25厘米左右,低于指定的工厂。挖了两个黑桃和手工去除多余的土壤和小心翼翼地恢复尽可能多的根源。豇豆植物开花阶段分为叶,茎,花,豆荚,根,和结节在收获,豇豆植物分为叶子,茎,豆荚、粮食、和根源。在采样阶段豇豆植物参数记录即:阀杆长度(从1厘米离开地面上大部分)、根长度、以及数量的叶子,花朵,豆荚和谷物。工厂部分杰出的领域,用清水彻底洗净,放置在已知重量的纸袋。 Plant parts were then placed in the oven at 65°C for 48 hours and dry weights were recorded at the ICRAF soil laboratories, Nairobi. All material was then grinded to pass through a 2 mm mesh stored in a dry room in plastic bags and ball milled at the University of Hohenheim.

Litterfall集合

塑料网铺设在土壤覆盖的面积100厘米×120厘米大约八邻豇豆植物恢复litterfall这些植物可能产生。网被种植,直到收获后4 - 6周。Litterfall收集每周44天后开始种植(DAP)和从63 DAP开始每周两次。材料清洗干净,放置在65°C干燥48小时在烤箱和干重当时记录下来。伪复制在每个情节被胀大和磨前通过2毫米筛进一步分析。

测定土壤硝酸盐和铵

土壤采样是由使用一个钻去收集样本在4种不同的深度(0-5cm 5-15cm, 15 - 30和30-50cm)。抽样进行4的位置在每个情节;在间作情节这是一排排的豇豆,之间做一次两次行之间的玉米和玉米和行之间的豇豆,在单一作物情节这样做是在4预先设定的位置保持不变的情节。提取立即就被放置在聚乙烯袋,在凉爽的箱子满冰块,防止脱氮。土壤滤液NH因此分析4- n和N03- n在自动分析器和使用过程描述(安德森和英格拉姆,1993年)。

N同位素的自然丰度

的决心15N天然丰度进行了豪恩海姆大学、德国使用欧元元素分析仪耦合Finnigan三角洲irm(热科学,德国)。1.5±0.15毫克的豇豆植物材料,0.25±2.5毫克的玉米植物材料或20毫克±2土壤材料被放置在铝箔帽、精心折叠准备分析。

的δ15N通常是很小的差别能够精确测量和计算使用以下方程(希勒和科尔,1986年):

δ15N (‰) = ( R 样本 R 标准 R 标准 ] × 1000年

在“示例”指的是实验样品和大气是“标准”15N2丰度(0.3663%)。R是浓度的比值15N总样本进行调查。

加权植物δ15N意味着当时使用以下公式计算:

加权平均数δ15N = ( P N 一个 c c * P d 15 N ) P N acc

N PNacc代表株部分积累,Pd吗15N株δ的一部分15N和Σ分子表明N株部分积累的总和*δ15N在分母表示N个人积累的植物各部分的总和。

豇豆是N的比例来自大气N2(% Ndfa)是根据计算Unkovich et al。(2008):

% Ndfa = δ 15 N 玉米 δ 15 N 豇豆 δ 15 N 玉米 B × One hundred.

其中δ15δN玉米是整个玉米工厂15N加权均值和δ15δN豇豆是整个工厂15N的加权平均数。B是整个豇豆δ15N值时完全依赖生物固氮(BNF) N收购(来源希勒和科尔,1991年)。的B值-0.633‰(Unkovich et al ., 2008)为整个植物从文学温室实验获得了豇豆植物完全依靠BNF,和用于计算% Ndfa开花和收获阶段。

总N累积豇豆计算如下:

总N累积= Σ % N豆科植物的部分 × 植物生物质部分 ( 公斤 ) One hundred.

总N积累在各个部分的总和。在总N %豆类植物的N的整体内容,而生物个体植物各部分的总和。

固定N量计算如下:

N2固定(公斤公顷¯¹)= % Ndfa × 总氮积累 One hundred.

统计分析

测量数据(Ndfa,结节计数)通过全面分析了混合模型(GLMM)使用耕作方法(直到或没有到)和种植制度(国际米兰或单一作物)作为固定效应而块(1、2、3)作为随机效应。玉米、豇豆粮食产量受到Shapiro-Wilk正常测试(夏皮罗和Wilk, 1965年)。数据不满足正常的假设,因此对数转换之前的分析。对数转换数据表现出同质方差(p< 0.05)证实了Bartlett的测试(Snedecor科克伦,1989)。广义线性模型(GLM)安装使用R-package通过REML选项ade4v。1.7 -19年R-Studio版本0.99.892 (RStudio 2022)。区别的标准错误意味着计算使用过程描述(萨维尔调查,2003)。

结果

土壤无机氮

有显著差异的量的硝酸盐和铵NH较低的表层土4+浓度在CT单一作物系统相比,在0 - 5和5 - 15层CT间作轨迹(表1)。没有明显差异在大量的硝酸盐和铵降低土层深度(15-50厘米)在不同种植制度和营养浓度呈负相关,以下平均报道从上(0 - 5 cm)下土壤(30 - 50厘米)4.9、4.1、3.2和3.0毫克公斤- - - - - -¹。在每个深度,在57%和61%之间的N最小值以硝酸盐的形式被发现。

表1
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表1土壤矿质N和平均数标准误差在深度和种植制度(sem)。

从CT间作植物在开花阶段,豇豆情节报道大大延长茎(99厘米)相比,CA和CT单一作物的土地(72 - 71厘米)与CA间作等之间的值(81厘米)(表2)。恢复根长度变化之间的21个(CT单一作物)和24厘米(CT间作)。总花梗数字是3和5之间在治疗。叶子数量之间47 CA间作和63年在CA单一作物的土地。平均7花植物在CT间作小径,6在单作的和5在CA间作,虽然这些并没有统计上的不同。在收获阶段茎长度不同的109至119厘米CA间作和CT单一作物的植物。19根长度不同(CT单一作物)和24厘米(CA间作)。单一作物CA和CT显著更大数量的豆荚CT相比间作以及CA单一作物(每个工厂20豆荚)优于CA间作(11豆荚/植物)。CA单一作物也报道了最大数量的叶子比CT治疗(p < 0.05)。16和17厘米之间的荚长度不同(p < 0.05)。 CA intercrops had the highest number of seeds per pod (15) while CT intercrop and CA monocrop the lowest (13) (p<0.05). Nevertheless, plants from monocrop plots reported the greatest number of seeds per plant.

表2
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表2Cowpes在开花物候特征和收获阶段。

所有植物在开花,峰值干物质生产部分CA和CT间作之间没有明显不同,产生了848.8至1045.1公斤公顷1干物质(分别表3)。地下的生物量积累(根+结节)61.2和78.2公斤公顷1或7.8和8.1%的总生物量分别CA和CT间作。在单一作物地块CA之间没有显著差异和CT生物量积累被报道。总生物量在开花CA单一作物占3282公斤公顷- - - - - -¹而CT单一作物2867公斤公顷- - - - - -¹。地下的生物量占干物质积累总量的6.8%和6.1分别为CA和CT单一作物的植物。在收获阶段CT间作明显高于粮食(590公斤公顷- - - - - -¹),而CA间作系统(472公斤公顷1)。在收获季节,总生物量显著低于测量生物量测量由于litterfall开花的时候。在单一作物系统中,一个重要的荚干重的增加导致更高的1465公斤公顷1CA和1618公斤公顷1CT。总生物量生产1874.4和1463.9公斤公顷- - - - - -¹谷物占50.4%和46.3,分别为CA和CT单一作物。总季节性豇豆litterfall很低在间作CA情节记录只有264公斤公顷- - - - - -¹和408公斤公顷- - - - - -¹在相应CT图(图2)。单一作物治疗最大的litterfall由高生物质产量。CA的阴谋下间作记录994公斤公顷- - - - - -¹而相应CT治疗记录1217公斤公顷- - - - - -¹。

表3
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表3豇豆生物量积累在不同植物在开花和收获阶段部分受到耕作制度的影响。

图2
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图2豇豆´s累积litterfall不同种植制度。

N量2固定

在收获阶段之间没有显著差异被发现植物部分和种植制度和整体加权N意味着不同的2.6%和2.4之间。加权δ15N意味着不同CT单一作物的1.5和2.4‰之间CT间作作物(表4)。加权意味着不同的CA间作的0.9和2.9‰之间CT间作和降低(p < 0.05)在开花而收获阶段)。N固定总额是94.6公斤单一作物在CA和较低与CT(83.5公斤图3,4)。间作明显减少了大量的固定N分别为31.5公斤和27.0公斤CA和CT (图4)。

表4
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表4% Ndfa,δ15N, N累积(公斤公顷量1)和N来自固定(公斤公顷量1对豇豆植物在不同种植制度。

图3
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图3N固定的百分比受到耕作制度的影响,(一)在不同采样时间(B)的整体。

图4
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图4N量固定在公斤每公顷种植制度的影响,(一)在不同采样时间(B)的整体。

讨论

研究发现只有薄弱的证据表明,有节(结节)是改善CA管理相比,CT的差异没有统计学意义。减少耕作报道加强根瘤菌数量在肯尼亚西部(Omondi et al ., 2014)。一般来说,长期(CA显著提高土壤微生物活动Henneron et al ., 2014;Habig Swanepoel, 2015),这样的结果结合豇豆的混杂特性意味着BNF在CA情节可能增强。此外,改善水分条件,通常观察到CA管理下,可以在提高BNF也很重要。例如,吉马良斯et al。(2015)测试有节响应对土壤水的可用性,发现最高有节60 - 80%水的可用性,显著降低外这种光谱可能由于缺乏有氧条件粘质土壤。因此,改善排水可能部分解释了趋势下更高的有节CA系统。

有节以来发生在植物生长的早期阶段根系分泌物逐渐失去对细菌感染的易感性。可以看到,小结节开始种植后2 - 3周。结节活动将在高峰峰值植物生物质生产减少氮分配的粮食。Belane和Dakora (2009)测试30豇豆基因型和报告整体结节数字6和85年之间,虽然偏离范围中发现文学(Karikari et al ., 2015)。我们的研究结果表明,有节的过程是成功的高达74在CA治疗结节/工厂。显著增加的结节数量增加的应用P被广泛报道(吴,Arima, 1992年;灯塔et al ., 2020;多个et al ., 2021;汗et al ., 2022)。虽然Kiboko P和K没有限制因素(P 12.3和22.9毫克公斤之间土壤K范围介于261.2和355.9毫克公斤土)的18公斤公顷量1Nmin和46公斤的P ha土壤床准备玉米间作作物的植物可能会增强根瘤菌种群。同时,应用P为6.8公斤/公顷种植豇豆植物4周后可能导致改善植物代谢过程以及共生。结节间作系统中有一个更高的N量大N有关2固定的活动。然而,更高的% N不会转化为δ明显降低15N丰富的结节。有节在植物从CA治疗更为明显,而在开花阶段报告更高(p < 0.05) % N的尤其是在茎和根。

豇豆是滥交的豆类由于大量根瘤菌属的细菌可以建立根结节(Ndungu et al ., 2018)以及non-rhizobia内生菌的相互作用在结节等次要但重要的化学通路磷酸溶液化(Marciano et al ., 2012)。豇豆的混杂特性可能导致豇豆在田间接种反应良好(马毛绳,2001)。这种现象的优点是它可以剪裁没有菌剂或生物肥料因为一些本地菌株比介绍了适应特定的土壤条件。在这项研究中有节与大量的土著细菌成功30至100结节被报道在一些植物接种。Kyei-Boahen et al。(2017)报道,结节的数量在肯尼亚治疗没有根瘤菌接种在不同位置时8至15接种人数翻了一倍,导致粮食产量增加。

在本文中,我们报告了类似的% Ndfa值单一作物和间作系统类似报道Kihara给et al。(2011)。作者也没有发现差异% Ndfa CA和CT间作系统之间总体平均值在68.8%和56.5之间。混合种植制度的主要假设是间作竞争将导致增加BNF通过刺激的拳击效果豆类(因特网et al ., 2018),允许non-legume利用从土壤中N。然而,这似乎是没有在我们的实验中。我们发现,而这一趋势有较高的矿物N间作的可用性(表1),可能由于长期的好处固定N的输入,当我们执行我们的测量(7)减少豆类的需要提高N2固定在与玉米竞争。此外,MBILI系统双行可能减少了直接根竞争或保留在单行系统相比更密切的交互影响。这间作MBILI系统的竞争减少可能导致与种植制度对豇豆的BNF容量的影响在耕作的治疗方法。此外,万斯和Heichel (1981)是一种有节和N0之间成反比关系3可用性,确认豇豆将更少的资源分配给根和根瘤发展(并最终N2固定)矿物N是丰富的。两个玉米间作设计的相间两豆类行称为MBILI系统(Mucheru-Muna et al ., 2009),还增强了光由下层木豆类拦截导致减少竞争和大豆类的生产力。大豆类然而会导致生产力的增加% Nfa和N2固定数量(Rusinamhodzi et al ., 2006;Rusinamhodzi et al ., 2012)。

有几个地方我们在研究中发现,在未来可能需要改进。我们的研究结果是基于测量在一个赛季虽然进行现场试验已经进行了7年。由于许多混杂因素在田间试验和微妙的互动,重复测量跨季节会导致更健壮的结果即使我们不要认为可以改变了主要的发现。密切关注更多的N动力学/季节的不同系统可能会进一步加强我们的论点的影响MBILI系统和回收的固定N的BNF间作系统。

结论

本文的目的是评估保护实践的影响包括maize-cowpea间作对豇豆的豆科植物修复能力。CA生物固氮过程的影响(BNF)积极虽然与传统耕作制治疗没有明显不同。种植制度(独家vs间作)是重要的,BNF的数量是总生物量生产直接相关的唯一作物间作。这些结果表明,CA有潜力提高BNF过程,但还有一个需要探索未来的选择空间布置在短期豇豆和玉米间作减少竞争,提高豇豆的生产率和优化BNF的过程。

数据可用性声明

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。

作者的贡献

FB -数据收集和分析,手稿帐面价值的LR -实验设计,数据可视化,手稿帐面价值的GC -概念化的研究手稿编辑。所有作者的文章和批准提交的版本。

资金

本研究成为可能通过项目可持续集约化Maize-Legume系统在东部和南部非洲粮食安全——SIMLESA由澳大利亚国际农业研究中心(ACIAR)通过授予国际玉米和小麦改良中心(CSE / 2009/024变异3),以及非洲的耐旱玉米(DTMA)支持的比尔和梅林达•盖茨基金会(gmgf每年,格兰特OPPGD1390)和CGIAR在玉米玉米(CRP)研究项目。费迪南Binacchi承认菲亚特-潘尼斯赫尔曼博士授予他一个基金会Eiselen海外奖学金,他的时间。

确认

本研究成为可能通过项目可持续集约化Maize-Legume系统在东部和南部非洲粮食安全——SIMLESA由澳大利亚国际农业研究中心(ACIAR)通过授予国际玉米和小麦改良中心(CSE / 2009/024变异3),以及非洲的耐旱玉米(DTMA)支持的比尔和梅林达•盖茨基金会(gmgf每年,格兰特OPPGD1390)和CGIAR在玉米玉米(CRP)研究项目。我们感谢乔治Oriyo管理长期试验以及数据收集。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

引用

安德森j . M。,Ingram J. S. I. (1993).热带土壤生物学和肥力:手册的方法(英国瓦林福德:出租车国际)。

谷歌学术搜索

Aryal。,Devkota A. K., Aryal K., Mahato M. (2021). Effect of different levels of phosphorus on growth and yield of Cowpea varieties in Dang, Nepal.j·阿格利司。自然Resour。4 (1),62 - 78。doi: 10.3126 / janr.v4i1.33228

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Ayuke f . O。Kihara给J。,Ayaga G。,Micheni A. N. (2019). Conservation agriculture enhances soil fauna richness and abundance in low input systems: Examples from Kenya.前面。环绕。科学。7所示。doi: 10.3389 / fenvs.2019.00097

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Babal B。,Phogat V. K., Sharma M. K., Ahlawat S. (2021). Impact of long-term conservation agriculture induced changes in soil properties on persistence of pendimethalin under different cropping systems.土壤物。59 (3),299 - 308。doi: 10.1071 / SR20122

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Baudron F。,Jaleta M., Okitoi O., Tegegn A. (2014). Conservation agriculture in African mixed crop-livestock systems: Expanding the niche.农业Ecosyst。环绕。187 (0)171 - 182。doi: 10.1016 / j.agee.2013.08.020

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Belane a K。,Dakora f . D。(2009). ). measurement of N2 fixation in 30 cowpea (Vigna unguiculata l. walp.) genotypes under field conditions in Ghana, using the15N natural abundance technique.共生48 (1),47-56。doi: 10.1007 / s00374 - 009 - 0415 - 6

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Chivenge P P。,Murwira H. K., Giller K. E., Mapfumo P., Six J. (2007). Long-term impact of reduced tillage and residue management on soil carbon stabilization: Implications for conservation agriculture on contrasting soils.土壤耕作Res。94年,328 - 337。doi: 10.1016 / j.still.2006.08.006

CrossRef全文|谷歌学术搜索

国际玉米和小麦改良中心(2013)。Kiboko作物研究站:一个简短的和游客的向导(肯尼亚内罗毕:国际玉米和小麦改良中心)。

谷歌学术搜索

Dakora f . D。,Belane a K。(2019). Evaluation of protein and micronutrient levels in edible cowpea (Vigna unguiculata l. walp.) leaves and seeds.前面。维持。食品系统。3所示。doi: 10.3389 / fsufs.2019.00070

CrossRef全文|谷歌学术搜索

粮农组织(2008)。可以在:http://www.fao.org/ag/ca/

谷歌学术搜索

因特网a . C。,van den Brand G. J., Vanlauwe B., Giller K. E. (2018). Sustainable intensification through rotations with grain legumes in Sub-Saharan Africa: A review.农业Ecosyst。环绕。261年,172 - 185。doi: 10.1016 / j.agee.2017.09.029

CrossRef全文|谷歌学术搜索

外邦人R。,Vanlauwe B。,Chivenge P., Six J. (2008). Interactive effects from combining fertilizer and organic residue inputs on nitrogen transformations.土壤生物。物化学。40 (9),2375 - 2384。doi: 10.1016 / j.soilbio.2008.05.018

CrossRef全文|谷歌学术搜索

马毛绳k . e . (2001)。固氮在热带种植制度(纽约:CABI出版社)。

谷歌学术搜索

吉马良斯·l·S。,Bonfim-Silva E. M., Fornazier Moreira J. C., Kamila Bosa C., Soares da Silva S. L., Araújo da Silva T. J. (2015). Effects of inoculation of rhizobium on nodulation and nitrogen accumulation in cowpea subjected to water availabilities.点。j .植物科学。06 (09),1378 - 1384。doi: 10.4236 / ajps.2015.69137

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Habig J。,Swanepoel C. (2015). Effects of conservation agriculture and fertilization on soil microbial diversity and activity.环境2 (4),358 - 384。doi: 10.3390 / environments2030358

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Henneron L。,Bernard L., Hedde M., Pelosi C., Villenave C., Chenu C., et al. (2014). Fourteen years of evidence for positive effects of conservation agriculture and organic farming on soil life.阿格龙。维持。Dev。35 (1),169 - 181。doi: 10.1007 / s13593 - 014 - 0215 - 8

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Karikari B。,Arkorful E., Addy S. (2015). Growth, nodulation and yield response of cowpea to phosphorus fertilizer application in Ghana.j·阿格龙。14 (4),234 - 240。doi: 10.3923 / ja.2015.234.240

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Kaumbutho P。,Kienzle J。,Centre de Coopération Internationale de Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD), Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) (2007). “Conservation agriculture as practised in Kenya: two case studies,” in保护性农业在非洲(内罗毕,巴黎,罗马:非洲保护性耕作网络(ACT)。

谷歌学术搜索

Kebede E。,Bekeko Z., Tejada Moral M. (2020). Expounding the production and importance of cowpea (Vigna unguiculata (L.) walp.) in Ethiopia.令人信服的食物阿格利司。6 (1)doi: 10.1080 / 23311932.2020.1769805

《公共医学图书馆摘要》|CrossRef全文|谷歌学术搜索

汗H。,Akbar W. A., Shah Z., Rahim H. U., Taj A., Alatalo J. M. (2022). Coupling phosphate-solubilizing bacteria (PSB) with inorganic phosphorus fertilizer improves mungbean (Vigna radiata) phosphorus acquisition, nitrogen fixation, and yield in alkaline-calcareous soil.Heliyon8 (3),e09081。doi: 10.1016 / j.heliyon.2022.e09081

《公共医学图书馆摘要》|CrossRef全文|谷歌学术搜索

Kihara给J。,Martius C., Bationo A., Vlek P. L. G. (2011). Effects of tillage and crop residue application on soybean nitrogen fixation in a tropical ferralsol.农业1 (1),22-37。doi: 10.3390 / agriculture1010022

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Kyei-Boahen年代。,Savala C. E. N., Chikoye D., Abaidoo R. (2017). Growth and yield responses of cowpea to inoculation and phosphorus fertilization in different environments.前面。植物科学。8,646。doi: 10.3389 / fpls.2017.00646

《公共医学图书馆摘要》|CrossRef全文|谷歌学术搜索

梅林。m . L。,Fonsêca Sousa Soares C. R., de Oliveira S. M., Avelar Ferreira P. A., Lima Soares B., de Fráguas Carvalho R., et al. (2012). Biological nitrogen fixation and phosphate solubilization by bacteria isolated from tropical soils.植物的土壤357 (1 - 2),289 - 307。doi: 10.1007 / s11104 - 012 - 1157 - z

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Mgolozeli年代。,Nciizah A. D., Wakindiki I. I. C., Mudau F. N. (2020). Innovative pro-smallholder farmers’ permanent mulch for better soil quality and food security under conservation agriculture.农学10日,605年。doi: 10.3390 / agronomy10040605

CrossRef全文|谷歌学术搜索

杨爱瑾T。,Ushio M., Fukui S., Kondoh M. (2010). Functional diversity of microbial decomposers facilitates plant coexistence in a plant–microbe–soil feedback model.Proc。国家的。学会科学。107 (32),14251 - 14256。doi: 10.1073 / pnas.0914281107

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Mucheru-Muna M。,Pypers P。,Mugendi D., Kung'u J., Mugwe J., Merckx R., et al. (2009). A staggered maize-legume intercrop arrangement robustly increases crop yields and economic returns in the highlands of central Kenya.作物Res。115 (2),132 - 139。doi: 10.1016 / j.fcr.2009.10.013

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Mugwe J。,Ngetich F., Otieno E. O. (2019). Integrated Soil Fertility Management in Sub-Saharan Africa: Evolving Paradigms Toward Integration. In: Leal Filho W., Azul A., Brandli L., Özuyar P., Wall T.(eds)零饥饿。百科全书的联合国可持续发展目标。施普林格,可汗,瑞士。doi: 10.1007 / 978 - 3 - 319 - 69626 - 3 _71 - 1

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Mupangwa W。,Twomlow S., Walker S. (2012). Reduced tillage, mulching and rotational effects on maize (Zea mays l.), cowpea (Vigna unguiculata (Walp) l.) and sorghum (Sorghum bicolor l. (Moench)) yields under semi-arid conditions.作物Res。132 (0)139 - 148。doi: 10.1016 / j.fcr.2012.02.020

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Ndungu s M。,Messmer M. M., Ziegler D., Gamper H. A., Mészáros al.,,É., Thuita M., et al. (2018). Cowpea (Vigna unguiculata l. walp) hosts several widespread bradyrhizobial root nodule symbionts across contrasting agro-ecological production areas in Kenya.农业Ecosyst。环绕。261年,161 - 171。doi: 10.1016 / j.agee.2017.12.014

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Omondi o . J。,Mungai N. W., Ouma J. P., Baijukya F. P. (2014). Effect of tillage on biological nitrogen fixation and yield of soybean (Glycine max l. merril) varieties.欧斯特。j .作物科学。8 (8),1140 - 1146。

谷歌学术搜索

灯塔c。Atiah K。,Frimpong K. A., Danquah A., Asare A. T., Aggor-Woananu S. (2020). Application of biochar and inorganic phosphorus fertilizer influenced rhizosphere soil characteristics, nodule formation and phytoconstituents of cowpea grown on tropical soil.Heliyon6 (10),e05255。doi: 10.1016 / j.heliyon.2020.e05255

《公共医学图书馆摘要》|CrossRef全文|谷歌学术搜索

Pittelkow c . M。,Linquist B. A., Lundy M. E., Liang X., van Groenigen K. J., Lee J., et al. (2015). When does no-till yield more? a global meta-analysis.作物Res。183年,156 - 168。doi: 10.1016 / j.fcr.2015.07.020

CrossRef全文|谷歌学术搜索

漂亮的J。,Toulmin C., Williams S. (2011). Sustainable intensification in African agriculture.Int, j·阿格利司。可持续性9 (1),5-24。doi: 10.3763 / ijas.2010.0583

CrossRef全文|谷歌学术搜索

RStudio团队。(2022)。r . RStudio RStudio:集成开发、中国人民银行、波士顿,MA。可以在:http://www.rstudio.com/

谷歌学术搜索

Rusinamhodzi L。,Corbeels M。,Nyamangara J., Giller K. E. (2012). Maize-grain legume intercropping is an attractive option for ecological intensification that reduces climatic risk for smallholder farmers in central Mozambique.作物Res。。136年,12日至22日doi: 10.1016 / j.fcr.2012.07.014

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Rusinamhodzi L。,Corbeels M。,Van Wijk M. T., Rufino M. C., Nyamangara J., Giller K. E. (2011). A meta-analysis of long-term effects of conservation agriculture on maize grain yield under rain-fed conditions.阿格龙。维持。Dev。31 (4),657 - 673。doi: 10.1007 / s13593 - 011 - 0040 - 2

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Rusinamhodzi L。Murwira h·K。,Nyamangara J。(2006). Cotton-cowpea intercropping and its N2 fixation capacity improves yield of a subsequent maize crop under Zimbabwean rain-fed conditions.植物的土壤287 (1 - 2),327 - 336。doi: 10.1007 / s11104 - 006 - 9080 - 9

CrossRef全文|谷歌学术搜索

桑锦格N。,Woomer P. L. (2009).在非洲土壤肥力综合管理:原则,实践和发展的过程(肯尼亚内罗毕:国际热带农业中心)。

谷歌学术搜索

萨维尔d . j . (2003)。基本统计信息和多重比较的矛盾过程。可以。j . Exp Psychol。57 (3),167 - 175。doi: 10.1037 / h0087423

《公共医学图书馆摘要》|CrossRef全文|谷歌学术搜索

夏皮罗在美国。,Wilk M. B. (1965). An analysis of variance test for normality (Complete samples).生物统计学52 (3 - 4),591 - 611。doi: 10.1093 / biomet / 52.3 - -4.591

CrossRef全文|谷歌学术搜索

希勒g B。,Kohl D. H. (1986). N2-fixation in field settings: Estimations based on natural 15N abundance.欧斯特。j .植物杂志。13日,699 - 756。doi: 10.1071 / PP9860699

CrossRef全文|谷歌学术搜索

希勒g B。,Kohl D. H. (1990).15 N生物固氮作用的天然丰度测量方法:实用性和可能性。稳定同位素在植物营养、土壤肥力和环境研究学报》国际研讨会上使用稳定同位素在植物营养、土壤肥力和环境研究。国际原子能机构。页103 - 115。

谷歌学术搜索

Snedecor g·W。,Cochran W. G. (1989).统计方法(美国爱荷华州,爱荷华州立大学出版社)。

谷歌学术搜索

管家p R。,Dougill A. J., Thierfelder C., Pittelkow C. M., Stringer L. C., Kudzala M., et al. (2018). The adaptive capacity of maize-based conservation agriculture systems to climate stress in tropical and subtropical environments: A meta-regression of yields.农业Ecosyst。环绕。251年,194 - 202。doi: 10.1016 / j.agee.2017.09.019

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Trenbath b r (1986)。在间作作物资源使用。在弗朗西斯·c·a . (Ed)。多个种植系统(纽约,麦克米伦),57 - 81。

谷歌学术搜索

Unkovich M。,Herridge D., Peoples M., Cadisch G., Boddey R., Giller K. E., et al. (2008).在农业系统测量相伴的植物固氮(澳大利亚堪培拉:ACIAR), 258年。

谷歌学术搜索

万斯·c·P。,Heichel G. H. (1981). Nitrate assimilation during vegetative regrowth of alfalfa.植物杂志。68 (5),1052 - 1057。doi: 10.1104 / pp.68.5.1052

《公共医学图书馆摘要》|CrossRef全文|谷歌学术搜索

范Hulst f·J。,Posthumus H. (2016). Understanding (non-) adoption of conservation agriculture in Kenya using the reasoned action approach.土地使用政策56岁,303 - 314。doi: 10.1016 / j.landusepol.2016.03.002

CrossRef全文|谷歌学术搜索

Vanlauwe B。,B一个tiono A., Chianu J., Giller K. E., Merckx R., Mokwunye U., et al. (2010). Integrated soil fertility management: Operational definition and consequences for implementation and dissemination.前景阿格利司。39 (1)17-24。doi: 10.5367 / 000000010791169998

CrossRef全文|谷歌学术搜索

吴J。,Arima Y. (1992). Effect ofRhizobiuminoculation and application of n, p, K fertilizer on the growth and nitrogen fixation of field-grown Chinese milk vetch.土壤科学。植物减轻。38 (1),75 - 84。doi: 10.1080 / 00380768.1992.10416954

CrossRef全文|谷歌学术搜索

关键词:可持续集约化、小农、保护农业、生物固氮、种植制度

引用:Binacchi F, Rusinamhodzi L和Cadisch G(2022)保护性农业的潜力提高固氮豇豆在半干旱条件下的肯尼亚。前面。阿格龙。4:988090。doi: 10.3389 / fagro.2022.988090

收到:2022年7月06;接受:2022年9月20日;
发表:2022年10月07。

编辑:

Lydiah Gatere粮农组织席尔瓦Mediterranea,意大利

审核:

Cosmas Parwada津巴布韦开放大学,津巴布韦
以斯帖Nyaradzo Masvaya,Marondera农业科学技术大学(MUAST),津巴布韦

版权©2022 Binacchi Rusinamhodzi Cadisch。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。

*通信:伦纳德RusinamhodziL.Rusinamhodzi@cgiar.org

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