Biological N2-fixation, grain yield and N2O emissions : the role of conservation agriculture and biochar in unfertilized tropical soils

Soil nitrogen (N) is one of the limiting factors affecting crop production in sub-Saharan Africa. Continuous nutrient mining during crop production without replenishment result in infertile soils. Uganda’s national average fertilizer use in subsistence cropping systems is a paltry 2.44 kg ha yr-1 which is even lower than 23 kg ha-1 yr-1, the average inorganic fertilizer use in SSA. In the case of limited resources, alternatives strategies such as leveraging on the biological N2- fixation potential of legumes can be explored. Integrating legumes into cropping systems, along with reduced tillage and residues retention, key principles of conservation agriculture (CA) has been promoted to sustainably enhance crop yields. CA is not universally effective due to variability of agro-ecosystems in resource endowment, labour availability and preferences, thus forfeiting all its ecological benefits. Although it might not be feasible to implement and adopt all the three main principles of CA, one or two principles can be used with other sustainable practices and still achieve comparable results with the full package of CA. For example, addition of biochar to planting basins and/or rip lines is common in CA systems, thus allowing for precision application into the rooting zone of crops and reducing the amount of biochar needed for fertility effects.

Jords nitrogeninnhold er en av de begrensende faktorene som påvirker avlingsproduksjonen i Afrika sør for Sahara. Kontinuerlig uttak av næringsstoffer i avling og biomasse uten at dette kompenseres for f.eks. gjennom gjødsling, resulterer i en reduksjon av jordas fruktbarhet. Ugandas nasjonale gjennomsnittlige bruk av gjødsel på dyrka mark er 2,44 kg ha yr-1. Dette er lavere enn 23 kg ha-1 yr-1, som er gjennomsnittet for bruk av uorganisk gjødsel i SSA. Når ressursene er begrenset, kan alternative strategier slik som å utnytte det biologiske N2- fikseringspotensialet til belgvekster være et alternativ. Bevaringsjordbruk (CA) inkluderer nøkkelprinsippene vekstskifte (mais – leguminose), redusert jordbearbeiding og tilbakeføring av planterester for å opprettholde et permanent jorddekke. Denne praksisen er blitt fremmet for å øke avlingene på en bærekraftig måte. CA er imidlertid ikke effektiv over alt på grunn av variasjoner av agro-økosystemer når det gjelder ressursbruk, mangel på arbeidskraft og preferanser, som gjøre at noen av de økologiske fordelene med CA uteblir. Selv om det kanskje ikke er mulig å implementere og ta i bruk alle de tre hovedprinsippene til CA, kan ett eller to prinsipper brukes sammen med andre bærekraftige praksiser for fortsatt å oppnå sammenlignbare resultater som når alle tre prinsipper tas i bruk. For eksempel er tilsetning av biokull til plantebassenger og/eller til rader med planter vanlig i CA-systemer, noe som muliggjør presisjonspåføring i rotsonen til plantene og som reduserer mengden biokull som trengs for å bedre jordas fruktbarhet. Biokull er et karbonrikt produkt laget ved pyrolyse av organisk avfall. Potensiell jordforbedring med biokull vekker mye oppmerksomhet og har blitt foreslått som en lovende løsning for å øke avlingene spesielt i dårlig jord og for å regulere jords N-syklus.