Published September 24, 2020
| Version v1
Publication
Open
Combining organic and mineral fertilizers as a climate-smart integrated soil fertility management practice in sub-Saharan Africa: A meta-analysis
Creators
- 1. International Institute of Tropical Agriculture
- 2. KU Leuven
- 3. Climate Change, Agriculture and Food Security
- 4. ETH Zurich
Description
Low productivity and climate change require climate-smart agriculture (CSA) for sub-Saharan Africa (SSA), through (i) sustainably increasing crop productivity, (ii) enhancing the resilience of agricultural systems, and (iii) offsetting greenhouse gas emissions. We conducted a meta-analysis on experimental data to evaluate the contributions of combining organic and mineral nitrogen (N) applications to the three pillars of CSA for maize (Zea mays). Linear mixed effect modeling was carried out for; (i) grain productivity and agronomic efficiency of N (AE) inputs, (ii) inter-seasonal yield variability, and (iii) changes in soil organic carbon (SOC) content, while accounting for the quality of organic amendments and total N rates. Results showed that combined application of mineral and organic fertilizers leads to greater responses in productivity and AE as compared to sole applications when more than 100 kg N ha-1 is used with high-quality organic matter. For yield variability and SOC, no significant interactions were found when combining mineral and organic fertilizers. The variability of maize yields in soils amended with high-quality organic matter, except manure, was equal or smaller than for sole mineral fertilizer. Increases of SOC were only significant for organic inputs, and more pronounced for high-quality resources. For example, at a total N rate of 150 kg N ha-1 season-1, combining mineral fertilizer with the highest quality organic resources (50:50) increased AE by 20% and reduced SOC losses by 18% over 7 growing seasons as compared to sole mineral fertilizer. We conclude that combining organic and mineral N fertilizers can have significant positive effects on productivity and AE, but only improves the other two CSA pillars yield variability and SOC depending on organic resource input and quality. The findings of our meta-analysis help to tailor a climate smart integrated soil fertility management in SSA.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تتطلب الإنتاجية المنخفضة وتغير المناخ زراعة ذكية مناخياً (CSA) لأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى (SSA)، من خلال (1) زيادة إنتاجية المحاصيل على نحو مستدام، (2) تعزيز مرونة النظم الزراعية، و (3) تعويض انبعاثات غازات الدفيئة. أجرينا تحليلًا تلويًا للبيانات التجريبية لتقييم مساهمات الجمع بين تطبيقات النيتروجين العضوي والمعدني (N) في الركائز الثلاث لـ CSA للذرة (ZEA mays). تم تنفيذ نمذجة التأثير المختلط الخطي من أجل ؛ (1) إنتاجية الحبوب والكفاءة الزراعية لمدخلات N (AE)، (2) تقلب العائد بين المواسم، و (3) التغيرات في محتوى الكربون العضوي في التربة (SOC)، مع مراعاة جودة التعديلات العضوية ومعدلات N الإجمالية. أظهرت النتائج أن الاستخدام المشترك للأسمدة المعدنية والعضوية يؤدي إلى استجابات أكبر في الإنتاجية و AE مقارنة بالتطبيقات الوحيدة عند استخدام أكثر من 100 كجم من N ha -1 مع مواد عضوية عالية الجودة. بالنسبة لتقلب الغلة ومخزون الكربون العضوي في التربة، لم يتم العثور على تفاعلات كبيرة عند الجمع بين الأسمدة المعدنية والعضوية. كانت تقلبات محاصيل الذرة في التربة المعدلة بمواد عضوية عالية الجودة، باستثناء السماد، مساوية أو أصغر من الأسمدة المعدنية الوحيدة. كانت الزيادات في مخزون الكربون العضوي في التربة كبيرة فقط بالنسبة للمدخلات العضوية، وأكثر وضوحًا بالنسبة للموارد عالية الجودة. على سبيل المثال، عند معدل N إجمالي قدره 150 كجم N ha -1 الموسم 1، أدى الجمع بين الأسمدة المعدنية والموارد العضوية عالية الجودة (50:50) إلى زيادة AE بنسبة 20 ٪ وتقليل خسائر مخزون الكربون العضوي في التربة بنسبة 18 ٪ على مدار 7 مواسم نمو مقارنة بالأسمدة المعدنية الوحيدة. نستنتج أن الجمع بين الأسمدة العضوية والمعدنية N يمكن أن يكون له آثار إيجابية كبيرة على الإنتاجية و AE، ولكنه يحسن فقط الركيزتين الأخريين CSA يؤدي إلى تقلب ومخزون الكربون العضوي في التربة اعتمادًا على مدخلات الموارد العضوية وجودتها. تساعد نتائج تحليلنا التلوي في تصميم إدارة متكاملة لخصوبة التربة ذكية مناخياً في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى.Translated Description (French)
La faible productivité et le changement climatique nécessitent une agriculture intelligente face au climat (AIC) pour l'Afrique subsaharienne (Ass), grâce à (i) l'augmentation durable de la productivité des cultures, (ii) l'amélioration de la résilience des systèmes agricoles et (iii) la compensation des émissions de gaz à effet de serre. Nous avons mené une méta-analyse sur des données expérimentales pour évaluer les contributions de la combinaison d'applications d'azote organique et minéral (N) aux trois piliers de l'ASC pour le maïs (Zea mays). La modélisation linéaire à effets mixtes a été réalisée pour : (i) la productivité céréalière et l'efficacité agronomique des intrants N (AE), (ii) la variabilité intersaisonnière du rendement et (iii) les changements dans la teneur en carbone organique (COS) du sol, tout en tenant compte de la qualité des amendements organiques et des taux d'azote total. Les résultats ont montré que l'application combinée d'engrais minéraux et organiques conduit à de meilleures réponses en termes de productivité et d'AE par rapport aux applications uniques lorsque plus de 100 kg N ha-1 sont utilisés avec de la matière organique de haute qualité. Pour la variabilité du rendement et le COS, aucune interaction significative n'a été trouvée lors de la combinaison d'engrais minéraux et organiques. La variabilité des rendements du maïs dans les sols amendés avec de la matière organique de haute qualité, à l'exception du fumier, était égale ou inférieure à celle des engrais minéraux uniques. Les augmentations du COS n'étaient significatives que pour les intrants biologiques, et plus prononcées pour les ressources de haute qualité. Par exemple, à un taux d'azote total de 150 kg N ha-1 saison-1, la combinaison d'engrais minéraux avec des ressources organiques de la plus haute qualité (50:50) a augmenté l'AE de 20 % et réduit les pertes de COS de 18 % sur 7 saisons de croissance par rapport à l'engrais minéral unique. Nous concluons que la combinaison d'engrais azotés organiques et minéraux peut avoir des effets positifs significatifs sur la productivité et l'AE, mais n'améliore que la variabilité du rendement et le COS des deux autres piliers de la CSA en fonction de l'apport et de la qualité des ressources organiques. Les résultats de notre méta-analyse aident à adapter une gestion intégrée de la fertilité des sols intelligente face au climat en Afrique subsaharienne.Translated Description (Spanish)
La baja productividad y el cambio climático requieren una agricultura climáticamente inteligente (CSA) para el África subsahariana (SSA), a través de (i) aumentar de manera sostenible la productividad de los cultivos, (ii) mejorar la resiliencia de los sistemas agrícolas y (iii) compensar las emisiones de gases de efecto invernadero. Realizamos un metanálisis sobre datos experimentales para evaluar las contribuciones de la combinación de aplicaciones de nitrógeno orgánico y mineral (N) a los tres pilares de CSA para maíz (Zea mays). Se llevó a cabo un modelado lineal de efecto mixto para; (i) la productividad del grano y la eficiencia agronómica de los insumos de N (AE), (ii) la variabilidad del rendimiento entre estaciones y (iii) los cambios en el contenido de carbono orgánico del suelo (SOC), al tiempo que se tuvo en cuenta la calidad de las enmiendas orgánicas y las tasas totales de N. Los resultados mostraron que la aplicación combinada de fertilizantes minerales y orgánicos conduce a mayores respuestas en productividad y AE en comparación con las aplicaciones únicas cuando se utilizan más de 100 kg de N ha-1 con materia orgánica de alta calidad. Para la variabilidad del rendimiento y el COS, no se encontraron interacciones significativas al combinar fertilizantes minerales y orgánicos. La variabilidad de los rendimientos de maíz en los suelos modificados con materia orgánica de alta calidad, excepto el estiércol, fue igual o menor que para el único fertilizante mineral. Los aumentos del COS solo fueron significativos para los insumos orgánicos y más pronunciados para los recursos de alta calidad. Por ejemplo, a una tasa total de N de 150 kg N ha-1 temporada-1, la combinación de fertilizante mineral con recursos orgánicos de la más alta calidad (50:50) aumentó el AE en un 20% y redujo las pérdidas de COS en un 18% durante 7 temporadas de cultivo en comparación con el único fertilizante mineral. Concluimos que la combinación de fertilizantes orgánicos y minerales de N puede tener efectos positivos significativos en la productividad y AE, pero solo mejora los otros dos pilares de CSA, la variabilidad del rendimiento y el COS, dependiendo de la entrada y calidad de los recursos orgánicos. Los hallazgos de nuestro metanálisis ayudan a adaptar una gestión integrada de la fertilidad del suelo climáticamente inteligente en SSA.Files
journal.pone.0239552&type=printable.pdf
Files
(3.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:dd923599aebde4f26b8811e0e17457b2
|
3.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الجمع بين الأسمدة العضوية والمعدنية كممارسة ذكية مناخياً للإدارة المتكاملة لخصوبة التربة في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى: تحليل تلوي
- Translated title (French)
- Combiner les engrais organiques et minéraux en tant que pratique de gestion intégrée de la fertilité des sols intelligente face au climat en Afrique subsaharienne : une méta-analyse
- Translated title (Spanish)
- Combinar fertilizantes orgánicos y minerales como una práctica de gestión integrada de la fertilidad del suelo climáticamente inteligente en el África subsahariana: un metanálisis
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3088396325
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0239552
References
- https://openalex.org/W126562754
- https://openalex.org/W1487097628
- https://openalex.org/W1535545372
- https://openalex.org/W1600638585
- https://openalex.org/W1610339590
- https://openalex.org/W175273189
- https://openalex.org/W1890369228
- https://openalex.org/W1951724000
- https://openalex.org/W1964202549
- https://openalex.org/W1964752094
- https://openalex.org/W1970785699
- https://openalex.org/W1973673882
- https://openalex.org/W1977489361
- https://openalex.org/W1996525360
- https://openalex.org/W2003219879
- https://openalex.org/W2004631727
- https://openalex.org/W2006479978
- https://openalex.org/W2007435660
- https://openalex.org/W2007684262
- https://openalex.org/W2009253656
- https://openalex.org/W2015273195
- https://openalex.org/W2017860108
- https://openalex.org/W2018105531
- https://openalex.org/W2018112236
- https://openalex.org/W2019615274
- https://openalex.org/W2021222652
- https://openalex.org/W2031385406
- https://openalex.org/W2032199529
- https://openalex.org/W2034199236
- https://openalex.org/W2035901831
- https://openalex.org/W2038114358
- https://openalex.org/W2038842810
- https://openalex.org/W2042627471
- https://openalex.org/W2054221783
- https://openalex.org/W2054897709
- https://openalex.org/W2066519702
- https://openalex.org/W2073496766
- https://openalex.org/W2078771477
- https://openalex.org/W2079793371
- https://openalex.org/W2083039584
- https://openalex.org/W2083604799
- https://openalex.org/W2085154983
- https://openalex.org/W2087173643
- https://openalex.org/W2087469276
- https://openalex.org/W2088022094
- https://openalex.org/W2089704555
- https://openalex.org/W2104657845
- https://openalex.org/W2113699065
- https://openalex.org/W2124051144
- https://openalex.org/W2124052580
- https://openalex.org/W2124354221
- https://openalex.org/W2125195547
- https://openalex.org/W2125740993
- https://openalex.org/W2132535537
- https://openalex.org/W2136144008
- https://openalex.org/W2139168999
- https://openalex.org/W2142400170
- https://openalex.org/W2144189317
- https://openalex.org/W2147375258
- https://openalex.org/W2147970915
- https://openalex.org/W2148065586
- https://openalex.org/W2152309450
- https://openalex.org/W2157823046
- https://openalex.org/W2162852129
- https://openalex.org/W2162941490
- https://openalex.org/W2167715273
- https://openalex.org/W2328383386
- https://openalex.org/W2328487243
- https://openalex.org/W2515566083
- https://openalex.org/W255237640
- https://openalex.org/W2616805127
- https://openalex.org/W2768814085
- https://openalex.org/W2774486220
- https://openalex.org/W2790329997
- https://openalex.org/W2792612859
- https://openalex.org/W2799618837
- https://openalex.org/W2805487063
- https://openalex.org/W2913081551
- https://openalex.org/W3005758282
- https://openalex.org/W4230279088
- https://openalex.org/W4234715397
- https://openalex.org/W4240986008
- https://openalex.org/W4242131907
- https://openalex.org/W4244757950
- https://openalex.org/W9817016