Ecophysiological Experiments for Improving Landuse Patterns in the Drylands of Southeast Kenya by Means of Drought Resistant Leguminous Crops (Tepary Beans, Bambarra Groundnuts)
Abstract
This study deals with potential cultivation of the "minor pulses" of tepary beans (Phaseolus acutifolius) and bambarra groundnuts (Voandzeia/Vigna subterranea) with special reference to their ecophysiological demands.
The aim of this research is to supplement actual landuse patterns in those areas recently dominated by integrated Systems of crop cultivation and livestock production with ecologically adapted leguminous crops of high nutritional values. This would subsequently reduce the risks of crop failure, food crisis, and soil degradation (mainly by means of nitrogen fixation). Newly constructed growth containers gave possibilities to simulate different durations and intensities of water stress under controlled environmental conditions in climatic chamber experiments.
It was observed and recorded that teparies and bambarras possess different mechanisms of morphological and physiological adaptation to high temperature and water stress. This apparently includes the ability of osmotic adjustment. The patterns of adaptation to water stress are combined with defined hydrature periods closely connected with the reduction of soil moisture.
The results of the ecophysiological experiments were transformed into a numerical model. This methodological approach was combined with agroecological simulation computation and "scenario-concept", thus allowing to test the possibility of cultivation of defined crops in certain dryland sites and areas of Southeast Kenya.
The computations resulted in a spatial differentiation of potential cultivation patterns of tepary beans and bambarra groundnuts. Short-cycle teparies can be cultivated in all areas of the analyzed geographical transect. Successful cropping with a probability of about 67% is even confined to the more humid rainy seasons in the drier parts of the agroecological Zone 6 (Ranching Zone acc. to: JÄTZOLDa nd SCHMIDT1,9 8213; e.g. as additional cropping; See also: Fig. 5 and Tab. 2).
The tested variety of bambarra groundnuts turned out to need at least 75 days of sufficient water supply during the agrohumid period (Am) to receive the water requirements for obtaining minimum yields in two out of three years. Therefore, the spatial distribution is limited to the second rainy season of the sites in the Machakos District and in Voi as well as to the first rains of Mariakani.
Zusammenfassung
Zwei als „minor pulses" einzustufende Leguminosen, Tepary-Bohnen (Phaseolus acutifolius) und Bambarra-Erderbsen (VoandzeialVigna subterranea) wurden für ein potentielles Anbaugebiet im Agrosahel SE-Kenias unter besonderer Berücksichtigung ihrer ökophysiologischen Ansprüche getestet.
Das Ziel der Untersuchungen bestand in dem Versuch, die aktuellen Landnutzungssysteme im Trockengrenzbereich, die meistens Betriebsformen der Viehhaltung und des Anbaues integrieren, durch ökologisch angepaßte und ernährungsphysiologisch hochwertige Leguminosen zu ergänzen und damit das Produktionsrisiko sowie die Gefahr von Hungerkatastrophen bei gleichzeitiger Stabilisierung der Bodenfruchtbarkeit (V. a. durch symbiontische N2-Fixierung) zu minimieren.
In Klimakammerexperimenten konnte mit Hilfe neu konzipierter Bestandscontainer messend erfaßt werden, daß Tepary-Bohnen und Bambarra-Erderbsen über ein differenziertes Repertoire an morphologischen und physiologischen Anpassungsmöglichkeiten gegenüber extremen klimatischen Bedingungen wie Überhitzung und Austrocknung
verfügen.
Die experimentellen Ergebnisse wurden anschließend in ein numerisches Modell eingebracht, das mit Hilfe von Szenarientheorie und agrarökologischen Simulationsrechnungen die Austestung der Anbaufähigkeit bestimmter Standorte bzw. Regionen im Trockengrenzbereich SE-Kenias ermöglichte.
Es ergibt sich eine räumliche Differenzierung des potentiellen Anbaues von Tepary-Bohnen und Bambarra-Erderbsen:
Die kurzzyklischen Teparies können im gesamten Untersuchungsgebiet angebaut werden, wobei sogar an trockneren Standorten der agroökologischen Zone 6 (Ranching Zone: nach JÄTZOLDu nd SCHMIDT 1982/3), über die bisherige Regenfeldbaugrenze hinaus noch eine der beiden Regenzeiten potentiell anbaufähig ist (z.B. in der Form eines "additional cropping"; siehe Fig. 5 und Tab. 2).
Obwohl in der vorliegenden Untersuchung die nach dem bisherigen Kenntnisstand kurzzyklischste Varietät von Bambarra-Erderbsen verwendet wurde, scheint nur noch bei einer Länge der agrohumiden Periode (AHP) von mehr als 75 Tagen eine ausreichende Wasserversorgung zur Produktion des Minimalertrages in zwei von drei Jahren erreicht zu werden. Dies beschränkt ihre Einsatzmöglichkeiten auf die 2. AHP der nördlichen Standorte im Distrikt Machakos und von Voi sowie auf die 1. AHP des küstennahen Mariakani.
The aim of this research is to supplement actual landuse patterns in those areas recently dominated by integrated Systems of crop cultivation and livestock production with ecologically adapted leguminous crops of high nutritional values. This would subsequently reduce the risks of crop failure, food crisis, and soil degradation (mainly by means of nitrogen fixation). Newly constructed growth containers gave possibilities to simulate different durations and intensities of water stress under controlled environmental conditions in climatic chamber experiments.
It was observed and recorded that teparies and bambarras possess different mechanisms of morphological and physiological adaptation to high temperature and water stress. This apparently includes the ability of osmotic adjustment. The patterns of adaptation to water stress are combined with defined hydrature periods closely connected with the reduction of soil moisture.
The results of the ecophysiological experiments were transformed into a numerical model. This methodological approach was combined with agroecological simulation computation and "scenario-concept", thus allowing to test the possibility of cultivation of defined crops in certain dryland sites and areas of Southeast Kenya.
The computations resulted in a spatial differentiation of potential cultivation patterns of tepary beans and bambarra groundnuts. Short-cycle teparies can be cultivated in all areas of the analyzed geographical transect. Successful cropping with a probability of about 67% is even confined to the more humid rainy seasons in the drier parts of the agroecological Zone 6 (Ranching Zone acc. to: JÄTZOLDa nd SCHMIDT1,9 8213; e.g. as additional cropping; See also: Fig. 5 and Tab. 2).
The tested variety of bambarra groundnuts turned out to need at least 75 days of sufficient water supply during the agrohumid period (Am) to receive the water requirements for obtaining minimum yields in two out of three years. Therefore, the spatial distribution is limited to the second rainy season of the sites in the Machakos District and in Voi as well as to the first rains of Mariakani.
Zusammenfassung
Zwei als „minor pulses" einzustufende Leguminosen, Tepary-Bohnen (Phaseolus acutifolius) und Bambarra-Erderbsen (VoandzeialVigna subterranea) wurden für ein potentielles Anbaugebiet im Agrosahel SE-Kenias unter besonderer Berücksichtigung ihrer ökophysiologischen Ansprüche getestet.
Das Ziel der Untersuchungen bestand in dem Versuch, die aktuellen Landnutzungssysteme im Trockengrenzbereich, die meistens Betriebsformen der Viehhaltung und des Anbaues integrieren, durch ökologisch angepaßte und ernährungsphysiologisch hochwertige Leguminosen zu ergänzen und damit das Produktionsrisiko sowie die Gefahr von Hungerkatastrophen bei gleichzeitiger Stabilisierung der Bodenfruchtbarkeit (V. a. durch symbiontische N2-Fixierung) zu minimieren.
In Klimakammerexperimenten konnte mit Hilfe neu konzipierter Bestandscontainer messend erfaßt werden, daß Tepary-Bohnen und Bambarra-Erderbsen über ein differenziertes Repertoire an morphologischen und physiologischen Anpassungsmöglichkeiten gegenüber extremen klimatischen Bedingungen wie Überhitzung und Austrocknung
verfügen.
Die experimentellen Ergebnisse wurden anschließend in ein numerisches Modell eingebracht, das mit Hilfe von Szenarientheorie und agrarökologischen Simulationsrechnungen die Austestung der Anbaufähigkeit bestimmter Standorte bzw. Regionen im Trockengrenzbereich SE-Kenias ermöglichte.
Es ergibt sich eine räumliche Differenzierung des potentiellen Anbaues von Tepary-Bohnen und Bambarra-Erderbsen:
Die kurzzyklischen Teparies können im gesamten Untersuchungsgebiet angebaut werden, wobei sogar an trockneren Standorten der agroökologischen Zone 6 (Ranching Zone: nach JÄTZOLDu nd SCHMIDT 1982/3), über die bisherige Regenfeldbaugrenze hinaus noch eine der beiden Regenzeiten potentiell anbaufähig ist (z.B. in der Form eines "additional cropping"; siehe Fig. 5 und Tab. 2).
Obwohl in der vorliegenden Untersuchung die nach dem bisherigen Kenntnisstand kurzzyklischste Varietät von Bambarra-Erderbsen verwendet wurde, scheint nur noch bei einer Länge der agrohumiden Periode (AHP) von mehr als 75 Tagen eine ausreichende Wasserversorgung zur Produktion des Minimalertrages in zwei von drei Jahren erreicht zu werden. Dies beschränkt ihre Einsatzmöglichkeiten auf die 2. AHP der nördlichen Standorte im Distrikt Machakos und von Voi sowie auf die 1. AHP des küstennahen Mariakani.
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