Does long-term low-rate organic and inorganic nitrogen management guarantee maize yield under semi-arid conditions of eastern Kenya?

Abstract: 
Drier parts of Embu County endure high atmospheric heat, prolonged dry spells, declining soil fertility and erratic rainfall. Integrated soil fertility management (ISFM) technologies have been developed, and tested, with standardized application procedures and rates aimed at optimizing overall yield productivity. Despite their significant impacts, high variability in local soils and climate contributes to large variations and inconsistence in research results among replications of the expensive and limited (time/site/scenarios) experimental treatments. This occasions poor comparability of results within-and-without different agro-ecological zones (AEZs) due to the complex non-linear soil-climate-crop relations. Crop-growth simulation models suitably complement experimental research, to support decision making regarding soil fertility and water management. This study evaluated the performance of the Agricultural Production Systems Simulator (APSIM) model, parameterized and calibrated based on a rain-fed randomized complete block trial (2010-to-2013) at a research station in Machang’a, Embu County; and the long-term N management in maize production. The trials combined three and two level amendments each as follows; inorganic fertilizers (30 kg N ha-1, 60 kg N ha-1 and 90 kg N ha-1), goat manure, Lantana camara, Tithonia diversifolia (each at 30 kg N ha-1 and 60 kg N ha-1), Mucuna pruriens ( N depended on residue harvested; in a mirror rotation with maize) and control (TSP 60 kg ha-1); replicated three times. Half rate (30 kg N ha-1) applications were complimented by half rate inorganic fertilizer application. Model validation was based on goodness-of-fit between observed and simulated parameters derived from residual-errors statistics; root mean square error (RMSE), square of the correlation coefficient (R2), and model efficiency (EF). APSIM simulations adequately predicted observed maize crop-growth (Leaf Area Index; LAI, Grain yield, and biomass). Grain prediction across the treatments was good (R2=0.87 and EF>0.9) but biomass was slightly under-predicted (R2=67 and EF=0.87). Long-term (26 cropping seasons) simulations showed that moderate and low cost application of N (40 kg N ha”1 from combined manure and mineral fertilizer) improved both long-term average and the minimum guaranteed grain yield (2.5 Mg ha-1) and thus recommended for smallholder farmers especially in dry areas. These findings should be considered in conditions where P is added proportionally to N (P/ N in the range of 20 to 30%).
Les parties sèches du comté d’Embu subissent une haute chaleur atmosphérique, des périodes de sécheresse prolongées, la baisse de la fertilité des sols et de l’irrégularité des précipitations. La gestion des technologies de la fertilité intégrée des sols (GIFS) a été développée, et testée, avec des procédures et des taux d’application normalisés visant à optimiser la productivité globale du rendement. Malgré leurs impacts significatifs, une grande variabilité dans les sols locaux et le climat contribuent à d’importantes variations et incohérence dans les résultats de recherche entre les répétitions des (temps / site / scénarios) coûteuses et limitées traitements expérimentaux. Ceci donne une mauvaise comparabilité des résultats au sein et en dehors de différentes zones agro-écologiques (ZAE) en raison de non-linéaire des relations complexes sol-climat-cultures. Les modèles de simulation de croissance des cultures convenables, complètent la recherche expérimentale, pour appuyer la prise de décisions concernant la fertilité des sols et la gestion de l’eau. Cette étude a évalué la performance du modèle des Systèmes de Simulateur de Production Agricole (APSIM), paramétrée et calibrée sur la base d’un procès pluviale de blocs aléatoires complets (2010 à 2013) à une station de recherche dans Machang’a, dans le comté d’Embu comté; et la gestion de N, à long terme, dans la production de maïs. Les essais combinés de trois et de deux modifications apportées au niveau de chaque comme suit : engrais minéraux (30 kg N ha-1, 60 kg N ha-1 et 90 kg N ha-1), le fumier de chèvre, Lantana camara, Tithoniadiversifolia (chacun à 30 kg N ha-1 et 60 kg N ha-1), Mucunapruriens (N dépendait du résidu a récolté; dans une rotation à reflet avec le maïs) et de control (TSP-160 kg ha); répliquée trois fois. Les applications de taux de moitié (30 kg N ha-1) ont été complétées par la moitié du taux de l’application d’engrais inorganique. La validation du modèle a été basée sur la bonté de l’ajustement entre les paramètres observés et simulés provenant de résiduelserreurs statistiques; l’erreur quadratique moyenne (RMSE), le carré du coefficient de corrélation (R2), et le modèle d’efficacité (EF). Les Simulations APSIM prédisaient correctement la récolte de maïs de croissance observée (indice foliaire du lieu, LAI, le rendement grainier et la biomasse). La prédiction de grains dans les traitements était bon (R2 = 0,87 et EF> 0,9) mais la biomasse était légèrement sous-estimée (R2 = 67 et EF = 0,87). À long terme (26 saisons de culture), les simulations avaient montré que l’application d’un coût modéré et faible de N (40 kg N ha-1 à partir de fumier combiné et engrais minéraux) ont amélioré à la fois la moyenne à long terme et le rendement en grains minimum garanti (2,5 Mg ha-1) et donc recommandé pour les petits agriculteurs en particulier dans les zones arides. Ces résultats devraient être considérés dans des conditions où P est ajouté proportionnellement à N (N / P dans la gamme de 20 à 30%).
Language: 
Date of publication: 
2014
Country: 
Region Focus: 
East Africa
Collection: 
RUFORUM Conferences and Workshops
Licence conditions: 
Open Access
Access restriction: 
Form: 
Printed resource
Publisher: 
ISSN: 
E_ISSN: 
Edition: 
Extent: 
487 - 493