Mineralogy of Africa’s Soils as a predictor of Soil Fertility

Abstract: 
Soil mineralogy is essential to understanding many facets of land use and a key determinant of all soil functional properties that are expensive or time-consuming to measure, and can solve specific agricultural and environmental problems. They provide physical support for plants, contribute to soil structural formation, are sources of many soil nutrients, and can act as sorbents of several environmental pollutants. Soil mineralogy in Africa has not been adequately and appropriately researched upon. Poorly and fragmentally coordinated scientific investigations coupled with the limitations in the traditional analysis techniques are partly responsible for the limited studies so far executed. Land Degradation Surveillance Framework is a methodology designed for understanding ecological variables/metrics and their dynamics at different spatial scales. The aim of this study was to evaluate the ability of X-ray diffraction (XRD) techniques to rapidly predict soil functional properties and to develop pedotransfer functions for Africa’s soils. Geo-referenced samples associated with the Africa Soil Information Service (AfSIS), taken from a set of sentinel sites randomised over sub-Saharan Africa were used for characterisation. A total of 160 topsoil samples taken from 16 randomised points of ten 100-km2 sites: Tanzania (3 sites), Malawi (2 sites), Mali (1 site), Burkina Faso (1 site), Kenya (2 sites) and Ghana (1 site) were characterised for chemical properties, particle sizes distribution, engineering properties and bulk mineralogy. Variation of the mineralogy within and between sites was explored using multivariate analysis, including principal component analysis in R statistical software, as a precursor to exploring relationships with directly measured soil properties and soil fertility diagnostics. The clustering of individual minerals and the distributions of the soil fertility variables identified across the sites appeared to relate to differences in mineralogical functional groups, supporting the understanding of the pedologic environment differences and similarities. The findings therefore present opportunity to improve soil assessment using information on soil mineralogy. For instance XRD information on mineralogy can be combinedwith information from infrared spectroscopy, which characterises soil mineral and physio-chemical properties, to provide powerful diagnostic capabilities, and be used as a complementary input to pedo-transfer functions for low cost and rapid prediction of soil functional properties.
La minéralogie des sols est essentielle pour comprendre de nombreux aspects de l’utilisation des terres et un déterminant clé de toutes les propriétés fonctionnelles du sol qui sont coûteuses ou chronophages pour mesurer, et peut résoudre des problèmes spécifiques de l’agriculture et de l’environnement. Elles apportent un soutien physique pour les plantes, contribuent à la formation structurale du sol, sont des sources de nombreux éléments nutritifs du sol, et peuvent agir en tant que absorbants de plusieurs polluants de l’environnement. La minéralogie des sols en Afrique n’a pas été d’une manière adéquate et appropriée l’objet de recherche. Les enquêtes scientifiques mal coordonnées et éparpillées, couplées aux limitations dans les techniques d’analyse traditionnelles sont responsables des études limitées jusqu’à présent exécutées. Le cadre de surveillance de la dégradation des terres est une méthodologie conçue pour comprendre les variables/fonctions écologiques et leur dynamique à différentes échelles spatiales. Le but de cette étude est d’évaluer la capacité des techniques de diffraction des rayons X (XRD) pour prédire rapidement les propriétés fonctionnelles du sol et développer des fonctions de pédo-transfert pour les sols de l’Afrique. Les échantillons géo-référencés associés au Service d’information des sols en Afrique (AfSIS), pris à partir d’un ensemble de sites sentinelles randomisés sur l’Afrique subsaharienne ont été utilisées pour la caractérisation. Un total de 160 échantillons de sol de la surface provenant de 16 points aléatoires de dix sites de 100-km2: Tanzanie (3 sites), Malawi (2 sites), Mali (1 site), Burkina Faso (1 site), Kenya (2 sites) et Ghana (1 site) ont été caractérisés pour les propriétés chimiques, la distribution des tailles des particules, les propriétés mécaniques et la minéralogie en volume. La variation de la minéralogie à l’intérieur et entre les sites a été explorée en utilisant une analyse multivariée, y compris l’analyse de la composante principale dans le logiciel statistique R, comme un précurseur à l’exploration des relations avec les propriétés du sol mesurées directement et les diagnostics de fertilité des sols. Le regroupement desminéraux individuels et les distributions des variables de fertilité des sols identifiées à travers les sites semblaient se rapporter à des différences dans les groupes fonctionnels minéralogiques, en soutenant la compréhension des différences et des similitudes de l’environnement pédologiques. Les résultats ont présenté par conséquent la possibilité d’améliorer l’évaluation des sols en utilisant les informations sur la minéralogie du sol. Par exemple les informations DRX sur la minéralogie peuvent être combinées avec des informations de la spectroscopie infrarouge, qui caractérisent les propriétés minérales et physico-chimiques du sol, pour offrir des capacités puissantes de diagnostic, et peuvent être utilisées comme une entrée complémentaire aux fonctions de pédo-transfert pour un faible coût et la prédiction rapide des propriétés fonctionnelles du sol.
Language: 
Extended abstracts submitted under Enhancing Natural Resource Management
Date of publication: 
2012
Country: 
Region Focus: 
East Africa
Collection: 
RUFORUM Conferences and Workshops
Agris Subject Categories: 
Licence conditions: 
Open Access
Access restriction: 
Form: 
Printed resource
Publisher: 
Notes: 

The 2012 RUFORUM Biennial Conference is the third in the series. The main objective of the Biennial conferences is to provide a platform for agricultural research for development stakeholders in Africa and beyond to actively exchange findings and experiences, while at the same time learning lessons towards improving performance of the agricultural sector and ultimately people’s livelihoods. The biennial conference is RUFORUM’s most comprehensive meeting for the diversity of stakeholers in agriculture. It is especially dedicated to graduate students and their supervisors, grantees in RUFORUM member universities and alumni. It is a platform for peer review, quality control, mentorship, networking and shared learning. The third Biennial Conference was attended by 657 participants.This record contains an extended abstract accepted under Enhancing Natural Resource Management