< Terug naar vorige pagina
Project
Verbetering van gewasproductie dankzij veldbeheerstrategieën ontworpen met behulp van een gewas-waterproductiviteitsmodel: gevalsstudie voor tef (Eragrostis tef (Zucc.) Trotter) in Tigray, Ethiopië
</>
Het verhogen van de voedselproductie om een antwoord te bieden op de voedselvraag van de snel groeiende wereldbevolking, in het bijzonder in ontwikkelingslanden, steunt op twee opties: ofwel verhoging van hetlandbouwareaal ofwel verbetering van de productiviteit van de bestaandelandbouwgrond. Deze studie focust op de dichtbevolkte hooglanden van Tigray (Noord-Ethiopië) waar enkel productiviteitsverbetering een valabeleoptie is voor duurzame voedselproductie. In de droogte-gevoelige en gedegradeerde hooglanden van Tigray is regengevoede graanproductie gelimiteerd door lage en erg variabele neerslag. De graanproductie heeft er bovendien te kampen met periodes van droogte en een lage bodemvruchtbaarheid. Waterbesparende landbouwtechnieken en anorganische meststoffen zijn essentieel om de landbouwproductiviteit in de streek te optimaliseren. Gewasmodellen kunnen gebruikt worden om goede landbouwstrategieën te ontwerpen en de impact ervan te begrijpen. </>
</>
</>
In deze studie werd het waterproductiviteitsmodel AquaCrop, ontwikkeld door FAO,gebruikt als een instrument om verschillende veldbeheerstrategieën te testen om de productiviteit van tef, een lokaal graangewas, te verbeteren. Het model simuleert de gewasopbrengst door de biomassa- en oogstproductie te associëren met gewasverdamping onder verschillende omstandigheden.</>
</>
</>
Tef </>(Eragrostis tef </>(Zucc.)</> Trotter) </>is een inheems graangewas en het belangrijkste basisvoedsel in Ethiopië. Het geniet sterk de voorkeur van de boeren, niet alleen vanwege zijn aanpassingsvermogen aan een breed scala van groeiomstandigheden, maarook vanwege de hoge marktwaarde van het graan en het stro. Een nadeel is de lage productiviteit, voornamelijk als gevolg van water- en nutriëntenstress. </>
</>
</>
In deze context werd een onderzoeksproject ontworpen met veldexperimenten in een Randomized Compleet Block Design (RCBD) met split plot opstelling, uitgevoerd in 2008, 2009 en 2010 op twee locaties gelegen in het zuid-oosten en oosten van Tigray in twee bodemtypes. Vijf niveaus van stikstof (N) en fosfor (P) meststoffen (geen input, 50%, 75%, 100% en 150% van de aanbevolen doseringen) werden toegediend zowel voor regengevoede als geïrrigeerde percelen. De doelstellingen van het onderzoek waren:</>
</>
</></>
a) </></></>inzicht vergaren in de respons van tef op water- en nutriëntenstress;</>
b) </></></>verzamelen van de nodigeveldgegevens om AquaCrop te kalibreren en valideren voor het lokale gewas tef, rekening houdend met zowel water- als nutriëntenstress;</>
c) </></></>onderzoeken van het effect van anorganische meststoffen (N en P) op de opbrengst;</>
d) </></></>evalueren van de invloed van supplementaire </>irrigatie (SI, een irrigatiemethode waarbij een beperkte hoeveelheid water aan hoofdzakelijk regengevoede gewassen word toegediend als de neerslag niet voldoet aan de watervraag van het gewas) op het verminderen van waterstress tijdens droge periodes en de verbetering van de productiviteit van tef; </>
e) </></></>beoordelen van het de gewasefficiëntie om voedingsstoffen te benutten voor verschillende niveaus van nutriënten en irrigatiedosissen;</>
f) </></></>testen van verschillende veldbeheerstrategieën om de productiviteit van tef in Tigray te verhogen.</>
</></>
</>
De veldexperimenten, aangevuld met een mini-lysimeter experiment in 2008 en 2009, werden gebruikt om inzicht te verwerven in de respons van tef op water- en nutriëntenstress en om het AquaCrop model te kalibreren en valideren voor tef onder omstandigheden van water- en de nutriëntenstress. Veldexperimenten uitgevoerd in 2006 en 2007 werden gebruikt als extra informatie voor het kalibratieproces.</>
</>
</>
Uit de resultaten van de gewasrespons bleek dat de meest watergevoelige groeifase van tef zich situeert tijdens of rond de bloeiperiode. SI toepassen in deze groeifase zorgde voor een opbrengst- (Y) vermeerdering met 98 tot 111%, een verhoging van de waterproductiviteit (WUE) met 52 tot 54% en een verhoging van de bovengrondse biomassaproductie (B) met 41 tot 88% vergeleken met de regengevoede gewassen. SIverbeterde ook de opname van nutriënten, wat de kwaliteit van het graanten goede kwam evenals de herstelcapaciteiten en agronomische efficiëntie van het gewas. Ook nutriënten (N en P) hadden een aanzienlijke invloed op de gewasopbrengst. Y, WUE en B waren significant lager in percelen zonder kunstmest (controle), namen sterk toe als een kleine hoeveelheid kunstmest (50% van de aanbevolen dosis) werd toegediend en namen nog toebij hogere dosissen (100% van de aanbevolen dosis). De optimale bemestingsdosis resulteerde in een significante verhoging van Y (43-69%), WUE (86-90%) en B (55-63%) en de totale opname van beide nutriënten. Echter, de gewasefficiëntie om nutriënten om te zetten in opbrengst was hoger inpercelen met het laagste bodemvruchtbaarheidniveau (50% van de aanbevolen dosis). Deze studie toont aan dat zowel onder beperkte als ongelimiteerde waterbeschikbaarheid het niet aanbevolen is om meer anorganische meststoffen toe te dienen dan de aanbevolen dosis omdat dit niet leidde tot extra opbrengst.</>
</>
</>
Uit de simulaties met AquaCrop bleek dat het model goed in staat was om de opbrengst van tef te simuleren onder verschillende omstandigheden van water- en nutriëntenbeschikbaarheid in Tigray. Dit werd bevestigd door de nauwkeurige simulatie van de bodemwaterbalans en gewasontwikkeling die bepalend zijn voor gewastranspiratie en de daaruit voortvloeiende biomassa- en oogstproductie. Met het gekalibreerde en gevalideerde model werden vervolgens drie beheerstrategieën beoordeeld op vier locaties en drie bodemtypes in de regio, namelijk het bemestingsbeheer, de zaaidatum en een kleine irrigatie (deficit irrigation, DI) rond de bloeiperiode.</>
</>
</>
Met modelsimulaties werd het effect van nutriëntenbeheer en bodemvruchtbaarheid op de productie van tef, volgens de gebruiken van plaatselijke landbouwers gezaaid eind juli of begin augustus, geanalyseerd voor zes voorafbepaalde bodemvruchtbaarheidniveaus. Hoge bodemvruchtbaarheidniveaus (0-40% nutriëntenstress) in regios met relatief veel regenval en op bodems met een relatief hoge waterbeschikbaarheid voor planten (kleileem) leidden tot een beperkt aantal jaren waarin de oogst mislukte (yield failure years</>: 0-13%). Potentiële, hoge opbrengsten waren beperkt door waterstress tijdens kritieke groeistadia zoals de bloeiperiode. Deze vaststelling bewees opnieuw dat een evenwichtige neerslagverdeling belangrijkeris dan de totale hoeveelheid neerslag en pleit voor een optimale planning van de zaaidatum en/of DI. In gebieden met minder neerslag was het geschatte risico op mislukking van de oogst (yield failure)</> 29%. Op zandleem en siltklei bodems met een laag vruchtbaarheidniveau (60-75% nutriëntenstress) anderzijds, steeg het aantal jaren waarin de oogst misluktetot 60-100% in de relatief droge locaties.</></>
</>
</>
De productie van tef gezaaid volgens de gebruiken van de lokale landbouwers wordt sterk beperkt door waterstress aan het einde van het regenseizoen voor het gewas volledig is afgerijpt. Planning van de optimale zaaidatum is daarom van cruciaal belang. In de simulaties werd hiervoor het DEPTH criterium gebruikt (Raes et al</>., 2004) waarbij een cumulatieve regenval van 40 mm in maximaal vier opeenvolgende dagen werd aangenomen om het begin van de groeiperiode in de verschillende studiegebieden te bepalen. Volgens het criterium was de periode van 16 tot 20 juli (2 tot 3weken eerder dan de gebruikelijke zaaidatum) de optimale zaaiperiode voor tef. Zaaien in deze periode betekende dat het risico op mislukking van de oogst sterk verminderd werd terwijl het aandeel aan hoge en middelmatig hoge opbrengst werd verhoogd.</>
</>
</>
Extra irrigeren in combinatie met vroeg zaaien bleek de opbrengst van tef nog te verhogen omdat de waterbehoefte van het gewas hoger is dan de neerslag in de regio. Gegeven de mogelijkheid om, door oppervlakte runoff, tijdens het korte regenseizoen kleine hoeveelheden overmatige neerslag te verzamelen in kleine opvangbekkens, lag de focus in dit onderzoek op deficit irrigation (DI). In de DI strategie werd één irrigatie toegediend tijdens de kritische groeifase in of rond de bloeiperiode. Deze strategie bleek gunstig, zowel in gebieden met relatief weinig neerslag als met relatiefveel neerslag. In de regios met meer neerslag verschoof de opbrengst niet alleen van middelmatig naar hoog, maar verhoogde ook de gemiddelde opbrengst. Toch profiteerde het gewas meer van DI in gebieden met weinig neerslag omdat irrigatie het aantal jaren met een lage oogst sterk verminderde en de mogelijkheid verhoogde om middelmatige en zelfs hoge opbrengsten te genereren.</>
</>
</>
Verbetering van de waterproductiviteit heeft het grootste potentieel om de voedselproductie te verhogen in regenafhankelijke landbouw en zo de snel groeiende bevolking tevoeden. DI kan helpen om waterstress tijdens droge periodes te beperken(regenwater uit kleine opvangbekkens of micro-dammen kan worden gebruikt als bron). Ook werd in deze studie aangetoond dat het zorgvuldig plannen van de zaaidatum om zo de beschikbare neerslag optimaal te benutten in combinatie met DI en optimale toediening van anorganische meststoffen een belangrijke strategie vormt voor duurzame voedselproductie in droogte-gevoelige gebieden zoals Tigray. </>
</></>
Het verhogen van de voedselproductie om een antwoord te bieden op de voedselvraag van de snel groeiende wereldbevolking, in het bijzonder in ontwikkelingslanden, steunt op twee opties: ofwel verhoging van hetlandbouwareaal ofwel verbetering van de productiviteit van de bestaandelandbouwgrond. Deze studie focust op de dichtbevolkte hooglanden van Tigray (Noord-Ethiopië) waar enkel productiviteitsverbetering een valabeleoptie is voor duurzame voedselproductie. In de droogte-gevoelige en gedegradeerde hooglanden van Tigray is regengevoede graanproductie gelimiteerd door lage en erg variabele neerslag. De graanproductie heeft er bovendien te kampen met periodes van droogte en een lage bodemvruchtbaarheid. Waterbesparende landbouwtechnieken en anorganische meststoffen zijn essentieel om de landbouwproductiviteit in de streek te optimaliseren. Gewasmodellen kunnen gebruikt worden om goede landbouwstrategieën te ontwerpen en de impact ervan te begrijpen. </>
</>
</>
In deze studie werd het waterproductiviteitsmodel AquaCrop, ontwikkeld door FAO,gebruikt als een instrument om verschillende veldbeheerstrategieën te testen om de productiviteit van tef, een lokaal graangewas, te verbeteren. Het model simuleert de gewasopbrengst door de biomassa- en oogstproductie te associëren met gewasverdamping onder verschillende omstandigheden.</>
</>
</>
Tef </>(Eragrostis tef </>(Zucc.)</> Trotter) </>is een inheems graangewas en het belangrijkste basisvoedsel in Ethiopië. Het geniet sterk de voorkeur van de boeren, niet alleen vanwege zijn aanpassingsvermogen aan een breed scala van groeiomstandigheden, maarook vanwege de hoge marktwaarde van het graan en het stro. Een nadeel is de lage productiviteit, voornamelijk als gevolg van water- en nutriëntenstress. </>
</>
</>
In deze context werd een onderzoeksproject ontworpen met veldexperimenten in een Randomized Compleet Block Design (RCBD) met split plot opstelling, uitgevoerd in 2008, 2009 en 2010 op twee locaties gelegen in het zuid-oosten en oosten van Tigray in twee bodemtypes. Vijf niveaus van stikstof (N) en fosfor (P) meststoffen (geen input, 50%, 75%, 100% en 150% van de aanbevolen doseringen) werden toegediend zowel voor regengevoede als geïrrigeerde percelen. De doelstellingen van het onderzoek waren:</>
</>
</></>
a) </></></>inzicht vergaren in de respons van tef op water- en nutriëntenstress;</>
b) </></></>verzamelen van de nodigeveldgegevens om AquaCrop te kalibreren en valideren voor het lokale gewas tef, rekening houdend met zowel water- als nutriëntenstress;</>
c) </></></>onderzoeken van het effect van anorganische meststoffen (N en P) op de opbrengst;</>
d) </></></>evalueren van de invloed van supplementaire </>irrigatie (SI, een irrigatiemethode waarbij een beperkte hoeveelheid water aan hoofdzakelijk regengevoede gewassen word toegediend als de neerslag niet voldoet aan de watervraag van het gewas) op het verminderen van waterstress tijdens droge periodes en de verbetering van de productiviteit van tef; </>
e) </></></>beoordelen van het de gewasefficiëntie om voedingsstoffen te benutten voor verschillende niveaus van nutriënten en irrigatiedosissen;</>
f) </></></>testen van verschillende veldbeheerstrategieën om de productiviteit van tef in Tigray te verhogen.</>
</></>
</>
De veldexperimenten, aangevuld met een mini-lysimeter experiment in 2008 en 2009, werden gebruikt om inzicht te verwerven in de respons van tef op water- en nutriëntenstress en om het AquaCrop model te kalibreren en valideren voor tef onder omstandigheden van water- en de nutriëntenstress. Veldexperimenten uitgevoerd in 2006 en 2007 werden gebruikt als extra informatie voor het kalibratieproces.</>
</>
</>
Uit de resultaten van de gewasrespons bleek dat de meest watergevoelige groeifase van tef zich situeert tijdens of rond de bloeiperiode. SI toepassen in deze groeifase zorgde voor een opbrengst- (Y) vermeerdering met 98 tot 111%, een verhoging van de waterproductiviteit (WUE) met 52 tot 54% en een verhoging van de bovengrondse biomassaproductie (B) met 41 tot 88% vergeleken met de regengevoede gewassen. SIverbeterde ook de opname van nutriënten, wat de kwaliteit van het graanten goede kwam evenals de herstelcapaciteiten en agronomische efficiëntie van het gewas. Ook nutriënten (N en P) hadden een aanzienlijke invloed op de gewasopbrengst. Y, WUE en B waren significant lager in percelen zonder kunstmest (controle), namen sterk toe als een kleine hoeveelheid kunstmest (50% van de aanbevolen dosis) werd toegediend en namen nog toebij hogere dosissen (100% van de aanbevolen dosis). De optimale bemestingsdosis resulteerde in een significante verhoging van Y (43-69%), WUE (86-90%) en B (55-63%) en de totale opname van beide nutriënten. Echter, de gewasefficiëntie om nutriënten om te zetten in opbrengst was hoger inpercelen met het laagste bodemvruchtbaarheidniveau (50% van de aanbevolen dosis). Deze studie toont aan dat zowel onder beperkte als ongelimiteerde waterbeschikbaarheid het niet aanbevolen is om meer anorganische meststoffen toe te dienen dan de aanbevolen dosis omdat dit niet leidde tot extra opbrengst.</>
</>
</>
Uit de simulaties met AquaCrop bleek dat het model goed in staat was om de opbrengst van tef te simuleren onder verschillende omstandigheden van water- en nutriëntenbeschikbaarheid in Tigray. Dit werd bevestigd door de nauwkeurige simulatie van de bodemwaterbalans en gewasontwikkeling die bepalend zijn voor gewastranspiratie en de daaruit voortvloeiende biomassa- en oogstproductie. Met het gekalibreerde en gevalideerde model werden vervolgens drie beheerstrategieën beoordeeld op vier locaties en drie bodemtypes in de regio, namelijk het bemestingsbeheer, de zaaidatum en een kleine irrigatie (deficit irrigation, DI) rond de bloeiperiode.</>
</>
</>
Met modelsimulaties werd het effect van nutriëntenbeheer en bodemvruchtbaarheid op de productie van tef, volgens de gebruiken van plaatselijke landbouwers gezaaid eind juli of begin augustus, geanalyseerd voor zes voorafbepaalde bodemvruchtbaarheidniveaus. Hoge bodemvruchtbaarheidniveaus (0-40% nutriëntenstress) in regios met relatief veel regenval en op bodems met een relatief hoge waterbeschikbaarheid voor planten (kleileem) leidden tot een beperkt aantal jaren waarin de oogst mislukte (yield failure years</>: 0-13%). Potentiële, hoge opbrengsten waren beperkt door waterstress tijdens kritieke groeistadia zoals de bloeiperiode. Deze vaststelling bewees opnieuw dat een evenwichtige neerslagverdeling belangrijkeris dan de totale hoeveelheid neerslag en pleit voor een optimale planning van de zaaidatum en/of DI. In gebieden met minder neerslag was het geschatte risico op mislukking van de oogst (yield failure)</> 29%. Op zandleem en siltklei bodems met een laag vruchtbaarheidniveau (60-75% nutriëntenstress) anderzijds, steeg het aantal jaren waarin de oogst misluktetot 60-100% in de relatief droge locaties.</></>
</>
</>
De productie van tef gezaaid volgens de gebruiken van de lokale landbouwers wordt sterk beperkt door waterstress aan het einde van het regenseizoen voor het gewas volledig is afgerijpt. Planning van de optimale zaaidatum is daarom van cruciaal belang. In de simulaties werd hiervoor het DEPTH criterium gebruikt (Raes et al</>., 2004) waarbij een cumulatieve regenval van 40 mm in maximaal vier opeenvolgende dagen werd aangenomen om het begin van de groeiperiode in de verschillende studiegebieden te bepalen. Volgens het criterium was de periode van 16 tot 20 juli (2 tot 3weken eerder dan de gebruikelijke zaaidatum) de optimale zaaiperiode voor tef. Zaaien in deze periode betekende dat het risico op mislukking van de oogst sterk verminderd werd terwijl het aandeel aan hoge en middelmatig hoge opbrengst werd verhoogd.</>
</>
</>
Extra irrigeren in combinatie met vroeg zaaien bleek de opbrengst van tef nog te verhogen omdat de waterbehoefte van het gewas hoger is dan de neerslag in de regio. Gegeven de mogelijkheid om, door oppervlakte runoff, tijdens het korte regenseizoen kleine hoeveelheden overmatige neerslag te verzamelen in kleine opvangbekkens, lag de focus in dit onderzoek op deficit irrigation (DI). In de DI strategie werd één irrigatie toegediend tijdens de kritische groeifase in of rond de bloeiperiode. Deze strategie bleek gunstig, zowel in gebieden met relatief weinig neerslag als met relatiefveel neerslag. In de regios met meer neerslag verschoof de opbrengst niet alleen van middelmatig naar hoog, maar verhoogde ook de gemiddelde opbrengst. Toch profiteerde het gewas meer van DI in gebieden met weinig neerslag omdat irrigatie het aantal jaren met een lage oogst sterk verminderde en de mogelijkheid verhoogde om middelmatige en zelfs hoge opbrengsten te genereren.</>
</>
</>
Verbetering van de waterproductiviteit heeft het grootste potentieel om de voedselproductie te verhogen in regenafhankelijke landbouw en zo de snel groeiende bevolking tevoeden. DI kan helpen om waterstress tijdens droge periodes te beperken(regenwater uit kleine opvangbekkens of micro-dammen kan worden gebruikt als bron). Ook werd in deze studie aangetoond dat het zorgvuldig plannen van de zaaidatum om zo de beschikbare neerslag optimaal te benutten in combinatie met DI en optimale toediening van anorganische meststoffen een belangrijke strategie vormt voor duurzame voedselproductie in droogte-gevoelige gebieden zoals Tigray. </>
</></>
Datum:18 feb 2008 → 29 jun 2012
Trefwoorden:nutrients, drought stress, crop water productivity, modeling, barley, teff, maize
Disciplines:Bodemwetenschappen, uitdagingen en vervuiling, Landbouw, land- en landbouwbedrijfsbeheer
Project type:PhD project