Effects of biochar and crop rotation with pigeon pea on soil phosphorus availability in Mkushi and Kaom, Zambia

Abstract

Low phosphorus (P) availability in sub-Sahara African agriculture strongly effects yield and food production negatively. As fertilizer prices increases, the need for human interventions to increase soil plant available P besides fertilization is high. The aim of this thesis was to assess the P availability when implementing a crop rotation with pigeon pea to maize fields, and application biochar the following season made of pigeon pea feedstock. The study took place in two regions in Zambia (Mkushi and Kaoma), and generally these soils are highly weathered and rich in oxides. Pigeon pea is a relatively new crop in Zambia, and its effects on P availability from a crop rotation is not widely studied. A numerous studies on biochar have reported positive effects on P availability, however biochar made from pigeon pea feedstock specifically has not been much studied. The main results implied that plant available P did not increase with pigeon pea crop rotation in either region (p>0.05). However, extraction of P from the biochar showed that the P content of pigeon pea biochar was quite high. For this reason, the plant available P increased significantly with application of biochar (p<0.05), thus decreasing the amount of fertilizer necessary as biochar contributed with P. Also, due to biochar’s ability to retain P, it was concluded that the effects of fertilizer increases when applied together with biochar. Data implied that higher P-AL was connected to higher C:P ratio and higher DPS. DPS was negatively correlated with Qmax (p<0.05) for Mkushi samples, however some samples did not imply such correlation which may be due to precipitation of Ca- or Al-P. Furthermore, to use pigeon pea as a crop rotator and as biochar feedstock due to its great potential to increase plant available P, was recommended to the farmers in Mkushi and Kaoma. However, the lack of data for the season with biochar in Kaoma encouraged for further research of pigeon pea biochar in these soils. Furthermore, long term studies on crop rotation with pigeon pea and biochar application to dig further into the crop rotation effects on P availability, was also suggested.

Lav fosfor-tilgjengelighet i jordsmonn i Afrika sør for Sahara påvirker avlinger og matproduksjon negativt. Prisen på gjødsel øker, og behovet er høyt for tiltak som vil øke fosfortilgjengeligheten i jorda, foruten gjødsling. Målet med denne oppgaven var å undersøke tilgjengeligheten av fosfor (P) når et vekstskifte med belgplanten «pigeon pea» implementeres med mais, og når det tilsettes biokull laget av pigeon pea-planterester sesongen etter. Studien foregikk i to regioner i Zambia (Mkushi og Kaoma), og generelt er jordsmonnene der sterkt forvitra og rike i oksider. En mengde studier er gjort på biokull og de positive effektene det har på tilgjengeligheten av P. Pigeon pea er en relativt ny vekstplante i Zambia, og effektene veksten av denne planten har på forfortilgjengelighet er ikke mye undersøkt. Hovedresultatene viste at det var ingen signifikant økning i plantetilgjengelig P etter en sesong med pigeon pea i noen av regionene (p>0.05). Ekstraksjonen av P fra biokullet, viste et høyt innhold av P i biokull laget av pigeon pea, som var noe av grunnen til at plantetilgjengelig P viste en signifikant økning etter biokull var tilsatt i jorda (p<0.05). Ekstraksjonen av P fra biokullet, viste et høyt innhold av P i biokull laget av pigeon pea, som var noe av grunnen til at plantetilgjengelig P viste en signifikant økning etter biokull var tilsatt i jorda (p<0.05). Med dette minker mengden fosfor nødvendig, også på grunn av evnen biokullet hadde til å holde tilbake P. Det ble også konkludert at effekten av gjødsling økte sammen med tilførsel av biokull. Data viste at høyere P-AL var koblet til høyere C:P forhold og høyere DPS. DPS var negativt korrelert med Qmax (p<0.05) for jordprøver fra Mkushi, men det var derimot noen prøver som ikke viste en slik korrelasjon, som sannsynligvis var på grunn av en utfelling med kalsium eller aluminium. Videre så ble det anbefalt for bønder i Mkushi og Kaoma å implementere et vekstskifte med pigeon pea og biokull-tilførsel av pigeon pea-planterester på grunn av potensialet til å øke plantetilgjengeligheten av fosfor. Derimot så oppfordres det til videre forskning på pigeon pea biokull i Kaoma på grunn av mangelen på felt-data i denne regionen. Videre vil langvarige studier på et pigeon pea vekstskifte med biokull-tilførsel over flere sesonger kunne øke kunnskapen om hvordan jordas mekanismer i forbindelse med fosfor foregår.