Improving cropping systems of semi-arid south-western Madagascar under multiple ecological and socio-economic constraints

Das Mahafaly Plateau im südwestlichen Madagaskar ist gekennzeichnet durch raue klimatische Bedingungen, vor allem regelmäßige Dürren und Trockenperioden, geringe Infrastruktur, steigende Unsicherheit, hohe Analphabetenrate und regelmäßige Zerstörung der Ernte durch Heuschreckenplagen. Da 97% der Bevölkerung von der Landwirtschaft abhängen, ist eine Steigerung der Produktivität von Anbausystemen die Grundlage für eine Verbesserung der Lebensbedingungen und Ernährungssicherheit in der Mahafaly Region. Da wenig über die Produktivität von traditionellen extensiven und neu eingeführten Anbaumethoden in diesem Gebiet bekannt ist, waren die Zielsetzungen der vorliegenden Arbeit, die limitierenden Faktoren und vielversprechende alternative Anbaumethoden zu identifizieren und diese unter Feldbedingungen zu testen. Wir untersuchten die Auswirkungen von lokalem Viehmist und Holzkohle auf die Erträge von Maniok, der Hauptanbaufrucht der Region, sowie die Beiträge von weiteren Faktoren, die im Untersuchungsgebiet ertragslimitierend sind. Darüber hinaus wurde in der Küstenregion das Potenzial für bewässerten Gemüseanbau mit Mist und Holzkohle untersucht, um zu einer Diversifizierung von Einkommen und Ernährung beizutragen. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Schätzung von Taubildung und deren Beitrag in der Jahreswasserbilanz durch Testen eines neu entworfenen Taumessgerätes. Maniok wurde über drei Jahre und in drei Versuchsfeldern in zwei Dörfern auf dem Plateau angebaut, mit applizierten Zeburindermistraten von 5 und 10 t ha-1, Holzkohleraten von 0,5 und 2 t ha-1 und Maniokpflanzdichten von 4500 Pflanzen ha-1. Maniokknollenerträge auf Kontrollflächen erreichten 1 bis 1,8 t Trockenmasse (TM) ha-1. Mist führte zu einer Knollenertragssteigerung um 30 - 40% nach drei Jahren in einem kontinuierlich bewirtschafteten Feld mit geringer Bodenfruchtbarkeit, hatte aber keinen Effekt auf den anderen Versuchsfeldern. Holzkohle hatte keinen Einfluss auf Erträge über den gesamten Testzeitraum, während die Infektion mit Cassava-Mosaikvirus zu Ertragseinbußen um bis zu 30% führte. Pflanzenbestände wurden felder-und jahresübergreifend um 4-54% des vollen Bestandes reduziert, was vermutlich auf das Auftreten von Trockenperioden und geringe Vitalität von Pflanzmaterial zurückzuführen ist. Karotten (Daucus carota L. var. Nantaise) und Zwiebeln (Allium cepa L. var. Red Créole) wurden über zwei Trockenzeiten mit lokal erhältlichem Saatgut angebaut. Wir testeten die Auswirkungen von lokalem Rindermist mit einer Rate von 40 t ha-1, Holzkohle mit einer Rate von 10 t ha-1, sowie Beschattung auf die Gemüseernteerträge. Lokale Bewässerungswasser hatte einen Salzgehalt von 7,65 mS cm-1. Karotten- und Zwiebelerträge über Behandlungen und Jahre erreichten 0,24 bis 2,56 t TM ha-1 beziehungsweise 0,30 bis 4,07 DM t ha-1. Mist und Holzkohle hatten keinen Einfluss auf die Erträge beider Kulturen. Beschattung verringerte Karottenerträge um 33% im ersten Jahr, während sich die Erträge im zweiten Jahr um 65% erhöhten. Zwiebelerträge wurden unter Beschattung um 148% und 208% im ersten und zweiten Jahr erhöht. Salines Bewässerungswasser sowie Qualität des lokal verfügbaren Saatgutes reduzierten die Keimungsraten deutlich. Taubildung im Küstendorf Efoetsy betrug 58,4 mm und repräsentierte damit 19% der Niederschlagsmenge innerhalb des gesamten Beobachtungszeitraum von 18 Monaten. Dies weist darauf hin, dass Tau in der Tat einen wichtigen Beitrag zur jährlichen Wasserbilanz darstellt. Tageshöchstwerte erreichten 0,48 mm. Die getestete Tauwaage-Vorrichtung war in der Lage, die nächtliche Taubildung auf der metallischen Kondensationsplatte zuverlässig zu bestimmen. Im abschließenden Kapitel werden die limitierenden Faktoren für eine nachhaltige Intensivierung der Landwirtschaft in der Untersuchungsregion diskutiert.

Alternate furrow irrigation of four fresh-market tomato cultivars under semi-arid condition of Ethiopia – Part I: Effect on fruit yield and quality

Scarcity of freshwater due to recurrent drought threatens the sustainable crop production in semi-arid regions of Ethiopia. Deficit irrigation is thought to be one of the promising strategies to increase water use efficiency (WUE) under scarce water resources. A study was carried out to investigate the effect of alternate furrow irrigation (AFI), deficit irrigation (DI) and full irrigation (FI) on marketable fruit yield, WUE and physio-chemical quality of four fresh-market tomato cultivars (Fetan, Chali, Cochoro and ARP Tomato d2) in 2013 and 2014. The results showed that marketable yield, numbers of fruits per plant and fruit size were not significantly affected by AFI and DI irrigations. WUE under AFI and DI increased by 36.7% and 26.1%, respectively with close to 30% irrigation water savings achieved. A different response of cultivars to irrigation treatments was found for marketable yield, number of fruits and fruit size, WUE, total soluble solids (TSS) of the fruit juice, titratable acids (TA) and skin thickness. Cochoro and Fetan performed well under both deficit irrigation treatments exhibited by bigger fruit size which led to higher WUE. ARP Tomato d2 showed good yields under well-watered conditions. Chali had consistently lower marketable fruit yield and WUE. TSS and TA tended to increase under deficit irrigation; however, the overall variations were more explained by irrigation treatments than by cultivars. It was shown that AFI is a suitable deficit irrigation practice to increase fresh yield, WUE and quality of tomato in areas with low water availability. However, AFI requires suitable cultivars in order to exploit its water saving potential.

Alternate furrow irrigation of four fresh-market tomato cultivars under semi-arid condition of Ethiopia – Part II: Physiological response

Understanding the variation in physiological response to deficit irrigation together with better knowledge on physiological characteristics of different genotypes that contribute to drought adaptation mechanisms would be helpful in transferring different irrigation technologies to farmers. A field experiment was carried to investigate the physiological response of four tomato cultivars (Fetan, Chali, Cochoro and ARP Tomato d2) to moderate water deficit induced by alternate furrow irrigation (AFI) and deficit irrigation (DI) under semi-arid condition of Ethiopia during 2013 and 2014. The study also aimed at identifying physiological attributes to the fruit yield of tomato under different deficit irrigation techniques. A factorial combination of irrigation treatments and cultivar were arranged in a complete randomized design with three replicates. Results showed that stomatal conductance (g_s) was significantly reduced while photosynthetic performance measured as chlorophyll fluorescence (Fv’/Fm’), relative water content (RWC) and leaf ash content remained unaffected under deficit irrigations. Significant differences among cultivars were found for water use efficiency (WUE), g_s, chlorophyll content (Chl_SPAD), normal difference vegetation index (NDVI), leaf ash content and fruit growth rate. However, cultivar differences in WUE were more accounted for by the regulation of g_s, therefore, g_s could be useful for breeders for screening large numbers of genotypes with higher WUE under deficit irrigation condition. The study result also demonstrated that cultivar with traits that contribute to achieve higher yields under deficit irrigation strategies has the potential to increase WUE.