Relationship between pedodiversity and agro-phytodiversity on a zonal gradient in West Africa

The major aim of the BMZ financed CODE-WA project is to increase agro-phytodiversity as an option to adapt to climate variability at the farm and village level on an agro-ecological gradient covering four sites: Niger (N-Sahelien), Mali (S-Sahelian), Burkina Faso (S-Soudanian), and Ghana (N-Guinean). In order to better taylor interventions it is necessary to understand the given agro-ecological diversity at these sites. Therefore soils, ligneous vegetation as well as crop species and varietal diversity were studied. QuickBird satellite images as well as transects served as major mapping tools. Where possible participatory mapping was applied. The results of scientific and local knowledge were later confronted. The results show that a number of gradients occur between the four sites. While rainfall is increasing towards the south, rainfall variability is doing so in the opposite direction. While soil and crop diversity are increasing towards the south, population density, land use and varietal turnover decrease in the same direction. Consequently not only increasing soil diversity is the decisive factor for agro-phytodiversity on this regional gradient, but more decisively climate via a longer vegetation period and higher average rainfall. However looking closer, at the village level with the example of Warzou in Niger, shows that soil diversity is the main cause - via related land management - for the existing spatial variability in ligneous vegetation. Though farmers are aware of soil differences which are hardly mappable but influence crop performance, they are not necessarily able to respond with management decisions. In simple terms, they do not have land in the different terrain types and have to crop what they need on the land they have. In conclusion, a relation between pedodiversity and agro-phytodiversity could be detected, however the extent is scale and site specific

Optimisation of the seedball technology for sorghum production under nutrient limitations

The seedball technology is a simple and affordable seed-pelleting technique that uses locally available materials such as sand, loam, wood ash and seeds to enhance early crop establishment. It has been shown to be effective for pearl millet (Pennisetum glaucum (L.) R.Br.) subsistence production in Sahelian environments. The objective of this study was to optimise the seedball technology for sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) under greenhouse conditions. Series of pot experiments were conducted in order to identify optimal size, seed number as well as nutrient content under low- and normal-soil phosphorus availability. The identified optimal seedball formula for sorghum is: 80 g sand + 50 g loam + 25 ml water + about 20 seeds. As maximum 1.5 g NPK mineral fertiliser can be added as nutrient compound. Compared to the control treatment, seedballs significantly improved root and shoot biomass variables as well as nutrient uptake of sorghum seedlings grown for 19 days. The lower the substrate P level, the better the biomass enhancement effect of seedballs, i.e. likely caused by nutrient availability. The next step is on-farm field testing under Sahelian conditions

Boden-Gammastrahlung und ihre Abschwächung durch Wasser, Kalk und Torf

Gammaspektrometrie wird als Möglichkeit genutzt, um nicht-invasiv über Fern- oder Naherkundung Bodendaten zu gewinnen. Sie liefert direkt bodenchemische Informationen. Da die Gammastrahlung durch Nichtstrahler (z.B. Wasser) gedämpft wird, ist es auch möglich, bodenphysikalische Daten abzuleiten. Theoretisch muss eine Kor-rektur der Messung für die Nichtstrahler vorgenommen werden. Bisher liegen aber nur wenige theoretisch abgeleitete Schwächungskoeffizienten für die Nichtstrahler vor. Deren Überprüfung fehlt. Ziel dieser Arbeit war es daher, diese theoretischen Werte anhand eines real im Gelände eingesetzten Spektrometers zu überprüfen. Es wurden die linearen Schwächungskoeffizienten von Wasser, Kalk und Torf ermittelt. Hierzu wurde die Gammastrahlung an fixen Standorten (Referenzstrahlung) mit verschiedenen Schichtdicken der Nichtstrahler über dem Boden gemessen. Die Ergebnisse zeigen deutliche Abweichungen von den theoretisch ermittelten linearen Schwächungskoeffizienten. Dies wird auf den Versuchsaufbau (gerichteter Strahler im Labor vs. Boden als „streuender" Strahler) und die theoretische Annahme eines Einphasenmodells vs. der in der Natur vorkommenden Mehrphasigkeit (Mineral, Wasser, Luft) zurückgeführt. Uranmessungen werden aufgrund zu hoher experimenteller Abweichungen nicht diskutiert. Es bedarf weiterer Labor- und Feldexperimente zur Bestimmung der linearen Schwächungskoeffizienten in Böden in Abhängigkeit von natürlichen Umweltfaktoren

Vegetation Dynamics. Natural versus Cultural and the Regeneration Potential. The Example of Sahara-Sahel

There is a principal and controversial debate on the so-called ‘Greening-Regreening’ of the Sahel. There still is the old philosophy of an expanding/shrinking ecosystem Sahara versus Sahel. In some concepts, it is presented as annual. Another concept is based on a general degradation of the Sahelian savannas – in some cases with a decline to a lower state of ecological equilibrium after a short period of resilience. Anyhow, there are also signs of still ongoing regeneration processes of vegetation and soil. The main problem, however, lies in the principal lack of terrestrial observation and in the confusion of terms. This mostly concern on vegetation units and their dynamics. The goal of this article is to explain the general nature of the Sahara and the Sahel based on maps and graphs. We try to analyse the dynamics of boundaries during the last 200 years. The main results are the tripartite nature of the Sahara, divided into semidesert, desert and Saharan savanna with relatively stable boundaries. A reconstruction of the vegetation for the last 200 years confirmed the position of these borderlines even under different states of the plant cover. It also revealed the nature of Sahelian savannas as cultural landscapes – in higher diversity and density. It is also possible that the North Sahelian savannas had been for long times under the dynamics of elephant landscapes. A high-resolution sediment and pollen record from the Middle Sahel of Niger evidenced the high diversity and resilience up to the severe drought of the 1970s. It was a definite stroke from which these savannas never reached again their former diversity despite a slide recovery named ‘Regreening’. The various projects for regeneration or conservation in Sahara or Sahel differ in two types of projects. The one is the installation of Nature Reserves/National Parks with special reserves for emblematic animals as keystone organisms and an auto-regeneration of vegetation and soil. The other type consists of pasture rotation projects such as in the Malian Gourma or in the Central Air Mts. The first initiative resulted in the decade-long protection against the severe degradations, which were typical for the surrounding regions. The rotation system was based on timewise open wells and of observed pasture status. It was conceived together with the local populations and has been respected until the invasion of northern cattle keepers during the peak of drought in 1984. After severe quarrels, the system collapsed and the savannas degraded heavily. A comparable project worked in the central Air Mts. for 5 years. Remarkable results have been, but the rebellion of the 1990s, put a sudden end on it. The general insecurity of the last decades caused by civil war and/or various terrrorist groups led to a re-evaluation of a great number of regeneration initiatives including the pharaonic ‘Great Green Wall’, a continent wide forest belt. However, smaller projects on the village level may better develop as they are under the responsability of local population, which can reactivate their long experience. The ‘regreening’ might be restricted to the region of the southern Sahara and the northern Sahel as well as to the traditional park systems. Anyhow, even if a long-time amelioration of production systems will happen, the former must be regarded on the background of a rapidly increasing demography

Let‘s go marginal - Strategien der Holzaschedüngung für subsistenzorientierte Betriebe in Westafrika

Holzasche ist in Westafrika eine ubiquitär verfügbare Ressource, wenn auch in limitierter Menge. Feldforschungen haben gezeigt, dass platzierte Holzaschedüngung (20 kg pro Hektar) die Erträge von Getreide und die Qualität von Leguminosen steigern kann. Holzaschedüngung ist vor allem für Frauen mit chemisch armen Feldern entfernt von Siedlungen zu empfehlen

Einfluss des Wassergehaltes auf das an der Bodenoberfläche messbare Gamma-Spektrum: Durchführung eines Austrocknungsversuches im Feld

Die Gammaspektrometrie ermöglicht die nicht-invasive Ermittlung verschiedener Elementgehalte im Boden auf Grundlage natürlicher Radionuklide wie 40-Kalium, 238-Uran und 232-Thorium. Da Wasser die Gammastrahlung abschwächt, können räumlich variable Bodenwassergehalte die Interpretation gammaspektrometrischer Erkundungen erschweren. Die Stärke der daraus resultierenden Ab- schwächung ist von der Bodenzusammensetzung und der Photonenenergie selbst abhängig. Das Ziel dieser Arbeit war, durch einen Austrocknungsversuch unter realen Be- dingungen im Feld, den Einfluss des Bodenwassergehaltes auf das an der Bodenoberfläche messbare Gammaspektrum zu quantifizieren. Dafür wurde ein Bodenzylinder (r = 0,9 m) angelegt und mit Folie vom umgebenden Boden separiert. Nach Aufsättigung wurde das Gammaspektrum über drei Monate während der Austrocknungsphase unter natürlichen Verdunstungsbedingungen an der Bodenoberfläche gemessen. Die Gammastrahlung nahm über den Versuchszeitraum um ca. ein Drittel zu. Regressionsanalysen lassen lineare Abhängigkeiten für Kalium und Thorium erkennen. Aussagen zu Uran und der Gesamtstrahlung ("Total Counts") sind vermutlich aufgrund eines säkularen Un- gleichgewichtes in der Uran-Zerfallsreihe (Radon-Akkumulation) nicht möglich. Die Ergebnisse bilden eine erste Grundlage für mögliche Korrekturverfahren

Anwendbarkeit von Radiosignaturen zur Bodenkartierung in der nördlichen Wetterau

Die Möglichkeit die Feldspektroskopie als Hilfsmittel für die Bodenkartierung anzuwenden, wurde in der Wetterau für drei typische Ausgangssubstrate und fünf häufig vorkommende Bodentypen untersucht. Besonders jüngste äolische Ablagerungen von Laacher See Tephra (LST) wiesen signifikant höhere Radiosignatur, bei allen Werten der drei gemessenen Isotopen (K, eU und eTh) verglichen mit Löß und frischen Basalt, auf. Löß und Basalt zeigten sehr ähnliche Gehalte an K40. Jedoch waren die eU und eTh Signaturen von Löß signifikant höher als beim Basalt. Anhand von Feldmessungen der Radiosignaturen war es möglich, die Anteile von Löß und Tephra in zwei Horizonte eines Tschernosem-Parabraunerde aus Löß/LST-Gemisch, zu berechnen. Die berechneten Anteile wiesen gute Übereinstimmung mit den Modellierungen der Anteile, basiert auf XRF-Daten, auf. Die an der Oberfläche gemessenen Signaturen typischer Böden haben aufgezeigt, dass prinzipiell flachgründige Böden aus Basalt, Lößböden und Böden aus Basaltsaprolit oder verralitische Bodensedimente voneinander differenziert werden können. Allerdings bei Zweischichtprofilen mit einer Mächtigkeit der oberen Schicht > 3 dm ist keinen Nachweis von den tiefer liegenden Bodensubstraten mehr möglich. Ebenfalls problematisch ist die Unterscheidung von Basalt und Lößböden

Gammaspektrometrie - eine vielversprechende Methode zur Feldbestimmung und luftgestützten Erkundung von Böden

In der vorliegenden Studie wird die Eignung der Gammaspektroskopie zur Kartierung von Böden sowohl im Feld, als auch luftgestützt getestet. Die Pilotstudie hierfür erfolgte im Kalksteingebiet Bor Krai, Mae Hong Son Provinz, Nordthailand. Kalkstein als dominantes Ausgangsgestein wurde ausgewählt, da dieser nur eine sehr geringe Eigenstrahlung aufweist und somit nicht mit der Bodenmessung interferiert. In Abhängigkeit von Petrographie, Topographie und Klima treten im Arbeitsgebiet hauptsächlich Acrisole und Alisole auf. Entsprechend der WRB 2006 Bodenklassifikation lassen sich diese beiden Referenzbodengruppen nur anhand der Kationenaustauschkapazität des Tons und der Basensättigung voneinander unterscheiden. Während die Basensättigung durch eine pH Feldmessung abgeschätzt werden kann, ist die Bestimmung der Kationenaustauschkapazität des Tons nur durch kostspielige und zeitaufwendige Laboranalysen zu bestimmen. Durch die Nutzung des Verhältnisses von eTh (Thorium Equivalent) - zu K-Strahlungssignaturen ist es nun jedoch möglich, zumindest auf Kalkstein, diese beiden Böden mithilfe eines tragbaren Radiometers (Gf Instruments Gamma-Ray Spectrometer GRM-260 bzw. Gamma Surveyor), schon im Feld voneinander zu unterscheiden. Dabei zeigt sich, dass Acrisole ein eTh/K Verhältnis >16 haben, während Alisole Verhältniswerte <16 aufzeigen. Bei luftgestützten Messungen (256-Kanal, Kenting Gamma-Strahlungs-Spektrometer with NaI Kristall Detektor; 1km Abstand der Befliegungslinien, 120m Flughöhe) liegt der Grenzwert zur Unterscheidung von Acrisolen und Alisolen bei einem eTh/K Verhältnis von 12,5. Der Vergleich von interpretierten luftgestützten Punktmessdaten zweier Transekte, mit einer traditionell erstellten Bodenkarte zeigt eine hohe Übereinstimmung. Kleinere Abweichungen gab es lediglich in den Übergangszonen beider Böden, die sich teilweise auf Ungenauigkeiten in der Bodenkarte als auch auf Heterogenität im Ausgangsgestein zurückführen lassen. Eine Überprüfung mit interpretierten radiometrischen Bodenmesswerten für dieselben Transekte zeigte ebenfalls große Übereinstimmungen mit der Bodenkarte. Darüber hinaus konnten durch die radiometrischen Bodenmessungen kleinere Fehler der traditionell erstellten Bodenkarte aufgedeckt werden, die sich bei deren Erstellung aufgrund beschränkter Analysekapazität nicht vermeiden ließen. Die vorliegende Studie hat gezeigt, dass der Einsatz der Gammaspektroskopie die Qualität und Effizienz in der Bodenkartierung des untersuchten tropischen Kalksteingebietes erheblich verbessern konnte. Da es Hinweise für eine Übertragbarkeit der Anwendung auf andere Gebiete (Süddeutschland) gibt, ist für die Zukunft die Erkundung bei anderen Ausgangsgesteinen und in anderen Klimaten geplant

Physical and chemical optimisation of the seedball technology addressing pearl millet under Sahelian conditions

This study deals with the development of the seedball technology in particular for dry sowing under Sahelian conditions and pearl millet as crop. At first, our participatory evaluation in Senegal showed that (i) local materials needed for seedball production are locally available, (ii) the technology conforms to the existing management systems in the Sahel, and (iii) socio-economic conditions do not hinder seedball adoption. Afterwards, seedball was mechanically and chemically optimised. Pearl millet seedlings derived from the seedball variants were grown and compared to the control under greenhouse conditions. Our results showed that the combination of 80 g sand + 50 g loam + 25 ml water is the standard seedball dough, which produces about ten 2 cm diameter-sized seedballs. Either 1 g NPK fertiliser or 3 g wood ash can be added as nutrient additive to enhance early biomass of pearl millet seedlings. Ammonium fertiliser, urea and gum arabic as seedball components hampered seedlings emergence. Seedball + 3 g wood ash and seedball + 1 g NPK-treatments enhanced shoot biomass by 60 % and 75 %, root biomass by 36 % and 94 %, and root length density by 14 % and 28 %, respectively, relative to the control. Shoot nutrient content was not greatly influenced by treatment. However, multiplying biomass yield with nutrient content indicates that nutrient extraction was higher in nutrient-amended seedballs. On-station field tests in Senegal showed over 95 % emergence under real Sahelian conditions. Since early seedlings enhancement is decisive for pearl millet panicle yield under the Sahelian conditions, on-farm trials in the Sahel are recommended

Stochastic binding of Staphylococcus aureus to hydrophobic surfaces

The adhesion of pathogenic bacteria to surfaces is of immense importance for health care applications. Via a combined experimental and computational approach, we studied the initiation of contact in the adhesion process of the pathogenic bacterium Staphylococcus aureus. AFM force spectroscopy with single cell bacterial probes paired with Monte Carlo simulations enabled an unprecedented molecular investigation of the contact formation. Our results reveal that bacteria attach to a surface over distances far beyond the range of classical surface forces via stochastic binding of thermally fluctuating cell wall proteins. Thereby, the bacteria are pulled into close contact with the surface as consecutive proteins of different stiffnesses attach. This mechanism greatly enhances the attachment capability of S. aureus. It, however, can be manipulated by enzymatically/chemically modifying the cell wall proteins to block their consecutive binding. Our study furthermore reveals that fluctuations in protein density and structure are much more relevant than the exact form of the binding potential