Tecnologías

Integrated soil fertility management (ISFM) [Kenia]

Machanganyiko ya mbolea ya ngombe na fertilizer

technologies_7121 - Kenia

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1. Información general

1.2 Detalles de contacto de las personas de referencia e instituciones involucradas en la evaluación y la documentación de la Tecnología

Persona(s) de referencia clave

Especialista MST:

Laub Moritz

ETH Zurich

Suiza

Especialista MST:

Bernhard Vanlauwe

International Institute of Tropical Agriculture

Kenia

Especialista MST:

Six Johan

ETH Zurich

Suiza

Especialista MST:

Mucheru-Muna Monicah

Kenyatta University

Kenia

Especialista MST:

Yegon Rebecca

University of Embu

Kenia

usuario de la tierra:

Waswa Wycliffe

International Institute of Tropical Agriculture

Kenia

usuario de la tierra:

Kiragu Silas

University of Embu

Kenia

Nombre del proyecto que financió la documentación/ evaluación de la Tecnología (si fuera relevante)
Land Use Based Mitigation for Resilient Climate Pathways (LANDMARC)
Nombre de la(s) institución(es) que facilitaron la documentación/ evaluación de la Tecnología (si fuera relevante)
ETH-Zürich (ETH-Zürich) - Suiza

1.3 Condiciones referidas al uso de datos documentados mediante WOCAT

El compilador y la/s persona(s) de referencia claves aceptan las condiciones acerca del uso de los datos documentados mediante WOCAT:

1.4 Declaración de la sostenibilidad de la Tecnología descrita

¿La Tecnología aquí descrita resulta problemática en relación a la degradación de la tierra, de tal forma que no puede considerársela una tecnología sostenible para el manejo de la tierra?

No

Comentarios:

ISFM offers reduced degradation, or even avoided degradation of soils compared to the locally most used alternative maize growing systems, traditional low-input maize production and high input maize production with only mineral N fertilizer. As demonstrated in four long-term trials, both of these systems usually come at the cost of soil fertility loss.

2. Descripción de la Tecnología MST

2.1 Breve descripción de la Tecnología

Definición de la Tecnología:

Integrated soil fertility management constitutes a group of management practices aimed at increasing soil fertility and crop productivity with the local context in mind. These practices integrate the use of organic inputs, fertilizers, and better quality seeds with all inputs managed following good farming practices.

2.2 Descripción detallada de la Tecnología

Descripción:

Integrated Soil Fertility Management (ISFM) is applied in arable cropping systems. In this example it was rigorously tested in maize cropping systems in Kenya. The main features of ISFM are the integration of organic inputs to increase or maintain soil fertility and provide a background of nutrient release, with mineral fertilizers to meet peak plant demand together with high quality seeds that can utilize the inputs well. The main objectives are to increase crop yield while maintaining or improving soil fertility. This is important because four long-term trials in Kenya have shown that long-term maize yields decline in both low-input systems and systems with high mineral N inputs but without organic inputs. In contrast, systems with farmyard manure application maintained yields over two decades and maintained significantly higher soil fertility. It has also been shown that the input of organic resources with a low C:N ratio, such as farmyard manure, is more effective in maintaining yields and soil fertility than mineral fertilizer inputs. Thus, the main inputs are organic resources with a low C:N ratio (ideally farmyard manure, but green manures such as Tithonia sp. or Calliandra sp. can also be used), while mineral fertilizers and high quality seeds are also needed. A major activity is the incorporation of organic resources before planting, which requires additional labour. ISFM offers significantly higher yields, and yield maintenance over time, while maintaining or increasing soil fertility. However, it is important to note that the advantage of ISFM over mineral fertilizer use becomes apparent only in the long term (e.g., after 5 to 10 years of continuous cropping). This is because mineral fertilizer inputs may initially mask the loss of soil fertility. This long-term perspective has to be kept in mind when considering the main perceived disadvantage of ISFM - that is the need for manure input and labour for its incorporation, which does not immediately result in higher yields compared to mineral fertilizer application alone.

2.3 Fotografías de la Tecnología

2.5 País/ región/ lugares donde la Tecnología fue aplicada y que se hallan comprendidos por esta evaluación

País:

Kenia

Región/ Estado/ Provincia:

Embu County; Siaya County; Busia County

Especifique más el lugar :

Embu city; Mavuria; close to Siaya; close to Busia

Especifique la difusión de la Tecnología:
  • aplicada en puntos específicos/ concentrada en un área pequeña
¿El/los sitio(s) de la Tecnología se ubica(n) en un área de protección permanente?

No

Comentarios:

The locations display the position of the long-term trials in which ISFM was tested

2.6 Fecha de la implementación

Indique año de implementación:

2002

2.7 Introducción de la Tecnología

Especifique cómo se introdujo la Tecnología:
  • durante experimentos/ investigación

3. Clasificación de la Tecnología MST

3.1 Propósito(s) principal(es) de la Tecnología MST

  • mejorar la producción
  • reducir, prevenir, restaurar la degradación del suelo
  • adaptarse al cambio climático/ extremos climáticos y sus impactos
  • crear impacto económico benéfico

3.2 Tipo(s) actuales de uso de la tierra donde se aplica la Tecnología

Mezcla de tipos de uso de tierras dentro de la misma unidad de tierras: :

No


Tierras cultivadas

Tierras cultivadas

  • Cosecha anual
Cosechas anuales - Especifique cultivos:
  • cereales - maíz
  • cereales - mijo
  • cereales - sorgo
Sistema anual de cultivo:

Maíz/sorgo/mijo de producción continua

Número de temporadas de cultivo por año:
  • 2
¿Se practica el intercultivo?

No

¿Se practica la rotación de cultivos?

No

Otros

Otros

Especifique:

Mixed crop-livestock farms

Comentarios:

Manure can come from animals that are grazed or from animals kept in a zero-grazing system.

3.3 ¿Cambió el uso de tierras debido a la implementación de la Tecnología?

¿Cambió el uso de tierras debido a la implementación de la Tecnología?
  • No (Continúe con la pregunta 3.4)

3.4 Provisión de agua

Provisión de agua para la tierra donde se aplica la Tecnología:
  • de secano

3.5 Grupo MST al que pertenece la Tecnología

  • manejo de agricultura—ganadería integrada
  • manejo integrado de la fertilidad del suelo
  • variedades vegetales/ razas animales mejoradas

3.6 Medidas MST que componen la Tecnología

medidas agronómicas

medidas agronómicas

  • A2: materia orgánica/ fertilidad del suelo
  • A5: Manejo de semillas, variedades mejoradas
  • A6: Manejo de residuos
A6: Especifique manejo de residuos:

A 6.2: pastado

3.7 Principales tipos de degradación del suelo encarados con la Tecnología

deterioro químico del suelo

deterioro químico del suelo

  • Cn: reducción de la fertilidad y contenido reducido de la materia orgánica del suelo (no ocasionados por la erosión)
degradación biológica

degradación biológica

  • Bl: pérdida de la vida del suelo

3.8 Prevención, reducción o restauración de la degradación del suelo

Especifique la meta de la Tecnología con relación a la degradación de la tierra:
  • prevenir la degradación del suelo
  • reducir la degradación del suelo

4. Especificaciones técnicas, actividades de implementación, insumos y costos

4.1 Dibujo técnico de la Tecnología

Especificaciones técnicas (relacionadas al dibujo técnico):

Organic resources are distributed equally across the field and then incorporated (usually by hand hoe). Full ISFM integrates this with improved maize varieties and small doses of mineral fertilizer.

Autor:

Moritz Laub

Fecha:

07/05/2024

4.2 Información general sobre el cálculo de insumos y costos

Especifique cómo se calcularon los costos e insumos:
  • por área de Tecnología
Indique tamaño y unidad de área:

hectare

otra / moneda nacional (especifique):

KSH

Si fuera relevante, indique la tasa de cambio de dólares americanos a la moneda local (ej. 1 U$ = 79.9 Reales Brasileros): 1 U$ =:

135,0

Indique el costo promedio del salario de trabajo contratado por día:

500

4.3 Actividades de establecimiento

Actividad Momento (estación)
1. Training on (green/farmyard) manure handling and incorporation any

4.4 Costos e insumos necesarios para el establecimiento

Especifique insumo Unidad Cantidad Costos por unidad Costos totales por insumo % de los costos cubiertos por los usuarios de las tierras
Otros Training on ISFM and organic resource management
Si el usuario de la tierra no cubrió el 100% de los costos, indique quién financió el resto del costo:

One or two days of workshop costs. Cost of exchanges with extension agents (mainly time)

4.5 Actividades de establecimiento/ recurrentes

Actividad Momento/ frequencia
1. Organic resource preparation (e.g. chopping of green manure, farmyard manure management) Before planting
2. Organic resource application and incorporation to about 15 cm soil depth Before planting
3. Application of mineral fertilizer During peak demand

4.6 Costos e insumos necesarios para actividades de mantenimiento/ recurrentes (por año)

Especifique insumo Unidad Cantidad Costos por unidad Costos totales por insumo % de los costos cubiertos por los usuarios de las tierras
Mano de obra Manual labor for manure incorporation labor days per ha 10,0 500,0 5000,0
Material para plantas Hybrid maize seeds kg per ha 25,0 450,0 11250,0
Fertilizantes y biocidas Manure (green/farmyard) per ha and season t dry matter 2,0 5500,0 11000,0
Fertilizantes y biocidas Mineral N (estimate ideal input) kg per ha and season 30,0 300,0 9000,0
Indique los costos totales para mantenecer la Tecnología 36250,0
Costos totales para mantener la Tecnología en USD 268,52
Comentarios:

Prices of May 2024. The cost of manure is highly variable locally (estimated to be around 2000 KSH per t dry matter in western and up to 9000 KSH per t dry matter in central Kenya; we used the mean value of these). In mixed crop-livestock systems, the manure may be sourced from the own farm, in which case the cost of ISFM may be reduced tremendously.

4.7 Factores más determinantes que afectan los costos:

Describa los factores más determinantes que afectan los costos:

Local labor prices. Local availability of livestock. Local fertilizer and seed prices.

5. Entorno natural y humano

5.1 Clima

Lluvia anual
  • < 250 mm
  • 251-500 mm
  • 501-750 mm
  • 751-1,000 mm
  • 1,001-1,500 mm
  • 1,501-2,000 mm
  • 2,001-3,000 mm
  • 3,001-4,000 mm
  • > 4,000 mm
Especificaciones/ comentarios sobre la cantidad de lluvia:

ISFM can likely be used wherever it is feasible to grow maize. It proved most effective in high-rainfall areas > 1200 mm (for maize), because in areas where rainfall was limiting (e.g., Machanga site), the plants were mainly water limited and could not make good use of the additional soil fertility.

Zona agroclimática
  • húmeda

5.2 Topografía

Pendientes en promedio:
  • plana (0-2 %)
  • ligera (3-5%)
  • moderada (6-10%)
  • ondulada (11-15%)
  • accidentada (16-30%)
  • empinada (31-60%)
  • muy empinada (>60%)
Formaciones telúricas:
  • meseta/ planicies
  • cordilleras
  • laderas montañosas
  • laderas de cerro
  • pies de monte
  • fondo del valle
Zona altitudinal:
  • 0-100 m s.n.m.
  • 101-500 m s.n.m.
  • 501-1,000 m s.n.m
  • 1,001-1,500 m s.n.m
  • 1,501-2,000 m s.n.m
  • 2,001-2,500 m s.n.m
  • 2,501-3,000 m s.n.m
  • 3,001-4,000 m s.n.m
  • > 4,000 m s.n.m
Indique si la Tecnología se aplica específicamente en:
  • no relevante

5.3 Suelos

Profundidad promedio del suelo:
  • muy superficial (0-20 cm)
  • superficial (21-50 cm)
  • moderadamente profunda (51-80 cm)
  • profunda (81-120 cm)
  • muy profunda (>120 cm)
Textura del suelo (capa arable):
  • mediana (limosa)
  • fina/ pesada (arcilla)
Textura del suelo (> 20 cm debajo de la superficie):
  • mediana (limosa)
  • fina/ pesada (arcilla)
Materia orgánica de capa arable:
  • media (1-3%)
  • baja (<1%)
Si se halla disponible, adjunte una descripción completa de los suelos o especifique la información disponible, por ej., tipo de suelo, pH/ acidez de suelo, capacidad de intercambio catiónico, nitrógeno, salinidad, etc. :

Detailed descriptions can be found here: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429022003598
and here: https://soil.copernicus.org/articles/9/301/2023/

5.4 Disponibilidad y calidad de agua

Disponibilidad de aguas superficiales:

mediana

Calidad de agua (sin tratar):

solo para uso agrícola (irrigación)

La calidad de agua se refiere a:

agua superficial

¿La salinidad del agua es un problema?

No

¿Se está llevando a cabo la inundación del área? :

No

5.5 Biodiversidad

Diversidad de especies:
  • mediana
Diversidad de hábitats:
  • mediana

5.6 Las características de los usuarios de la tierra que aplican la Tecnología

Sedentario o nómada:
  • Sedentario
Orientación del mercado del sistema de producción:
  • mixta (subsistencia/ comercial)
Ingresos no agrarios:
  • menos del 10% de todos los ingresos
Nivel relativo de riqueza:
  • pobre
  • promedio
Individuos o grupos:
  • individual/ doméstico
Nivel de mecanización:
  • trabajo manual
  • tracción animal
Edad de los usuarios de la tierra:
  • personas de mediana edad

5.7 Área promedio de la tierra usada por usuarios de tierra que aplican la Tecnología

  • < 0.5 ha
  • 0.5-1 ha
  • 1-2 ha
  • 2-5 ha
  • 5-15 ha
  • 15-50 ha
  • 50-100 ha
  • 100-500 ha
  • 500-1,000 ha
  • 1,000-10,000 ha
  • > 10,000 ha
¿Esto se considera de pequeña, mediana o gran escala (refiriéndose al contexto local)?
  • escala mediana

5.8 Tenencia de tierra, uso de tierra y derechos de uso de agua

Tenencia de tierra:
  • individual, sin título
  • individual, con título
Derechos de uso de tierra:
  • individual

5.9 Acceso a servicios e infraestructura

salud:
  • pobre
  • moderado
  • bueno
educación:
  • pobre
  • moderado
  • bueno
asistencia técnica:
  • pobre
  • moderado
  • bueno
empleo (ej. fuera de la granja):
  • pobre
  • moderado
  • bueno
mercados:
  • pobre
  • moderado
  • bueno
energía:
  • pobre
  • moderado
  • bueno
caminos y transporte:
  • pobre
  • moderado
  • bueno
agua potable y saneamiento:
  • pobre
  • moderado
  • bueno
servicios financieros:
  • pobre
  • moderado
  • bueno

6. Impactos y comentarios para concluir

6.1 Impactos in situ demostrados por la Tecnología

Impactos socioeconómicos

Producción

producción de cultivo

disminuyó
incrementó
Cantidad antes de MST:

1-2 t maize grain yield per ha and season

Cantidad luego de MST:

3-4 t maize grain yield per ha and season

Comentarios/ especifique:

The presented yield values are measured data from long-term experiments. They represent the average across all sites.
See https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429022003598 for details

Ingreso y costos

gastos en insumos agrícolas

incrementó
disminuyó

ingreso agrario

disminuyó
incrementó

carga de trabajo

incrementó
disminuyó

Impactos ecológicos

Suelo

ciclo/ recarga de nutrientes

disminuyó
incrementó

materia orgánica debajo del suelo C

disminuyó
incrementó
Cantidad antes de MST:

Annual decline of about 2% of initial SOM

Cantidad luego de MST:

Annual decline reduced to about 0.5% of initial SOM

Comentarios/ especifique:

The presented soil organic carbon values are measured data from long-term experiments. They represent the average across all sites.The general loosing trajectory was a function of the sites being relatively newly established. In sites with low SOM, an increase is possible. Details in https://soil.copernicus.org/articles/9/301/2023/

acidez

incrementó
disminuyó
Cantidad antes de MST:

pH around 5

Cantidad luego de MST:

pH around 6

Comentarios/ especifique:

The presented soil pH values are measured data from long-term experiments. They represent the average across all sites.Comparison between the control and farmyard manure treatments. Details in https://soil.copernicus.org/articles/9/301/2023/

6.2 Impactos fuera del sitio demostrados por la Tecnología

impacto de gases de invernadero

incrementó
disminuyó
Cantidad antes de MST:

about 2.5 kg CO2-eq emissions per kg of maize grain yield

Cantidad luego de MST:

about 1.5 kg CO2-eq emissions per kg of maize grain yield

Comentarios/ especifique:

Note that GHG values are expressed in terms of emissions per yield.

6.3 Exposición y sensibilidad de la Tecnología al cambio climático gradual y a extremos relacionados al clima/ desastres (desde la percepción de los usuarios de tierras)

Cambio climático gradual

Cambio climático gradual
Estación Incremento o reducción ¿Cómo es que la tecnología soporta esto?
temperatura anual incrementó moderadamente

Extremos (desastres) relacionados al clima

Desastres climatológicos:
¿Cómo es que la tecnología soporta esto?
tormenta de lluvia local moderadamente
Desastres climatológicos
¿Cómo es que la tecnología soporta esto?
sequía no muy bien
Comentarios:

In areas with abundant rainfall (1500 mm per year and more, as in western Kenya) the maize under ISFM did not struggle under increased temperatures. In areas with only 1200 mm (such as in central Kenya) and lower rainfall, the maize suffered severely in drier seasons, even under ISFM.

6.4 Análisis costo-beneficio

¿Cómo se comparan los beneficios con los costos de establecimiento (desde la perspectiva de los usuarios de tierra)?
Ingresos a corto plazo:

negativo

Ingresos a largo plazo:

positivo

¿Cómo se comparan los beneficios con los costos de mantenimiento/ recurrentes (desde la perspectiva de los usuarios de tierra)?
Ingresos a corto plazo:

ligeramente negativo

Ingresos a largo plazo:

ligeramente positivo

6.5 Adopción de la Tecnología

  • 11-50%
Si tiene la información disponible, cuantifique (número de hogares y/o área cubierta):

Estimated to be around 20-25% both in Western and central Kenya. Currently increased uptake, mainly due to surges in mineral fertilizer prices.

De todos quienes adoptaron la Tecnología, ¿cuántos lo hicieron espontáneamente, por ej. sin recibir nada de incentivos/ materiales:
  • 51-90%
Comentarios:

There are no government incentives to apply organic resources to the soil.

6.6 Adaptación

¿La tecnología fue modificada recientemente para adaptarse a las condiciones cambiantes?

Si fuera así, indique a qué condiciones cambiantes se adaptó:
  • cambios climáticos / extremos
Especifique la adaptación de la Tecnología (diseño, material/ especies, etc.):

The trials have been redesigned for intercropping with the MBILI system - results are expected in 2027/8. (Details on MBILI: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378429009002809)

6.7 Fuerzas/ ventajas/ oportunidades de la Tecnología

Fuerzas/ ventajas/ oportunidades desde la perspectiva del usuario de la tierra
Maintenance of crop yields in integrated crop-livestock systems.
Fuerzas/ ventajas/ oportunidades desde la perspectiva del compilador o de otra persona de referencia clave
Maintaining soil fertility as the basis of crop production and sustained yields.

6.8 Debilidades/ desventajas/ riesgos de la Tecnología y formas de sobreponerse a ellos

Debilidades/ desventajas/ riesgos desde la perspectiva del usuario de la tierra ¿Cómo sobreponerse a ellas?
Advantage compared to mineral fertilizer use not directly visible. Demonstration on the sites. Farmers training. Farmers trials.
Debilidades/ desventajas/ riesgos desde la perspectiva del compilador o de otra persona de referencia clave ¿Cómo sobreponerse a ellas?
Scarcity of organic inputs. Maintaining SOM requires very high input rates. Combining ISFM with improved inter-cropping systems. Research is currently ongoing.

7. Referencias y vínculos

7.1 Métodos/ fuentes de información

  • entrevistas con usuarios de tierras

Several exchanges with local farmers and extension agents on ISFM specific workshops. Exchanges with long-term trial managers

  • entrevistas con especialistas/ expertos en MST

Several exchanges with experts involved in the long-term trials.

  • compilación de informes y otra documentación existente

Several scientific publications (are given where used)

¿Cuándo se compilaron los datos (en el campo)?

20/07/2023

7.2 Vínculos a las publicaciones disponibles

Título, autor, año, ISBN:

Laub, M., Corbeels, M., Mathu Ndungu, S., Mucheru-Muna, M.W., Mugendi, D., Necpalova, M., Van de Broek, M., Waswa, W., Vanlauwe, B., Six, J., 2023. Combining manure with mineral N fertilizer maintains maize yields: Evidence from four long-term experiments in Kenya. Field Crops Research 291, 108788.

¿Dónde se halla disponible? ¿Costo?

For free at: https://doi.org/10.1016/j.fcr.2022.108788

Título, autor, año, ISBN:

Laub, M., Corbeels, M., Couëdel, A., Ndungu, S.M., Mucheru-Muna, M.W., Mugendi, D., Necpalova, M., Waswa, W., Van de Broek, M., Vanlauwe, B., Six, J., 2023. Managing soil organic carbon in tropical agroecosystems: evidence from four long-term experiments in Kenya. SOIL 9, 301–323.

¿Dónde se halla disponible? ¿Costo?

For free at: https://doi.org/10.5194/soil-9-301-2023

Título, autor, año, ISBN:

Mucheru-Muna, M., Pypers, P., Mugendi, D., Kung’u, J., Mugwe, J., Merckx, R., Vanlauwe, B., 2010. A staggered maize–legume intercrop arrangement robustly increases crop yields and economic returns in the highlands of Central Kenya. Field Crops Research 115, 132–139.

¿Dónde se halla disponible? ¿Costo?

https://doi.org/10.1016/j.fcr.2009.10.013

7.3 Vínculos a la información relevante disponible en línea

Título/ descripción:

Article on yield development in ISFM

URL:

https://doi.org/10.1016/j.fcr.2022.108788

Título/ descripción:

Article on soil organic matter development in ISFM

URL:

https://doi.org/10.5194/soil-9-301-2023

7.4 Comentarios generales

Very detailed inputs required. Filled out to the best of my knowledge.
Only qualitative reports about economics at farm level were available. Measurements will be conducted in an upcoming project

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