Department of Biology
Institute of Plant Science and Microbiology
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Biodiversity & Ecology

 Food security    Research article    Open Access 

Increasing yields of cereals: benefits derived from intercropping with legumes and from the associated bacteria

Motshwari Obopile, Oreeditse Karabo, Bonolo Pearl Tshipinare, Maitumelo Losologolo, Nkosilathi Bernard, Samodimo Ngwako, Utlwang Batlang, Gloria Nnaniki Mashungwa, Nelson Tselaesele, Flora Pule-Meulenberg*

Article first published online: 24 April 2018

DOI: 10.7809/b-e.00333

*Corresponding author contact: fpmeulenberg@buan.ac.bw; flora.pule@gmail.com

Biodiversity & Ecology  (Biodivers. Ecol.)

Climate change and adaptive land management in southern Africa - assessments, changes, challenges, and solutions,
edited by Rasmus Revermann, Kristin M. Krewenka, Ute Schmiedel, Jane M. Olwoch, Jörg Helmschrot & Norbert Jürgens
Volume 6, pages 265-271, April 2018
  PDF  (1.2 MB)


Abstract: Low yield of staple crops such as maize sorghum, pearl millet, and legumes in southern Africa poses a threat to food security, especially in the semi-arid regions of Botswana. The low crop productivity is caused by pests, low fertility, low soil moisture, and high temperatures possibly resulting from climate change. On-farm measurements of N2 fi xation were done in groundnut and Bambara groundnut. Bacteria isolated from their root nodules were assessed as inoculant for cereals under greenhouse conditions. We also determined the most eff ective sorghum intercrop for reducing yield losses of sorghum caused by stem borers. The results showed that grain legumes fi xed N2 under on-farm conditions. However, amounts of N-fixed on farmers? fi elds were low because of suboptimal plant densities. Bambara groundnut growing in Lekobeng in Tswapong area fi xed the highest amount of nitrogen at 1.3 kg N/ha, a value that is low because of the low planting density used by farmers. Bacteria isolated from legumes showed potential as biofertilisers. For example, in a clayey soil, there were no diff erences in the number of millet leaves between inoculated and NPK-fed plants. Finally, intercropping of sorghum with legumes led to a reduction in stemborer infestation on sorghum, resulting in higher grain yields for intercrops, about 8.4x more than monocropped sorghum. Taken together, these results show the potential use for legumes and their associated bacteria as biofertilisers in sustainable cropping systems. The data on intercropping will be used to advise farmers on the importance of legume intercrops in controlling stemborers.


Resumo: O baixo rendimento de culturas básicas como o milho, sorgo, milheto e leguminosas na África Austral coloca ameaças à segurança alimentar, em especial nas regiões semi-áridas do Botswana. A baixa produtividade de culturas é causada por pragas, baixa fertilidade, reduzida humidade do solo e elevadas temperaturas, possivelmente devido às alterações climáticas. Em quintas, foram realizadas medições da fi xação de N2 em amendoins e feijão-bambara. Bactérias isoladas dos seus nódulos radiculares foram avaliadas como inoculantes para cereais sob condições de estufa. Também determinámos a intercalação mais efi caz para o sorgo, de modo a reduzir as perdas de rendimento causadas pelas stemborers (artrópodes que furam o caule da planta). Os resultados mostraram que as leguminosas fi xaram N2 sob condições agrícolas. No entanto, as quantidades de N fi xado nos campos dos agricultores foram baixas devido às densidades insufi cientes das plantas. O feijão-bambara em Lekobeng, na área de Tswapong, fi xou a maior quantidade de N, 1,3Kg N/ha, um valor que é baixo devido à baixa densidade de plantação utilizada pelos agricultores. As bactérias isoladas de leguminosas mostraram potencial como biofertilizante. Por exemplo, num solo argiloso, não existiram diferenças no número de folhas de milhete entre plantas inoculadas e plantas alimentadas com NPK. Por fi m, o cultivo alternado de sorgo com leguminosas levou a uma redução na infestação de stemborer no sorgo, levando a maiores rendimentos, cerca de 8,4x mais que em sorgo em monocultura. No conjunto, demonstrámos o potencial uso das leguminosas e suas bactérias, associadas a sistemas de cultivo sustentáveis, como biofertilizantes. Os dados sobre o cultivo alternado serão utilizados para aconselhar os agricultores sobre a importância da intercalação de leguminosas no controlo das steamborers.

Suggested citation:
Obopile, M., Karabo, O., Pearl Tshipinare, B., Losologolo, M., Bernard, N., Ngwako, S., Batlang, U., Nnaniki Mashungwa, G., Tselaesele, N. & Pule-Meulenberg, F. (2018) Increasing yields of cereals: benefits derived from intercropping with legumes and from the associated bacteria In: Climate change and adaptive land management in southern Africa – assessments, changes, challenges, and solutions (ed. by Revermann, R., Krewenka, K.M., Schmiedel, U., Olwoch, J.M., Helmschrot, J. & Jürgens, N.), pp. 265-271, Biodiversity & Ecology, 6, Klaus Hess Publishers, Göttingen & Windhoek. doi:10.7809/b-e.00333