Challenges to ecosystem services of sustainable agriculture in West Africa
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften | ger |
| dc.contributor.referee | Buerkert, Andreas (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Rössler, Regina (Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2020-08-25T13:52:56Z | |
| dc.date.available | 2020-08-25T13:52:56Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.description.sponsorship | 031A242-A | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202008241627 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/11723 | |
| dc.language.iso | eng | eng |
| dc.relation.projectid | FKZ 0316087 | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject.ddc | 630 | |
| dc.subject.swd | Nährstoffkreislauf | ger |
| dc.subject.swd | Ökosystemdienstleistung | ger |
| dc.subject.swd | Viehwirtschaft | ger |
| dc.subject.swd | Futterversorgung | ger |
| dc.subject.swd | Ernährungssicherung | ger |
| dc.subject.swd | Pflanzenkohle | ger |
| dc.title | Challenges to ecosystem services of sustainable agriculture in West Africa | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | Food security is still sub-optimal in many parts of West Africa calling for more efficient agricultural practices in mitigating food insecurity. Some of the problems faced in West African agricultural systems are bottlenecks in ruminant livestock supply, inefficiency in commercial poultry production, and loss of arthropod diversity. These issues require proper integration of farming systems, demand the closing of nutrient cycles, need diversi cation of production, and require enhancement of ecosystem services. To contribute applicable data for the attainment of the aforementioned, this study investigated four topics of different contexts such as livestock and forage trade, nutrient use efficiency and detoxification of alternative feed through biochar application in poultry production, and lastly ecosystem service provision by studying arthropod diversity in cash crop elds of urban and periurban agricultural systems (UPA). The knowledge of production and consumption regarding livestock and forage trade in West Africa is largely unknown and data are often rough estimates only. To shed light on the routes and hubs of livestock, a study was conducted in Bamako, Mali, where all major roads connecting the city were monitored for 24 hours each day for seven days, across the hot, rainy and harvest seasons. Information was collected on three ruminant livestock, goat, sheep, and cattle transported by vehicles. The origin, destination and quantity of the transported livestock were recorded. Data was also collected on the frequency of animal feed tra cked across these roads. Results showed that sheep were the most tra cked livestock of the three, due to its importance in Islamic festivals. The traffic of cattle and sheep was extensive, whereas the transport of goats was smaller and more localized. The results also showed the importance of Bamako as a hub in the livestock distribution to countries like Guinea and Senegal. Information obtained contributes signi cantly to the understanding of the scope of policy interventions towards further enhancing the efficiency of the livestock production and distribution sector and the enhancing of food security. Another important component of food security is linked with nutrient use efficiency in livestock production systems, including the poultry sector. To specically address this, two experiments about the efficacy of biochar in poultry management were conducted in Tamale, Northern Region, Ghana. In the first experiment, 24 male broiler chickens were offered commercial broiler finisher diets with 0 %, 1.5 %, 3 % and 6 % wood charcoal. The birds underwent a 14-day adaptation period and a four-day data collection period. Results showed that amendment of 6 % wood charcoal to feed stuff does not negatively a ect growth performance. Although the amendment of biochar did not signi cantly reduce weight gain, the 6 % biochar application slightly reduced the mean weight of those chickens. Hence more research is needed in this regard to investigate the underlying conditions that may make biochar a better poultry feed additive. Despite this, the biochar diets reduced the amount of phosphorous excreted by the chicken. It follows that at least phosphorous as a nutrient was more available to the birds. The issue of nutrient use inefficiency in West Africa poultry management is an important one as commercial feed is the most important variable of poultry production cost. Hence, this potential of biochar to accrete nutrients could benedicial for farmers if explored more. In the second biochar experiment, 168 female broiler chickens were offered seven diets that included different levels of biochar with different processed states of the underutilized carbohydrate rich root tuber, Icacina oliviformis. The root tuber is ubiquitous in the Northern Region of Ghana and has been consumed by indigenes in the past during famine periods. Despite its rich carbohydrate content, the wild crop contains antinutritive factors like terpenes, which inhibit essential amino acid receptors in poultry. Despite this, some other Icacina spp. also possess detoxing properties against tetrachloromethane and antimicrobial properties against Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp, Candida albicans, and Klebsiella pneumoniae. Results from the experiment showed that soaking the root tuber in water and feeding to poultry did not have any e ect on lipophilic compounds but reduced chloroform subfractions. The addition of biochar on reducing the antinutritive effects was slight; furthermore, it resulted in low chicken body weight and blood protein. To this end, it is evident that despite the carbohydrate rich source of the root tuber, further research and breeding is needed on improving this wild plan species to make it a potential substitute for maize in poultry feeding to contribute to food security in West Africa. As food and forage production is largely dependent on ecosystem services of arthropods (such as pollination, biological pest control, nutrient decomposition), the final study looked at the arthropod assemblage in UPA systems of Tamale. Species were sampled across lettuce, okra, and pepper fields within different management intensities. Two sampling techniques, pan trapping and pitfall trapping were used to sample the arthropods. Parameters such as wastewater irrigation, pesticide, and weedicide application, as well as manure and synthetic fertilizer usage, were assessed. From the results of 14,226 sampled arthropods, comprising 81 families, 11 orders, 211 genera, and 244 species were identified. Multivariate analyses showed that irrigation regimes had significant effect on arthropod species abundance, with Hippeleates pusio the most dominant, consistent with locations using wastewater as irrigation. This vector not only transmits diseases like mastitis to livestock as well as bacterial conjunctivitis and yaws to humans. All these diseases are still prevalent in the study region. In addition, three alien ant species were recorded in the samples. The issue with ant species is that some of them form mutualistic association with deleterious aphids, which have the potential to cause serious crop damage. The other issue of concern with the ant species sampled is that they have the potential to grow into large populations, by displacing other native ant species and become invasive. Both issues may cause serious implication on food security for Tamale and beyond. Thus, future arthropod ecological research should not only evaluate the influence of wastewater application on H. pusio populations and related disease incidence but also the effect of alien and other arthropod species present in the area and their relationship with human food security. | eng |
| dcterms.abstract | In vielen Teilen Westafrikas ist die Ernährungssicherheit immer noch suboptimal. Die Milderung dieser Ernährungsunsicherheit erfordert effizientere landwirtschaftliche Praktiken. Einige der Probleme, denen sich die westafrikanischen Agrarsysteme gegenübersehen, sind Engpässe bei der Futterversorgung von Vieh, eine ineffiziente kommerzielle Geflügelproduktion und der Verlust der Arthropodenvielfalt, die beispielsweise für die Bestäubung von Nutzpflanzen wichtig ist. Diese Probleme erfordern zielgerichtete Antworten wie beispielsweise eine angemessene Integration landwirtschaftlicher Systeme, die Schließung von Nährstoffkreisläufen, eine Diversifizierung der Produktion und die Verbesserung von Ökosystemleistungen. Um anwendbare Daten für die Erreichung der oben genannten Ziele zu gewinnen, untersuchte diese Studie vier Themen aus verschiedenen Kontexten: (1) den Handel von Vieh und Futter, (2) die Anwendung von Biokohle für eine bessere Nährstoffnutzungseffizienz, (3) die Entgiftung von alternativen Futtermitteln in der Geflügelproduktion, und (4) die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen durch Arthropoden bei Feldfrüchten in städtischen und stadtnahen landwirtschaftlichen Systemen (UPA). Produktion und Konsum von gehandelten Futtermitteln in Westafrika ist erstaunlich wenig erforscht und die vorhandenen Daten sind oft nur Schätzwerte. Um Wege des Vieh- und Futterhandels zu untersuchen, wurde eine Studie in Bamako, Mali, durchgeführt, bei der alle in die Stadt führenden Hauptstraßen sieben Tage lang für je 24 h während der Trocken-, Regenund Erntezeit überwacht wurden. Dabei wurden Informationen zu den drei Wiederkäuern Ziegen, Schafen und Rindern gesammelt, die mit Fahrzeugen transportiert wurden, um deren Menge, Herkunft und Bestimmungsort zu notieren. Zusätzlich wurden Daten über die Häufigkeit des Tierfuttertransports auf diesen Straßen gesammelt. Die Ergebnisse zeigen, dass Schafe aufgrund ihrer Bedeutung bei islamischen Festen das am meisten gehandelte Vieh der drei Tierarten waren. Der Handel mit Rindern und Schafen war umfangreich, während der Transport von Ziegen geringer und örtlich begrenzter war. Die Ergebnisse zeigten auch die Bedeutung von Bamako als Drehscheibe bei der Verteilung von Vieh in Länder wie Guinea und Senegal. Die gewonnenen Informationen tragen wesentlich zum Verständnis des Umfangs politischer Interventionen zur weiteren Verbesserung der Effizienz des Viehzuchtsektors und der Verteilung sowie zur Verbesserung der Nahrungsmittelsicherheit bei. Eine weitere wichtige Komponente der Ernährungssicherheit ist die Nährstoffnutzungseffizienz in der Viehzucht, einschließlich des Geflügelsektors. Um dies zu untersuchen, wurden drei Experimente zur Effektivität von Biokohle in der Geflügelzucht in Tamale, Nordregion von Ghana, durchgeführt. Im ersten Biokohleexperiment wurden 24 männlichen Masthähnchen Finisher” Futter“ gemischt mit 0 %, 1,5 %, 3 % und 6 % Holzkohle angeboten. Die Vögel durchliefen eine 14-tägige Anpassungszeit und danach eine viertägige Versuchsperiode. Die Ergebnisse zeigen, dass auch eine 6 %ige Beimischung von Holzkohle die Wachstumsleistung nicht negativ beeinflusst. Obwohl der Zusatz von Biokohle die Gewichtszunahme nicht signifikant verringerte, kam es zu einer leichten Reduzierung des mittleren Hähnchengewichts bei der 6 %igen Biokohlebeimischung. Es ist mehr Forschung erforderlich, um die Rahmenbedingungen zu untersuchen, die Biokohle zu einem besseren Geflügelfutterzusatzstoff machen könnten. Allerdings verringerten die Biokohlefuttermittel die Menge an Phosphor, die von den Hühnern ausgeschieden wurde. Daraus folgt, dass zumindest Phosphor als Nährstoff für die Vögel besser verfügbar war. Die Frage der Ineffizienz der Nährstoffnutzung in der westafrikanischen Geflügelwirtschaft ist ein wichtiges Thema, da kommerzielles Futter eine wichtige Kostenquelle in der Geflügelproduktion darstellt. Im zweiten Biokohleexperiment wurden 168 Masthühner sieben Futtersorten angeboten, die unterschiedliche Mengen an Biokohle mit unterschiedlichen Verarbeitungszuständen der kohlenhydratreichen Wurzelknollen von Icacina oliviformis enthielten. Diese Wurzelknolle ist in der nördlichen Region Ghanas weit verbreitet und wurde in der Vergangenheit von der lokalen Bevölkerung während Hungersnöten verzehrt. Trotz ihres hohen Kohlenhydratgehalts enthält die Wildart antinutritive Inhaltsstoffe wie Terpene, die die essentiellen Aminosäurenrezeptoren des Geflügels hemmen. Andere Icacina-Arten besitzen entgiftende Inhaltsstoffe für Tetrachlormethan und antimikrobielle Eigenschaften gegen Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus spp., Candida albicans und Klebsiella pneumoniae. Die Ergebnisse des Versuchs zeigen, dass das Einweichen der Wurzelknolle in Wasser und die Verfütterung an Geflügel keinen Einfluss auf lipophile Verbindungen hatte, sondern die Chloroform-Subfraktionen verringerte. Die Zugabe von Biokohle zur Verringerung der antinutritiven Wirkungen war gering; darüber hinaus führte sie zu einem niedrigen Körpergewicht und Blutprotein der Hühner. Es ist daher offensichtlich, dass trotz der kohlenhydratreichen Quelle der Wurzelknolle weitere Forschung und gegebenenfalls Züchtungsmaßnahmen zur Verbesserung dieser Wildart erforderlich sind, um sie zu einem potenziellen Ersatz für Mais als Geflügelfutter zu etablieren. Da die Nahrungs- und Futtermittelproduktion weitgehend von den Ökosystemleistungen der Arthropoden (wie Bestäubung, biologische Schädlingsbekämpfung, Nährstoffabbau) abhängt, wurde in der letzten Studie die Arthropodenvergesellschaftung in UPA-Systemen von Tamale untersucht. Die Arten wurden auf Salat (Lactuca sativa), Okra (Abelmoschus esculentus), und Chili-feldern (Capsicum annum), mit unterschiedlicher Bewirtschaftungsintensität beprobt. Dazu wurden zwei Beprobungstechniken, die Bodenfalle und die Flugfalle, verwendet. Die Variablen Abwasserbewässerung, Pestizid- und Herbizidanwendung, und der Einsatz von natürlichem und künstlichem Düngers wurden ebenfalls bestimmt. Aus den Ergebnissen von 14.226 beprobten Arthropoden wurden 11 Ordnungen, 81 Familien, 211 Ordnungen, und 244 Arten identifiziert. Multivariate Analysen zeigten, dass die meisten Bewirtschaftungspraktiken, einen signifikanten Einfluss auf die ArthropodenArtenhäufigkeit hatten. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass eine krankheitsübertragende Art (Hippeleates pusio) dort dominierte, wo Abwasser zur Bewässerung verwendet wurde. Die Art überträgt nicht nur Krankheiten wie Mastitis auf das Vieh, sondern auch bakterielle Bindehautentzündung und Frambösie auf den Menschen. All diese Krankheiten sind in der Untersuchungsregion immer noch weit verbreitet. Außerdem wurde das Auftreten von drei fremden Ameisenarten in den Proben festgestellt, welche eine mutualistische Assoziation mit schädlichen Blattläusen bilden, die das Potenzial haben, schwere Ernteschäden zu verursachen. Ein weiteres Problem der untersuchten Ameisenarten ist ihr Potenzial, zu großen Populationen heranzuwachsen und andere einheimische Ameisenarten zu verdrängen und damit invasiv zu werden. Beides kann schwerwiegende Auswirkungen auf die Ernährungssicherheit in Tamale und darüber hinaus haben, weswegen zukünftige ökologische Arthropodenforschung nicht nur den Einfluss der Abwasseranwendung auf die H. pusio-Populationen und das damit verbundene Krankheitsgeschehen bewerten sollten. Es sollten auch verstärkt die Wechselwirkung der im Gebiet natürlich vorkommenden und eingeschleppten Arthropodenarten untersucht und die potentiell negativen Effekte auf die menschliche Nahrungssicherheit untersucht werden. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Amprako, Louis Kwaku | |
| dcterms.dateAccepted | 2020-07-15 | |
| dcterms.extent | ix, 141 Seiten | |
| kup.iskup | false |