LeapAgri: Participatory Pathways to Sust. Intensification. Innovation platforms to integrate leguminous crops into small-scale agriculture

1 October 2022: Det overgripende målet med PASUSI er å øke produktiviteten i landbruket i Ghana og Uganda og forbedre næringsinnholdet i mat of fôr, og samtidig bidra til et bærekraftig landbruk som minimerer miljøødeleggelse. PASUSI ønsker å fremme produksjonen av belgvekster og å øke deres andel av den daglige dietten. Arbeidspakkene hvor NMBU deltar har som spesifikt formål å identifisere nitrogenfikserende bakteriestammer, såkalt rhizobier, som passer for utvikling av podemateriale for lokale belgvekstsorter for å øke avlingene og proteininnholdet i plantene. Landbruk i Afrikanske land er i hovedsak basert på små bruksenheter, og produksjon av plantebaserte proteiner er nødvendig for å sikre næringsriktig mat og inntekter. Kravene til økt planteproduksjon øker med raskt økende befolkningstall, men mulighetene for å ekspandere jordbruksarealene i tett befolkede områder er ofte begrenset, noe som krever intensifiering av landbruket. Jorden er ofte lavfertil og overbruk av urea-basert gjødning har ledet til kraftig forsuring av jord i store områder. Økt bruk av belgvekster kan løse flere av disse utfordringene. De har høyt ernærings- og proteininnhold og vil i tillegg tilføre nitrogen til jorda, noe som minker behovet for kjemiske gjødselmidler. I PASUSI har vi som mål å fremme produksjonen av lokale belgvekster i to afrikanske land, Ghana og Uganda, og øke bruken av disse i den daglige kosten. Belgvekster har et tett samliv, symbiose, med nitrogenbindende bakterier, så kalte rhizobier. De lever i knoller på planterøttene og forsyner planten med nitrogenforbindelser som den i sin tur lager proteinene fra. Men ikke alle kombinasjoner av rhizobiumtype og belgvekst leder til effektiv nitrogenfiksering (binding av nitrogen), og iblant mangler de rette bakteriene helt i jorden, fremfor alt når man begynner med nye vekstsorter. For å sikre optimal nitrogenfiksering blir i økende grad belgvekstenes frø podet med riktig type rhizobier før såing. Det finnes i dag et begrenset antall ulike produkter av slikt podemateriale på det globale markedet, og det er stort behov for utvikling av nye og mer effektive varianter som er tilpasset lokale agrikulturelle forhold og vekstsorter. To fordeler i ett: Våre nye funn innen PASUSI og andre prosjekter viser også at mange rhizobier, i tillegg til å fiksere nitrogen, kan fungere som effektive konsumenter av lystgass som dannes i åkrene og er en av de verste klimagassene. Utslipp av lystgass øker når jorden blir surere. Våre PASUSI-partnere har isolert rhizobier fra relevante belgvekster i Ghana og Uganda og klassifisert dem taksonomisk og tester dem for hvor effektive de er til å binde nitrogen. Vår gruppe ved NMBU er spesielt interessert i rhizobier av slekten Bradyrhizobium, som danner symbiose med soyabønne og Bambara groundnut, siden denne gruppen rhizobier ofte kan redusere lystgass. Overraskende, og i motsetning til andre samlinger vi har av bradyrhizobier, manglet nesten alle disse isolatene genet for lystgassreduksjon. Vi har derfor, sammen med vår partner i Tamale, Ghana, undersøkt sure jorder fra nord-Ghana for å isolere lystgass-reduserende bakterier fra disse jordene. Ved å inkubere jordsuspensjoner helt anoksisk (uten oksygen) ved samme surhetsgrad som jordene hadde, og gi dem lystgass som eneste elektronakseptor, lyktes vi i å anrike bakterier som vokste under slike forhold. Vi er nå i ferd med å identifisere disse bakteriene ved hjelp av metagenomikk og ved isolering på agarplater. Disse bakteriene vil være interessante for utvikling av nye typer podemateriale med to viktige egenskaper: Effektiv nitrogenfiksering og effektiv konsumpsjon av lystgass i sur jord. Det langsiktige målet med denne delen av PASUSI er å initiere lokal produksjon i Ghana respektive Uganda av høykvalitativt og klimasmart podemateriale som passer for forsurete jorder og er tilpasset ulike sorter av vanlig brukte belgvekster.

Main results (NMBU partner): - Revealed the cellular mechanism that makes bradyrhizobia with a complete denitrification machinery strong sinks for the greenhouse gas N2O - Determined that only a few percent of bradyrhizobia from Ghanaian soils had this capacity, which highlights the importance of choosing inoculants that are not only efficient N2-fixers but also N2O reducers - Showed that bacteria capable of N2O reduction under low pH conditions can be enriched in Ghanaian acidic soil

Feeding the world’s population in an environmentally and socially sustainable way is a major challenge for the future. Farmland should be used productively without compromising the environment. Sustainable intensification can contribute to this goal by mitigating climate change, creating better soil fertility and health and improving resilience, while providing nutritious food to humans and feed to cattle. Legumes have the capacity to fix nitrogen, when inoculated with rhizobia which can be used as biofertilizers. PASUSI will develop ways to integrate this technology in local farming systems, evaluate the economically viability and risks connected with these crops, and support local biofertilizer production. The target crops are cowpea, soybean, groundnut and Bambara groundnut which form an important dietary basis in Ghana and Uganda, and are commonly grown by women. For a lasting impact, farmers need to be actively involved in developing sustainable intensification models. Therefore, we take a participatory approach, involving both farmers and other relevant stakeholders through establishing Innovation Platforms. We aim at a holistic approach to find integrated, lasting solutions for both production, environment and for the rural community. Producing high quality biofertilizers requires knowledge and skills about rhizobium bacteria isolation and characterization, carrier material, quality control, proper storage and distribution. Current rhizobia inoculant production chains in Ghana and Uganda will be developed in collaboration with a skilled Finnish inoculant producer and scientific partners in Norway and Finland. The laboratories in Ghana and Uganda will be equipped for the purposes and scientists trained. The expected impact is improved food security, livelihoods and economic improved income generation for small-scale farmers, increased capacity of scientific and technical staff as well as positive environmental effects and improvements in community resilience.