{"id":9457,"date":"2026-04-08T08:35:27","date_gmt":"2026-04-08T08:35:27","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/michael-kermah\/"},"modified":"2026-04-23T08:09:50","modified_gmt":"2026-04-23T08:09:50","slug":"michael-kermah","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/michael-kermah\/","title":{"rendered":"Michael Kermah"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":13279,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-9457","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Sustainable intensification and diversification options with grain legumes for smallholder farming systems in the Guinea savanna of Ghana","samenvatting":"Voedselzekerheid is een cruciaal probleem in de Guinea-savanne van Noord-Ghana, waar ongeveer 60% van de plattelandsbevolking, voornamelijk kleine boeren, voedselonzeker is. Voedselonzekerheid is het gevolg van povere oogsten door een lage bodemvruchtbaarheid, verergerd door onregelmatige regenval in het enkelvoudige teeltseizoen. De snelle bevolkingsgroei betekent dat het aantal voedselonzekere mensen waarschijnlijk zal toenemen. Dit maakt duurzame intensivering en diversificatie noodzakelijk om de gewasproductie per eenheid landoppervlakte te verhogen en zo aan de groeiende vraag naar voedsel te voldoen. Dit proefschrift richtte zich op het testen van ruimtelijke en temporele intensiverings- en diversificatieopties die geschikt zijn voor de variabele biofysische en sociaaleconomische omstandigheden van kleinschalige landbouwsystemen in de Guinea-savanne om de productiviteit te verhogen, het risico op misoogsten te verkleinen en zo de voedselzelfvoorziening en het inkomen van kleine boerenbedrijven te vergroten.\n\nVoor de studie werden \u00e9\u00e9n locatie in de zuidelijke Guinea-savanne (SGS: gunstige bodems en regenval) en \u00e9\u00e9n in de noordelijke Guinea-savanne (NGS: arme bodems, minder regenval) gebruikt. Op elke locatie werden experimenten op de boerderij uitgevoerd op drie velden die verschilden in bodemvruchtbaarheid (vruchtbaar, matig vruchtbaar, weinig vruchtbaar). De hoeveelheid gefixeerde N2 en de N-bijdrage van peulvruchten (koeienerwt, aardnoot, soja) aan de verbetering van de bodemvruchtbaarheid in zowel monocultuur als mengteelt werd gekwantificeerd. Het potentieel van vervangende mengteelt van ma\u00efs met peulvruchten voor het verhogen van de effici\u00ebntie van hulpbronnengebruik en gewasproductiviteit ten opzichte van monoculturen werd bepaald. De productiviteit van relais-(additieve) mengteelt in vergelijking met het meer gebruikelijke rotatiesysteem van peulvruchten en granen werd beoordeeld. Vervolgens werd een scenarioanalyse uitgevoerd met huishoudelijke gegevens van het N2Africa Ghana-project, aangevuld met gegevens van de on-farm experimenten en literatuur, om de potenti\u00eble effecten van intensiverings- en diversificatieopties op de voedselzelfvoorziening van huishoudens te testen. De scenario's omvatten: I \u2013 intensivering van peulvruchten alleen; II \u2013 intensivering en diversificatie door additieve mengteelt; III \u2013 intensivering van zowel ma\u00efs als peulvruchten om 80% van de maximale opbrengst van ma\u00efs en peulvruchten onder de huidige praktijken van boeren te bereiken.\n\nPeulvruchten in monocultuur fixeerden een grotere hoeveelheid N2 (tot 183 kg N ha-1) dan in mengteelt (tot 97 kg N ha-1). De stikstofbalans in de bodem was over het algemeen positief en vergelijkbaar tussen mengteelten en monoculturen, wat suggereert dat beide systemen duurzaam zouden kunnen zijn. Een laag stikstofgehalte in de bodem stimuleerde peulvruchten op minder vruchtbare velden en in de NGS met arme gronden om meer te vertrouwen op atmosferische N2 voor hun groei. De grotere biomassa-productie op vruchtbare velden en in de SGS met over het algemeen vruchtbaardere bodems en meer regenval resulteerde echter in 11 tot 31 kg ha-1 meer gefixeerde N2 op vruchtbare velden dan op weinig vruchtbare velden, en 9 kg N ha-1 meer in de SGS dan in de NGS. Desondanks werden grotere biomassa- en graanopbrengsten op vruchtbare velden en in de SGS bereikt met een hogere stikstofopname, wat leidde tot een positievere stikstofbalans in de bodem op arme velden en in de NGS.\n\nOver alle velden en locaties heen verbeterde mengteelt de effici\u00ebntie in het gebruik van land en straling, wat resulteerde in een opbrengstvoordeel van 26% tot 46% ten opzichte van monocultuur, aangegeven door land-equivalentratio's (LER) van 1,26 in ma\u00efs-sojamengteelt tot 1,46 in het ma\u00efs-aardnootsysteem. Mengteelt leverde over het algemeen ook grotere nettovoordelen op dan monocultuur van ma\u00efs of peulvruchten. Mengteelt van ma\u00efs en peulvruchten binnen dezelfde rij was productiever en winstgevender dan systemen met afwisselende rijen van de twee gewassen.\n\nDe peulvruchten op minder vruchtbare velden waren competitiever ten opzichte van het ma\u00efsgewas dan op vruchtbare velden door de grotere afhankelijkheid van atmosferische N2 voor groei en minder beschaduwing door ma\u00efs, wat leidde tot een 23% groter opbrengstvoordeel van de mengteelt. De effici\u00ebntie en productiviteit van mengteelten waren ook 14% groter op de drogere locatie in de NGS dan op de nattere locatie in de SGS. Toch resulteerden de absoluut grotere graanopbrengsten behaald op vruchtbare velden en in de SGS met relatief betere bodemvruchtbaarheid en regenval in grotere nettovoordelen. Dit suggereert dat mengteelt gunstig is op zowel arme als vruchtbare velden, en in zowel gunstige als ongunstige biofysische omgevingen, hoewel de voordelen verschillende dimensies aannemen.\n\nRotatie van peulvruchten en granen is superieur in het verhogen van de opbrengst van ma\u00efs zonder stikstofbemesting in vergelijking met relais-teelt van ma\u00efs en rotatie van ma\u00efs met natuurlijke braak. De opbrengst van ma\u00efs die volgde op aardnoot en soja in rotatie zonder stikstofbemesting steeg met 0,38 t ha-1 in de NGS tot 1,01 t ha-1 in de SGS vergeleken met continue ma\u00efsteelt, dankzij resterende stikstof- en niet-stikstofvoordelen. Het zaaien van koeienerwt aan het begin van het seizoen en het later (na 2 \u2013 4 weken) bijzaaien van ma\u00efs leidde tot een afname van de ma\u00efsopbrengst vari\u00ebrend van 0,29 t ha-1 in de nattere SGS tot 0,82 t ha-1 in de drogere NGS door onvoldoende regenval. Wanneer ma\u00efs aan het begin van het seizoen werd gezaaid en koeienerwt 3 \u2013 5 weken later werd bijgezaaid, was de opbrengstvermindering van de koeienerwt vergelijkbaar tussen de SGS en NGS en varieerde van 0,18 t ha-1 tot 0,26 t ha-1. Over twee seizoenen was de cumulatieve graanopbrengst van het eerst zaaien van ma\u00efs en vervolgens bijzaaien van koeienerwt vergelijkbaar met die van de rotatiesystemen met peulvruchten en granen, ook al mislukte de koeienerwtoogst in het eerste seizoen. Dit geeft aan dat dergelijke relais-teelt een veelbelovende ecologische intensiverings- en diversificatieoptie is die geschikt is voor het verhogen van de gewasproductiviteit in kleinschalige landbouwsystemen in de Guinea-savanne en onder ongunstige klimatologische omstandigheden.\n\nDe scenarioanalyse toonde een hoge mate van voedseltekort aan bij de huidige landbouwpraktijken (basissituatie) in de Guinea-savanne; slechts 56% van de boerenhuishoudens in de regio Northern en telkens 45% in de regio's Upper East en Upper West in Noord-Ghana bereikten 12 maanden voedselzelfvoorziening. Bovendien was 21% van de huishoudens in de regio Northern en telkens 37% in de regio's Upper East en Upper West slechts gedurende zes maanden of korter voedselzelfvoorzienend. De geteste intensiverings- en diversificatieopties met peulvruchten verhoogden het aandeel voedselzelfvoorzienende huishoudens in de Guinea-savanne met 25% in scenario I, 36% in scenario II en 43% in scenario III vergeleken met de basissituatie. Het aandeel boerenhuishoudens dat maximaal een half jaar kon overleven op eigen voedselproductie daalde met respectievelijk 19%, 24% en 27% in scenario I, II en III ten opzichte van de basissituatie.\n\nDe voedselzelfvoorzieningsratio's van 70 \u2013 93% van de voedselzelfvoorzienende huishoudens in de drie regio's varieerden van ten minste 20% tot meer dan 300% boven de drempelwaarde van \u00e9\u00e9n (1). Dit suggereert dat door intensivering en diversificatie met peulvruchten de meeste boerenhuishoudens zelfvoorzienend zullen zijn in voedsel en ook aanzienlijke verkoopbare overschotten zullen genereren voor inkomen. Deze potenti\u00eble voordelen vloeiden voort uit de relatief grotere graanopbrengsten door intensivering en diversificatie vergeleken met de huidige landbouwpraktijken. Daarom bieden peulvruchten veelbelovende strategie\u00ebn om bij te dragen aan het bereiken van voedselzelfvoorziening en een verbeterd inkomen in de Guinea-savanne. De totale omvang van het bebouwde land is echter van belang, en verbeterde toegang tot markten en krediet is nodig om de benodigde inputs te verkrijgen. De duurzaamheid op lange termijn van de geteste intensiverings- en diversificatieopties is niet zeker. Om deze reden is verder onderzoek met behulp van simulatiemodellen nodig om de nutri\u00ebntenbalansen op lange termijn, met name van N, te beoordelen en om waarschijnlijke veranderingen in organische koolstof in de bodem en de duurzaamheid van de voordelen te voorspellen.","summary":"Food security is a critical issue in the Guinea savanna of northern Ghana where about 60% of the rural population mostly smallholder farmers are food insecure. Food security results from poor crop yields and the inability of households to purchase required supplemental food. Poor crop yields result from low soil fertility compounded by erratic rainfall in the single cropping season. Rapid population growth means that the numbers of food insecure people are likely to increase. This necessitates sustainable intensification and diversification to increase crop production per unit area of land to meet the growing food demand. This thesis focused on testing spatial and temporal intensification and diversification options suitable for the variable biophysical and socio-economic conditions of smallholder farming systems in the Guinea savanna to increase productivity, mitigate the risk of crop failure, and thus to increase food self-sufficiency and income of smallholder farms. \n\nOne site in the southern Guinea savanna (SGS: favourable soils and rainfall) and one in the northern Guinea savanna (NGS: poor soils, less rainfall) were used for the study. In each site, on-farm experiments were conducted on three fields differing in soil fertility (fertile, medium fertile, poorly fertile). The amount of N2-fixed and N contributed by grain legumes (cowpea, groundnut, soybean) to soil fertility improvement in sole and intercropping were quantified. The potential of replacement intercropping of maize with grain legumes in increasing resource use efficiency and crop productivity relative to sole crops was determined. The productivity of relay (additive) intercropping relative to the more common legume-cereal rotation system was assessed. Thereafter, scenario analysis was performed with household data from the N2Africa Ghana project supplemented with data from the on-farm experiments and literature to test the potential impacts of intensification and diversification options on household food self-sufficiency. The scenarios included: I \u2013 intensification of grain legumes alone; II \u2013 intensification and diversification through additive intercropping; III \u2013 intensification of both maize and grain legumes to achieve 80% of the maximum yield of maize and the grain legumes under farmers\u2019 current practices. \n\nSole legumes fixed a larger amount of N2 (up to 183 kg N ha-1) than under intercropping (up to 97 kg N ha-1). The soil N balance was generally positive and similar between intercrops and sole crops suggesting that both systems could be sustainable. Low soil N stimulated grain legumes in the poorly fertile fields and in the NGS with poorly fertile soils to rely more on atmospheric N2 for growth. However, the larger production of biomass in fertile fields and in the SGS with generally more fertile soils and higher rainfall resulted in 11 to 31 kg ha-1 more N2-fixed in fertile fields than in poorly fertile fields, and 9 kg N ha-1 more in the SGS than in the NGS. Nevertheless, larger biomass and grain yields in fertile fields and the SGS were achieved with greater uptake of N leading to more positive soil N balance in poor fields and the NGS. \n\nAcross all fields and sites, intercropping enhanced efficiency in the use of land and radiation resulting in a 26% to 46% yield advantage over sole cropping indicated by land equivalent ratios of 1.26 in maize-soybean intercropping to 1.46 in maize-groundnut system. Intercropping also gave generally larger net benefits than sole cropping of maize or grain legumes. Intercropping of maize and grain legumes within the same row was more productive and profitable than distinct alternate row arrangements of the two crops. \n\nThe legumes in poorly fertile fields were more competitive with the maize crop than in fertile fields due to the greater reliance on atmospheric N2 for growth and less shading by maize leading to 23% greater intercrop yield advantage. The efficiency and productivity of intercrops were also 14% greater in the drier site in the NGS than in the wetter site of the SGS. Yet the absolute larger grain yields achieved in fertile fields and in the SGS with comparatively better soil fertility and rainfall resulted in greater net benefits. This suggests that intercropping is beneficial both in poor and fertile fields, and in favourable and adverse biophysical environments except that the benefits take different dimensions. \n\nLegume-cereal rotation is superior in increasing the yield of maize without N fertiliser compared to relay cropping of maize and rotation of maize with a natural fallow. The yield of maize that succeeded groundnut and soybean in rotation without N fertiliser increased by 0.38 t ha-1 in NGS to 1.01 t ha-1 in SGS compared with continuous cropping of maize due to residual N and non-N benefits. Sowing of cowpea at the onset of the season and relaying maize at least 2 \u2013 4 weeks later led to maize yield decline ranging from 0.29 t ha-1 in the wetter SGS to 0.82 t ha-1 in the drier NGS due to inadequate rainfall. When maize was sown at the beginning of the season and cowpea was relayed at least 3 \u2013 5 weeks later, the cowpea yield reduction was similar between the SGS and NGS and ranged from 0.18 t ha-1 to 0.26 t ha-1. Over two seasons, the cumulative grain yield of sowing maize first and relaying cowpea was similar to that of the legume-cereal rotation systems even though the cowpea failed to yield in the first season. This indicates that such relay cropping is a promising ecological intensification and diversification option suitable for increasing crop productivity in smallholder farming systems in the Guinea savanna and under adverse climatic conditions. \n\nThe scenario analysis showed high levels of food insufficiency with current farming practices (baseline) in the Guinea savanna as only 56% of farm households in Northern region and 45% each in Upper East and Upper West regions of northern Ghana achieved 12 months of food self-sufficiency. In addition, 21% of households in the Northern region and 37% each in Upper East and Upper West regions were food self-sufficient for six months or less. The tested intensification and diversification options with grain legumes increased the proportion of food self-sufficient households across the Guinea savanna by 25% in Scenario I, 36% in Scenario II and 43% in Scenario III compared with the baseline situation. The share of farm households that could survive on their own food production for a maximum of half a year decreased by 19%, 24% and 27% in Scenarios I, II and III, respectively relative to the baseline. \n\nThe food self-sufficiency ratios of 70 \u2013 93% of food self-sufficient households across the three regions ranged from at least 20% to over 300% above the threshold of one (1). This suggests that through intensification and diversification with grain legumes, most farm households will be self-sufficient in food and also generate marketable surpluses to earn income. These potential benefits resulted from the comparatively greater grain yields from intensification and diversification compared to the current cropping practices. Therefore, grain legumes provide promising strategies to contribute to achieving household food self-sufficiency and improved income in the Guinea savanna. However, the total size of land cropped matters, and improved access to markets and credit are needed to acquire the relevant inputs. The long-term sustainability of the tested intensification and diversification options is not certain. For this reason, further research using simulation modelling work is required to assess long-term nutrient balances, especially of N, and to predict likely changes in soil organic carbon and sustainability of the benefits.","auteur":"Michael Kermah","auteur_slug":"michael-kermah","publicatiedatum":"10 februari 2020","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/michaelkermah?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/e7ebccef-8d02-412b-9b59-85b846d1acd4\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604080831","isbn":"978-94-6395-228-6","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":13279,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9457","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=9457"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9457\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9460,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9457\/revisions\/9460"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/13279"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=9457"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=9457"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}