Technological interventions to address the problem of poor productivity of smallholder agricultural systems must be designed to target socially diverse and spatially heterogeneous farms and farming systems. This paper proposes a categorisation of household diversity based on a functional typology of livelihood strategies, and analyses the influence of such diversity on current soil fertility status and spatial variability on a sample of 250 randomly selected farms from six districts of Kenya and Uganda. In spite of the agro-ecological and socio-economic diversity observed across the region (e.g. 4 months year−1 of food self-sufficiency in Vihiga, Kenya vs. 10 in Tororo, Uganda) consistent patterns of variability were also observed. For example, all the households with less than 3 months year−1 of food self-sufficiency had a land:labour ratio (LLR) < 1, and all those with LLR > 1 produced enough food to cover their diet for at least 5 months. Households with LLR < 1 were also those who generated more than 50% of their total income outside the farm. Dependence on off/non-farm income was one of the main factors associated with household diversity. Based on indicators of resource endowment and income strategies and using principal component analysis, farmers' rankings and cluster analysis the 250 households surveyed were grouped into five farm types: (1) Farms that rely mainly on permanent off-farm employment (from 10 to 28% of the farmers interviewed, according to site); (2) larger, wealthier farms growing cash crops (8–20%); (3) medium resource endowment, food self-sufficient farms (20–38%); (4) medium to low resource endowment relying partly on non-farm activities (18–30%); and (5) poor households with family members employed locally as agricultural labourers by wealthier farmers (13–25%). Due to differential soil management over long periods of time, and to ample diversity in resource endowments (land, livestock, labour) and access to cash, the five farm types exhibited different soil carbon and nutrient stocks (e.g. Type 2 farms had average C, N, P and K stocks that were 2–3 times larger than for Types 4 or 5). In general, soil spatial variability was larger in farms (and sites) with poorer soils and smaller in farms owning livestock. The five farm types identified may be seen as domains to target technological innovations and/or development efforts.

In the highlands of Western Kenya, we investigated the reversibility of soil productivity decline with increasing length of continuous maize cultivation over 100 years (corresponding to decreasing soil organic carbon (SOC) and nutrient contents) using organic matter additions of differing quality and stability as a function of soil texture and inorganic nitrogen (N) additions. The ability of additions of labile organic matter (green and animal manure) to improve productivity primarily by enhanced nutrient availability was contrasted with the ability of stable organic matter (biochar and sawdust) to improve productivity by enhancing SOC. Maize productivity declined by 66% during the first 35 years of continuous cropping after forest clearing. Productivity remained at a low level of 3.0 t grain ha-1 across the chronosequence stretching up to 105 years of continuous cultivation despite full N–phosphorus (P)–potassium (K) fertilization (120–100–100 kg ha−1). Application of organic resources reversed the productivity decline by increasing yields by 57–167%, whereby responses to nutrient-rich green manure were 110% greater than those from nutrient-poor sawdust. Productivity at the most degraded sites (80–105 years since forest clearing) increased in response to green manure to a greater extent than the yields at the least degraded sites (5 years since forest clearing), both with full N–P–K fertilization. Biochar additions at the most degraded sites doubled maize yield (equaling responses to green manure additions in some instances) that were not fully explained by nutrient availability, suggesting improvement of factors other than plant nutrition. There was no detectable influence of texture (soils with either 11–14 or 45–49% clay) when low quality organic matter was applied (sawdust, biochar), whereas productivity was 8, 15, and 39% greater (P < 0.05) on sandier than heavier textured soils with high quality organic matter (green and animal manure) or only inorganic nutrient additions, respectively. Across the entire degradation range, organic matter additions decreased the need for additional inorganic fertilizer N irrespective of the quality of the organic matter. For low quality organic resources (biochar and sawdust), crop yields were increasingly responsive to inorganic N fertilization with increasing soil degradation. On the other hand, fertilizer N additions did not improve soil productivity when high quality organic inputs were applied. Even with the tested full N–P–K fertilization, adding organic matter to soil was required for restoring soil productivity and most effective in the most degraded sites through both nutrient delivery (with green manure) and improvement of SOC (with biochar).

Mycorrhiza fungi are important components of soil microbiota in the rhizosphere and greatly influence uptake of mineral elements to plants. A green house experiment was conducted at the University of Embu. The experiment involved use of sterilized polythene potting material sized 30 cm by 40 cm. The pots were filled two thirds the height of the potting material with soil from a predetermined source in Gakurungu, Tunyai and Kanyuombora in the upper eastern region in Kenya.The soil used in the pots was collected from the rhizosphere of Aspilia pruliseta Schweif vegetation as well as adjacent areas without this vegetation as a control at 0-20 cm, 21-40 cm and 41-60 cm for each of the soil types (silty clay, silt loam and sandy loam) used in the experiment. Two sorghum seeds inoculated with mycorrhiza fungi were planted in each pot and a similar number of pots planted with un inoculated sorghum seeds as a control. Each of the 4 treatments mentioned above, was replicated four times giving n=144. Each pot was watered after every two days using a two-litre watering can for the first one week. Thereafter, watering regime was reduced to once a week but ensuring the pots remained moist. Watering was done uniformly to all the pots. This was maintained for a period of thirty five days. Data was analysed using SAS edition 8.2. Seed emergence, hypocotyl development and stand count were enhanced at P≤0.05 in both mycorrhiza fungi inoculated gadam sorghum seeds and in pots whose soils were taken from the rhizosphere of Aspilia pruliseta plants. The growth attributes had a positive correlation to yield at 95% confidence. Soil phosphate level was enhanced in both cases of gadam seed inoculation with mycorrhiza and in soils previously grown Aspilia pruliseta vegetation. KEY WORDS: Rhizosphere, Mycorrhiza, Phosphorus, Aspilia pruliseta , Inoculation

Abstract Semi-arid eastern Kenya is a fragile ecosystem with continuous cultivation of dryland pulses and grains. Farmers use artificial fertilizers most of which are deleterious to the environment. Previous studies have shown that soil microbes in the rhizosphere could be used to sustainably enhance levels of soil mineral nutrients and soil health. However, few studies have examined fungal diversity in the rhizosphere of wild and native Aspilia pruliseta shrub. In this study, amplicons of Internal Transcribed Spacer (ITS) region on Total Community DNA using Illumina sequencing were used to explore the fungal community composition within the rhizosphere. Operational taxonomic units (OTUs) were analyzed using QIIME 1.8.0, taxonomy assigned via BLASTn against SILVA 119 database. Hierarchical clustering was done using R programming software. 72,093, 50,539 and 43,506 sequence reads were obtained from samples MC1 a , MC2 a and MC3 a respectively representing rhizosphere depth 0-20 cm, 21-40 cm and 41-60 cm. A total of 373 OTUs were realized at 3% genetic distance. Taxonomic analysis revealed that the genera Glomus was most prevalent in all soil depths with 85.60 % of the OTUs in depth 0-20 cm, 69.04 % in depth 21-40 cm and 48.45 % in depth 41-60 cm. The results revealed high levels of obligate arbuscular mycorrhiza fungi that if commercially cultured could enhance phosphates uptake in crops.