Effects of chemical fertilizer reduction and co-application with a JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer on growth and nutritional quality of Pennisetum giganteum and soil nutrient status

doi:10.11686/cyxb2020047

Abstract

Abstract:

Biological N-fixation offers potential for a significant role in plant cultivation and reduction in chemical fertilizer use. The aim of this research was to study the effect of JUNCAO nitrogen-fixing bacterial isolates on the growth， nutrient quality and soil nutrient of Pennisetum giganteum. JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer was produced using endogenous nitrogen-fixing bacterial strains isolated from the roots of P. giganteum. A field trial was carried out with a randomised complete block design and five treatments： no fertilizer （blank control， CK₀）， sterilized JUNCAO nitrogen-fixation biofertilizer （substrate control， CK₁）， a full rate of chemical fertilizer （FHF）， JUNCAO nitrogen-fixation biofertilizer （T₁）， JUNCAO nitrogen-fixation biofertilizer together with a 75% rate of chemical fertilizer （T₂）. Our results showed that compared with no fertilizer， the application of JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer alone and JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer with a 75% rate of chemical fertilizer treatment significantly boosted plant growth and yield， and improved the forage quality and soil physical and chemical properties in stands of P. giganteum. Compared with the full-rate chemical fertilizer application， application of JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer alone reduced the yield， the herbage crude fiber， lignin， and crude ash contents and soil alkaline hydrolysable nitrogen， available phosphorus， available potassium， and the soil organic matter levels of P. giganteum to different degrees. However， for the treatment of JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer with a 75% rate of chemical fertilizer the number of leaves， the tiller number， herbage crude protein， crude fiber， acid detergent fiber， lignin and crude ash content of P. giganteum were significantly higher than that of single application of chemical fertilizer， while the yield， plant height， crude fat content and soil alkaline hydrolysable nitrogen， available phosphorus， available potassium， and organic matter content of P. giganteum were higher than those at the full rate of chemical fertilizer but the differences were not significant. The neutral detergent fiber level was significantly lower than that of the full rate of chemical fertilizer. In summary， tactically reducing the application rate of chemical fertilizer combined with application JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer （a 75% rate of chemical fertilizer+JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer） showed indications of improved crop vigor in P. giganteum， and also significantly improved the herbage nutritional quality and soil nutrient status of P. giganteum to a moderate degree.

Key words: JUNCAO nitrogen-fixing biofertilizer, Pennisetum giganteum, yield, nutritional quality

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Figures/Tables 4

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处理Treatment	产量Yield
CK₀	2696.67±463.49c
CK₁	5076.67±646.86b
FHF	6463.33±442.14ab
T₁	6123.33±724.54ab
T₂	6970.00±914.91a

处理Treatment	产量Yield
CK₀	2696.67±463.49c
CK₁	5076.67±646.86b
FHF	6463.33±442.14ab
T₁	6123.33±724.54ab
T₂	6970.00±914.91a

处理 Treatment	粗脂肪 Ether extract （g·kg^-1）	粗蛋白 Crude protein （%）	粗纤维 Crude fiber （%）	酸性洗涤纤维 Acid detergent fiber （%）	中性洗涤纤维 Neutral detergent fiber （%）	木质素 Lignin （%）	粗灰分 Crude ash （%）
CK₀	6.02±0.02b	3.83±0.03c	34.24±0.15c	43.75±0.56b	68.45±1.89a	6.32±0.13d	5.53±0.01d
CK₁	6.35±0.15b	5.04±0.21b	35.33±0.83c	45.47±0.27a	67.63±2.21ab	8.43±0.26a	5.63±0.03c
FHF	7.10±0.24a	5.13±0.14b	37.25±0.21b	41.43±0.14c	65.12±1.75abc	6.65±0.05d	6.22±0.02b
T₁	6.89±0.12a	5.12±0.22b	35.20±0.65c	44.05±0.21b	63.24±1.05bc	7.34±0.14c	5.55±0.04d
T₂	7.23±0.03a	6.24±0.13a	38.71±0.17a	43.42±0.32b	62.42±1.20c	7.85±0.12b	6.85±0.02a

处理 Treatment	粗脂肪 Ether extract （g·kg^-1）	粗蛋白 Crude protein （%）	粗纤维 Crude fiber （%）	酸性洗涤纤维 Acid detergent fiber （%）	中性洗涤纤维 Neutral detergent fiber （%）	木质素 Lignin （%）	粗灰分 Crude ash （%）
CK₀	6.02±0.02b	3.83±0.03c	34.24±0.15c	43.75±0.56b	68.45±1.89a	6.32±0.13d	5.53±0.01d
CK₁	6.35±0.15b	5.04±0.21b	35.33±0.83c	45.47±0.27a	67.63±2.21ab	8.43±0.26a	5.63±0.03c
FHF	7.10±0.24a	5.13±0.14b	37.25±0.21b	41.43±0.14c	65.12±1.75abc	6.65±0.05d	6.22±0.02b
T₁	6.89±0.12a	5.12±0.22b	35.20±0.65c	44.05±0.21b	63.24±1.05bc	7.34±0.14c	5.55±0.04d
T₂	7.23±0.03a	6.24±0.13a	38.71±0.17a	43.42±0.32b	62.42±1.20c	7.85±0.12b	6.85±0.02a

处理 Treatment	碱解氮 Alkaline hydrolysis nitrogen （mg·kg^-1）	速效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	有机质 Organic matter （g·kg^-1）
CK₀	58.02±2.31c	21.03±0.56c	97.54±3.45b	41.61±2.35c
CK₁	63.71±1.56bc	24.62±1.78c	110.25±4.15a	55.63±4.47b
FHF	82.73±2.52a	38.74±2.24a	119.34±2.65a	62.25±5.65ab
T₁	69.51±2.63b	34.43±0.36b	115.63±3.17a	63.61±5.49ab
T₂	86.43±3.46a	39.72±1.67a	118.35±4.56a	67.75±3.32a