Effects of microbial inoculants combined with organic calcium protein on alfalfa growth and soil enzyme activity

doi:10.11686/cyxb2025075

Abstract

Abstract:

To investigate the effects of the combined application of microbial inoculants and organic calcium protein on alfalfa （Medicago sativa） growth and soil enzyme activity， three candidate strains ［Bacillus mycoides （Y1）， Bacillus mojavensis （LrM2）， and Pseudomonas synxantha （M1）］ were used to prepare a microbial inoculant applied at three concentrations （10⁸， 10⁹， and 10¹⁰ cfu·mL^-1）. Each inoculant concentration was paired with five supplementation levels of organic calcium protein （2%， 4%， 6%， 8%， and 10%） in a pot experiment. The effects of these treatments on alfalfa growth traits， nutritional quality， root morphology， and soil enzyme activity were evaluated. The results showed that： 1） All treatments promoted alfalfa growth. The highest dry yield in the first crop （1.47 g·30 plants^-1） was achieved with treatment D₄ （10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculant+6% organic calcium protein）， while treatment B₅ （10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculant+8% organic calcium protein） yielded the highest in the second crop （5.5 g·30 plants^-1）. 2） The combined application significantly enhanced alfalfa’s total root length， root diameter， root surface area， and root volume. At a fixed inoculant concentration， these parameters initially increased and then decreased with increasing organic calcium protein supplementation. 3） Alfalfa plants in treatment C₅ （10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculant+8% organic calcium protein） showed the highest relative feed value （RFV=226.56）， whereas treatment D₅ （10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculant+8% organic calcium protein） resulted in the maximum total chlorophyll content. 4） Compared to the application of microbial inoculant alone， the combined treatment significantly increased the activities of soil alkaline phosphatase， sucrase， catalase， and urease. 5） Based on the technique for order preference by similarity to ideal solution （TOPSIS） evaluation， treatment D₄ not only enhanced alfalfa growth but also improved soil enzyme activity， demonstrating high potential for practical agricultural application.

Key words: Medicago sativa, microbial inoculants, organic calcium protein, nutritional quality, soil enzyme activity

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Figures/Tables 11

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处理 Treatment	处理方法 Processing method	处理Treatment	处理方法 Processing method
A₁	LB液体培养基LB liquid medium	C₁	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants
A₂	LB液体培养基+2%有机钙蛋白LB liquid medium+2% organic calcium protein	C₂	10⁹ cfu·mL^-1 微生物菌剂+2%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+2% organic calcium protein
A₃	LB液体培养基+4%有机钙蛋白LB liquid medium+4% organic calcium protein	C₃	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+4%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+4% organic calcium protein
A₄	LB液体培养基+6%有机钙蛋白LB liquid medium+6% organic calcium protein	C₄	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+6% organic calcium protein
A₅	LB液体培养基+8%有机钙蛋白LB liquid medium+8% organic calcium protein	C₅	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+8% organic calcium protein
A₆	LB液体培养基+10%有机钙蛋白LB liquid medium+10% organic calcium protein	C₆	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+10%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+10% organic calcium protein
B₁	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants	D₁	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants
B₂	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+2%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+2% organic calcium protein	D₂	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+2%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+2% organic calcium protein
B₃	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+4%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+4% organic calcium protein	D₃	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+4%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+4% organic calcium protein
B₄	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+6% organic calcium protein	D₄	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+6% organic calcium protein
B₅	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+8% organic calcium protein	D₅	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+8% organic calcium protein
B₆	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+10%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+10% organic calcium protein	D₆	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+10%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+10% organic calcium protein

处理 Treatment	处理方法 Processing method	处理Treatment	处理方法 Processing method
A₁	LB液体培养基LB liquid medium	C₁	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants
A₂	LB液体培养基+2%有机钙蛋白LB liquid medium+2% organic calcium protein	C₂	10⁹ cfu·mL^-1 微生物菌剂+2%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+2% organic calcium protein
A₃	LB液体培养基+4%有机钙蛋白LB liquid medium+4% organic calcium protein	C₃	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+4%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+4% organic calcium protein
A₄	LB液体培养基+6%有机钙蛋白LB liquid medium+6% organic calcium protein	C₄	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+6% organic calcium protein
A₅	LB液体培养基+8%有机钙蛋白LB liquid medium+8% organic calcium protein	C₅	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+8% organic calcium protein
A₆	LB液体培养基+10%有机钙蛋白LB liquid medium+10% organic calcium protein	C₆	10⁹ cfu·mL^-1微生物菌剂+10%有机钙蛋白10⁹ cfu·mL^-1 microbial inoculants+10% organic calcium protein
B₁	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants	D₁	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants
B₂	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+2%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+2% organic calcium protein	D₂	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+2%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+2% organic calcium protein
B₃	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+4%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+4% organic calcium protein	D₃	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+4%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+4% organic calcium protein
B₄	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+6% organic calcium protein	D₄	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+6%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+6% organic calcium protein
B₅	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+8% organic calcium protein	D₅	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+8%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+8% organic calcium protein
B₆	10⁸ cfu·mL^-1微生物菌剂+10%有机钙蛋白10⁸ cfu·mL^-1 microbial inoculants+10% organic calcium protein	D₆	10¹⁰ cfu·mL^-1微生物菌剂+10%有机钙蛋白10¹⁰ cfu·mL^-1 microbial inoculants+10% organic calcium protein

处理 Treatment	总根长 Total root length （cm）	根表面积 Root surface area （cm²）	根平均直径 Average root diameter （mm）	根体积 Root volume （cm³）
A₁	131.18±13.02ab	15.96±1.86a	0.375±0.004b	0.147±0.014c
A₂	171.03±14.13ab	15.83±1.34a	0.436±0.017ab	0.179±0.022bc
A₃	145.22±12.25ab	19.91±1.64a	0.482±0.025a	0.230±0.022ab
A₄	114.99±5.77b	16.81±0.83a	0.465±0.004ab	0.195±0.010bc
A₅	196.92±18.47a	21.52±1.08a	0.525±0.041a	0.276±0.008a
A₆	154.90±11.29ab	17.27±1.93a	0.227±0.028c	0.141±0.015c
B₁	246.83±2.84b	29.22±1.55ab	0.404±0.008c	0.299±0.006ab
B₂	258.93±8.16ab	26.43±0.90ab	0.451±0.017bc	0.236±0.020bc
B₃	207.39±21.88b	32.32±1.20a	0.372±0.022c	0.360±0.012a
B₄	210.77±22.09b	24.09±2.96b	0.390±0.011c	0.201±0.037c
B₅	309.41±14.24a	26.19±1.17ab	0.601±0.059a	0.341±0.007a
B₆	194.96±6.60b	16.40±0.14c	0.555±0.037ab	0.227±0.014bc
C₁	204.56±7.64a	18.20±0.90a	0.497±0.047a	0.456±0.052a
C₂	178.80±17.74a	21.02±2.57a	0.416±0.028a	0.241±0.034b
C₃	192.11±18.62a	17.70±1.92a	0.372±0.031a	0.180±0.024b
C₄	236.96±7.54a	24.20±3.76a	0.411±0.027a	0.321±0.051ab
C₅	226.22±32.33a	31.26±5.13a	0.443±0.062a	0.437±0.050a
C₆	229.44±9.05a	26.04±2.66a	0.518±0.039a	0.335±0.032ab
D₁	178.76±22.26c	21.99±1.23ab	0.413±0.030a	0.226±0.005b
D₂	256.41±12.76ab	33.26±1.01a	0.415±0.025a	0.346±0.028a
D₃	191.90±16.97bc	23.48±1.36ab	0.392±0.011a	0.229±0.007b
D₄	263.26±16.34a	30.96±3.69a	0.387±0.015a	0.339±0.036a
D₅	255.12±5.42ab	16.91±3.42b	0.451±0.026a	0.188±0.035b
D₆	247.81±9.93ab	24.02±3.03ab	0.429±0.020a	0.255±0.020ab

处理 Treatment	总根长 Total root length （cm）	根表面积 Root surface area （cm²）	根平均直径 Average root diameter （mm）	根体积 Root volume （cm³）
A₁	131.18±13.02ab	15.96±1.86a	0.375±0.004b	0.147±0.014c
A₂	171.03±14.13ab	15.83±1.34a	0.436±0.017ab	0.179±0.022bc
A₃	145.22±12.25ab	19.91±1.64a	0.482±0.025a	0.230±0.022ab
A₄	114.99±5.77b	16.81±0.83a	0.465±0.004ab	0.195±0.010bc
A₅	196.92±18.47a	21.52±1.08a	0.525±0.041a	0.276±0.008a
A₆	154.90±11.29ab	17.27±1.93a	0.227±0.028c	0.141±0.015c
B₁	246.83±2.84b	29.22±1.55ab	0.404±0.008c	0.299±0.006ab
B₂	258.93±8.16ab	26.43±0.90ab	0.451±0.017bc	0.236±0.020bc
B₃	207.39±21.88b	32.32±1.20a	0.372±0.022c	0.360±0.012a
B₄	210.77±22.09b	24.09±2.96b	0.390±0.011c	0.201±0.037c
B₅	309.41±14.24a	26.19±1.17ab	0.601±0.059a	0.341±0.007a
B₆	194.96±6.60b	16.40±0.14c	0.555±0.037ab	0.227±0.014bc
C₁	204.56±7.64a	18.20±0.90a	0.497±0.047a	0.456±0.052a
C₂	178.80±17.74a	21.02±2.57a	0.416±0.028a	0.241±0.034b
C₃	192.11±18.62a	17.70±1.92a	0.372±0.031a	0.180±0.024b
C₄	236.96±7.54a	24.20±3.76a	0.411±0.027a	0.321±0.051ab
C₅	226.22±32.33a	31.26±5.13a	0.443±0.062a	0.437±0.050a
C₆	229.44±9.05a	26.04±2.66a	0.518±0.039a	0.335±0.032ab
D₁	178.76±22.26c	21.99±1.23ab	0.413±0.030a	0.226±0.005b
D₂	256.41±12.76ab	33.26±1.01a	0.415±0.025a	0.346±0.028a
D₃	191.90±16.97bc	23.48±1.36ab	0.392±0.011a	0.229±0.007b
D₄	263.26±16.34a	30.96±3.69a	0.387±0.015a	0.339±0.036a
D₅	255.12±5.42ab	16.91±3.42b	0.451±0.026a	0.188±0.035b
D₆	247.81±9.93ab	24.02±3.03ab	0.429±0.020a	0.255±0.020ab

处理 Treatment	叶绿素a含量 Chlorophyll a content	叶绿素b含量 Chlorophyll b content	总叶绿素含量 Total chlorophyll content	处理 Treatment	叶绿素a含量 Chlorophyll a content	叶绿素b含量 Chlorophyll b content	总叶绿素含量 Total chlorophyll content
A₁	1.48±0.07c	2.07±0.07c	3.55±0.09d	C₁	2.95±0.00c	2.70±0.02c	5.65±0.02b
A₂	2.41±0.01b	2.05±0.03c	4.46±0.03b	C₂	2.97±0.00ab	2.41±0.02e	5.38±0.02d
A₃	1.53±0.06c	2.53±0.00a	4.06±0.06c	C₃	2.98±0.00a	2.55±0.02d	5.53±0.03c
A₄	2.89±0.00a	2.23±0.01b	5.12±0.01a	C₄	2.96±0.00bc	3.14±0.03b	6.10±0.02a
A₅	2.89±0.01a	2.34±0.02b	5.23±0.03a	C₅	2.97±0.00ab	3.13±0.03b	6.10±0.03a
A₆	2.56±0.01b	2.01±0.01c	4.56±0.03b	C₆	2.66±0.01d	3.51±0.03a	6.17±0.03a
B₁	2.88±0.01b	2.45±0.02b	5.33±0.03b	D₁	2.91±0.01a	3.18±0.04e	6.09±0.04d
B₂	2.96±0.00a	2.51±0.02b	5.46±0.02a	D₂	3.03±0.10a	3.18±0.06e	6.22±0.11cd
B₃	2.87±0.01b	2.23±0.02d	5.10±0.03d	D₃	2.87±0.01a	3.48±0.02d	6.34±0.03c
B₄	2.86±0.00b	2.37±0.02c	5.23±0.03c	D₄	2.93±0.00a	3.73±0.02c	6.67±0.02b
B₅	2.59±0.01c	1.72±0.01e	4.31±0.03e	D₅	2.90±0.01a	4.25±0.03a	7.15±0.03a
B₆	2.95±0.00a	2.58±0.02a	5.54±0.02a	D₆	2.91±0.00a	3.88±0.03b	6.79±0.03b