A novel phosphorus biofertilization strategy using cattle manure treated with phytase–nanoclay complexes

Resumo

O objetivo deste trabalho foi avaliar o tratamento de esterco bovino com fitases estabilizadas em nanoargilas alofânicas como uma potencial nova tecnologia de biofertilização de fósforo (P) para culturas em solos vulcânicos (Andisol). Além disso, como o pH ideal para a catálise da fitase comercial não corresponde ao pH natural do esterco, um experimento complementar foi montado para avaliar o efeito da inoculação do esterco com uma bactéria produtora de fitase alcalina. Finalmente, solo tratado com fitase, esterco e misturas solo-esterco foram avaliados quanto à sua capacidade de fornecer P para plantas de trigo cultivadas em casa de vegetação. O tratamento do esterco bovino com fitases estabilizadas em nanoargilas resultou em um aumento significativo (P ≤ 0,05) do P inorgânico em extratos de solo (NaOH-EDTA e Olsen). O uso de esterco bovino tratado com fitase aumentou os pesos secos em 10% e a concentração de P em 39% em plantas de trigo cultivadas em casa de vegetação, o que equivale a uma taxa de fertilizante P de cerca de 150 kg de P por hectare. A inoculação do esterco bovino com bactérias produtoras de fitase β-propeller levou a um aumento de ~10% no P inorgânico nos extratos de esterco. No entanto, a aplicação de esterco inoculado ao solo não aumentou significativamente a produtividade do trigo ou as respostas de aquisição de P. Nossos resultados sugerem que a nova abordagem de incubar esterco bovino com fitases estabilizadas em nanoargila aumenta a ciclagem de P orgânico e a nutrição de P de plantas cultivadas em solos deficientes em P.

Abstract

The aim of this work was to evaluate the treatment of cattle manure with phytases stabilized in allophanic nanoclays as a potential novel phosphorus (P) biofertilization technology for crops grown in volcanic soils (Andisol). Furthermore, because the optimal pH for commercial phytase catalysis does not match the natural pH of manure, a complementary experiment was set up to evaluate the effect of manure inoculation with an alkaline phytase-producing bacterium. Finally, phytase-treated soil, manure, and soil–manure mixtures were evaluated for their P-supplying capacity to wheat plants grown under greenhouse conditions. Treating cattle manure with phytases stabilized in nanoclays resulted in a significant (P ≤ 0.05) increase of inorganic P in soil extracts (NaOH-EDTA and Olsen). The use of phytase-treated cattle manure increased dry weights by 10 % and the P concentration by 39 % in wheat plants grown under greenhouse conditions, which is equivalent to a P fertilizer rate of about 150 kg of P per hectare. The inoculation of cattle manure with β-propeller phytase-producing bacteria led to an ∼10 % increase in inorganic P in the manure extracts. However, applying inoculated manure to soil did not significantly increase wheat yield or P acquisition responses. Our results suggest that the novel approach of incubating cattle manure with phytases stabilized in nanoclay enhances the organic P cycling and P nutrition of plants grown in P-deficient soils.