Agronomic evaluation of Herbaspirillum seropedicae strain ZAE94 as an inoculant to improve maize yield in Brazil

Resumo

Bactérias diazotróficas aplicadas como inoculante de sementes podem melhorar a produtividade de grãos de várias culturas, incluindo o milho. O presente estudo teve como objetivo testar a eficiência agronômica e a contribuição da fixação biológica de nitrogênio (FBN) do diazotrófico endofítico Herbaspirillum seropedicae estirpe ZAE94 para o milho em condições de campo. Dezoito ensaios de campo foram conduzidos em quatro localidades diferentes durante anos consecutivos com dois híbridos e duas variedades de milho em delineamento de blocos casualizados com quatro repetições, utilizando um inoculante à base de turfa. O inoculante contendo a estirpe ZAE94 foi aplicado sem fertilização nitrogenada (N) ou com 40 kg N ha⁻¹ e foi comparado à aplicação de 40 e 80 kg N ha⁻¹ sem inoculação. A produtividade da cultura e o acúmulo de N nos grãos foram avaliados, além da abundância natural de ¹⁵N (δ¹⁵N) para avaliar a FBN nos tratamentos sem fertilização nitrogenada. A fertilização com 40 kg N ha⁻¹ mais a inoculação bacteriana produziu rendimentos de cultura similares ao tratamento com 80 kg N ha⁻¹ e aumentou o teor de N nos grãos, especialmente na safrinha com 40 kg N ha⁻¹. Os tratamentos com inoculação mostraram valores de δ¹⁵N menores que os tratamentos não inoculados, o que foi mais evidente na safrinha. A FBN contribuiu com cerca de 30% do N acumulado em plantas inoculadas com ZAE94. Em média, 64% das parcelas fertilizadas com N mostraram um aumento dos parâmetros avaliados nos tratamentos inoculados, em comparação com o controle. A inoculação também aumentou o comprimento radicular, o volume radicular e a área foliar, e esses parâmetros foram positivamente correlacionados com o peso da planta usando um ensaio hidropônico. Este estudo revelou que a aplicação do inoculante H. seropedicae aumentou a quantidade de N nas plantas devido à FBN, e há uma melhor chance de resposta de produtividade à inoculação sob baixa aplicação de fertilizante nitrogenado na safrinha.

Abstract

Diazotrophic bacteria applied as a seed inoculant can improve the grain yield of several crops including maize. The current study aimed to test the agronomic efficiency and contribution of biological nitrogen fixation (BNF) of the endophytic diazotroph Herbaspirillum seropedicae strain ZAE94 to maize under field conditions. Eighteen field assays were conducted in four different locations during consecutive years on two hybrids and two varieties of maize in a random block design with four replicates using a peat-based inoculant. The inoculant containing the ZAE94 strain was applied without nitrogen (N) fertilization or with 40 kg N ha–1 and was compared to the application of 40 and 80 kg N ha–1 without inoculation. Crop productivity and N accumulation in the grain were evaluated in addition to 15 N natural abundance (°15 N) to evaluate BNF in the treatments without N fertilization. Fertilization at 40 kg N ha–1 plus bacterial inoculation produced crop yields similar to the treatment with 80 kg N ha–1 and increased grain N content, especially in the off-season with 40 kg N ha–1. The inoculation treatments showed lower °15N values than the non-inoculated treatments, which was most evident in the off-season. The BNF contributed about 30% of N accumulated in plants inoculated with ZAE94. On average, 64% of the N fertilized plots showed an increase of the parameters evaluated in the inoculated treatments, compared with the control. Inoculation also increased root length, root volume, and leaf area, and these parameters were positively correlated with plant weight using a hydroponic assay. This study revealed that the application of H. seropedicae inoculant increased the amount of N in plants owing to BNF, and there is a better chance of yield response to inoculation under low N fertilizer application in the off-season.