Effects of plant growth-promoting rhizobacteria on the productivity and nutrition of sugarcane under reduced urea fertilization

Abstract

• Azotobacter and Gluconacetobacter solubilize P from phosphate rock. • Azospirillum solubilizes P from tricalcic phosphate. • Azospirillum inoculation increases tillering in sugarcane. • Seedlings inoculated with Azospirillum show increased stalk weight and sucrose levels. • Azospirillum can replace 25–50% of urea while maintaining a positive growth response. The practice of biofertilization enhances the sustainability of sugarcane cultivation. This study evaluated the ability of several bacterial strains to improve sugarcane growth and reduce its dependence on urea. Strains belonging to the genera Gluconacetobacter , Azotobacter , Rhizobium , and Azospirillum were efficient in biological nitrogen fixation, indole-3-acetic acid production, and inorganic phosphorus solubilization. Azotobacter and Gluconacetobacter efficiently solubilized rock phosphate, while Azospirillum was more effective with tricalcium phosphate. Azospirillum brasilense Ab12 showed viability in diluted vinasse, utilizing organic acids. Inoculation with A. brasilense strains Ab12 and Ab16 at 4 × 10 8 CFU/ml in pre-sprouted cuttings increased productivity in field-transplanted plants without chemical fertilization. The application of Azospirillum improved stem number, stem weight and length, cane yield per hectare, and sucrose content. In addition, it promoted greater tillering and enhanced the uptake of P, S, Fe, and Zn. Bacterial inoculants reduced the need for urea fertilization, showing a complementary effect on plant growth even with the full recommended urea dose. Azospirillum -based biofertilizers allowed the reduction of urea rates, with similar growth observed when using 25–50% of the standard dose. These results demonstrate the potential of A. brasilense as a biofertilizer to reduce dependence on synthetic inputs and improve the nutritional efficiency of sugarcane cultivation. La práctica de biofertilización mejora la sostenibilidad del cultivo de caña de azúcar. Este estudio evaluó la capacidad de algunas cepas bacterianas para mejorar el crecimiento de la caña de azúcar y reducir su dependencia de la urea. Cepas de los géneros Gluconacetobacter , Azotobacter , Rhizobium y Azospirillum fueron eficientes en fijación biológica de N, producción de ácido 3-indolacético y solubilización de P inorgánico. Azotobacter y Gluconacetobacter solubilizaron eficientemente fosfatos de roca fosfórica, mientras que Azospirillum fue más eficaz con fosfato tricálcico. Azospirillum brasilense Ab12 mostró viabilidad en vinaza diluida, utilizando ácidos orgánicos. La inoculación de las cepas Ab12 y Ab16 de A. brasilense a 4 × 10 8 UFC/ml en esquejes pre-brotados, aumentó la productividad en plantas trasplantadas al campo sin fertilización química. La aplicación de Azospirillum mejoró el número de tallos, el peso y la longitud del tallo, las toneladas de caña por hectárea y el contenido de sacarosa. Además, promovió un mayor macollamiento y mejoró la absorción de P, S, Fe y Zn. Los inóculos bacterianos redujeron la necesidad de fertilización con urea, mostrando un efecto complementario en el crecimiento de las plantas incluso con la dosis completa recomendada. Los biofertilizantes de Azospirillum permitieron la reducción de las dosis de urea, observándose un crecimiento similar cuando se utilizó el 25-50% de la dosis. Estos resultados evidencian el potencial de A. brasilense como biofertilizante para reducir la dependencia de insumos sintéticos y mejorar la eficiencia nutricional del cultivo.

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