Cadmium, silicon and nutrient accumulation by maize plants grown on a contaminated soil amended with a diatomaceous Earth fertilizer / Acúmulo de cádmio, silício e nutrientes por plantas de milho cultivadas em solo contaminado e adubado com fertilizante terra diatomáceas

ABSTRACT: Given that cadmium (Cd) poses high persistence in the environment and toxicity to humans, strategies to either decrease or avoid Cd entry in the trophic chain are fundamental to secure food safety. Here we assessed the effects of applying rates of Si as a diatomaceous Earth-based fertilizer on the amelioration of Cd toxicity towards maize plants grown on soil with or without pH correction. Besides determining Si and Cd concentrations, we also evaluated plant accumulation of nutrients (N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, and Zn) as a function of Si doses applied to the soil. Results showed that both the Si application and the liming had a positive effect on biomass and nutrient uptake, but the Si effect on plants' performance took place irrespectively to the soil pH. Silicon ameliorated Cd phytotoxicity in both limed and unlimed soils by decreasing Cd concentration in shoots and improving biomass yield and plant nutrition. Silicon alleviation of Cd-inhibitory effects on plants was more effective in the unlimed soil owing to the higher Cd availability in acidic soils. Also, taking into account the reduced transfer of Cd to shoots driven by Si, lower Cd accumulation in maize grains is likely, with implications to food safety. So, further studies on field conditions are warranted.

RESUMO: Considerando que o cádmio (Cd) apresenta alta persistência no ambiente e toxicidade aos seres humanos, estratégias para diminuir ou evitar a entrada de Cd na cadeia trófica são fundamentais para garantir a segurança alimentar. Neste contexto, avaliamos os efeitos de silício (Si) aplicado como fertilizante a base de terra diatomácea na amenização da toxicidade do Cd em milho cultivado em solo contaminado, com e sem correção de pH. Além de determinar as concentrações de Si e Cd, o acúmulo de nutrientes nas plantas (N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu e Zn) em função das doses de Si aplicadas ao solo foi avaliado. Os resultados mostraram que tanto a calagem quanto o Si tiveram efeitos positivos na biomassa e na absorção de nutrientes, mas o efeito do Si no desenvolvimento das plantas foi independente da reação do solo. O Si reduziu a fitotoxidade por Cd em ambos os solos, corrigidos e não corrigidos, diminuindo a concentração de Cd na parte aérea. A amenização da toxicidade de Cd foi mais efetiva em solos sem correção, devido à maior disponibilidade de Cd em solos ácidos. Os benefícios da aplicação de Si sobre a produção de biomassa, composição mineral e fitotoxidade do Cd foram observados em plantas cultivadas em solos com e sem correção. Considerando a transferência reduzida de Cd para a parte aérea promovida pelo Si, é provável que ocorra menor acúmulo de Cd nos grãos de milho, com implicações para a segurança alimentar.

Pouteria torta: a native species of the Brazilian Cerrado as a bioindicator of glyphosate action / Pouteria torta: espécie native do Cerrado Brasileiro como bioindicadora da ação do glyphosate

Abstract In Brazil, the expansion of agricultural activity and the associated indiscriminate use of herbicides such as glyphosate is directly related to the loss of biodiversity in the Cerrado. The identification of plant species as bioindicators of herbicide action, especially species native to the area, can help in monitoring the impacts of xenobiotics in the remaining Cerrado. Thus, this study was designed to evaluate the possible use of the native Cerrado species Pouteria torta as a bioindicator of glyphosate action via changes in physiological performance. At 16 months after sowing, the effect of glyphosate was evaluated by applying the following doses: 0 (control), 25, 50, 100, 200, 400, 800, and 1200 g a.e. ha-1. In response to glyphosate, P. torta exhibited reductions in photosynthesis and chloroplastid pigment content, as well as accumulation of shikimic acid and the occurrence of chlorosis and necrosis. These changes demonstrate the high sensitivity of P. torta to glyphosate and its potential for use as a bioindicator of this herbicide.

Resumo No Brasil, a expansão da atividade agrícola, aliada a utilização indiscriminada de herbicidas como o glyphosate, possui relação direta com a perda da biodiversidade no Cerrado. A identificação de espécies vegetais bioindicadoras da ação de herbicidas, particularmente as nativas do Cerrado, pode auxiliar em processos de monitoramento dos impactos desse xenobiótico nas remanescentes do Cerrado. Assim, este estudo foi projetado para avaliar o possível uso de Pouteria torta, espécie nativa do cerrado, como bioindicadora da ação do glyphosate via mudanças na sua performance fisiológica. Após 16 meses de semeadura, o efeito do glyphosate foi avaliado quando aplicadas as seguintes doses: 0 (controle), 25, 50, 100, 200, 400, 800 e 1200 g e. a. ha-1. Em reposta ao glyphosate, as plantas de P. torta apresentaram redução na sua performance do processo fotossintético e no conteúdo de pigmentos cloroplastídicos, além do acúmulo de ácido chiquímico e da ocorrência de cloroses e necroses. Essas alterações demonstram a alta sensibilidade de P. torta ao glyphosate, o que potencializa a sua utilização como bioindicadora da ação desse herbicida.

Pouteria torta: a native species of the Brazilian Cerrado as a bioindicator of glyphosate action

Abstract In Brazil, the expansion of agricultural activity and the associated indiscriminate use of herbicides such as glyphosate is directly related to the loss of biodiversity in the Cerrado. The identification of plant species as bioindicators of herbicide action, especially species native to the area, can help in monitoring the impacts of xenobiotics in the remaining Cerrado. Thus, this study was designed to evaluate the possible use of the native Cerrado species Pouteria torta as a bioindicator of glyphosate action via changes in physiological performance. At 16 months after sowing, the effect of glyphosate was evaluated by applying the following doses: 0 (control), 25, 50, 100, 200, 400, 800, and 1200 g a.e. ha-1. In response to glyphosate, P. torta exhibited reductions in photosynthesis and chloroplastid pigment content, as well as accumulation of shikimic acid and the occurrence of chlorosis and necrosis. These changes demonstrate the high sensitivity of P. torta to glyphosate and its potential for use as a bioindicator of this herbicide.

Resumo No Brasil, a expansão da atividade agrícola, aliada a utilização indiscriminada de herbicidas como o glyphosate, possui relação direta com a perda da biodiversidade no Cerrado. A identificação de espécies vegetais bioindicadoras da ação de herbicidas, particularmente as nativas do Cerrado, pode auxiliar em processos de monitoramento dos impactos desse xenobiótico nas remanescentes do Cerrado. Assim, este estudo foi projetado para avaliar o possível uso de Pouteria torta, espécie nativa do cerrado, como bioindicadora da ação do glyphosate via mudanças na sua performance fisiológica. Após 16 meses de semeadura, o efeito do glyphosate foi avaliado quando aplicadas as seguintes doses: 0 (controle), 25, 50, 100, 200, 400, 800 e 1200 g e. a. ha-1. Em reposta ao glyphosate, as plantas de P. torta apresentaram redução na sua performance do processo fotossintético e no conteúdo de pigmentos cloroplastídicos, além do acúmulo de ácido chiquímico e da ocorrência de cloroses e necroses. Essas alterações demonstram a alta sensibilidade de P. torta ao glyphosate, o que potencializa a sua utilização como bioindicadora da ação desse herbicida.