Availability and toxicity of cadmium to forage grasses grown in contaminated soil

Abstract

It is important to know the mechanisms for forage development, especially those related to the tolerance of potentially toxic elements, when considering their use in phytoremediation in heavy metal contaminated areas. In this study, we evaluated plant growth, concentration, and the availability of cadmium (Cd) for forage grasses (Panicum maximum Jacq. cv. Aruana and cv. Tanzânia; Brachiaria decumbens cv. Basilisk; Brachiaria brizantha cv. Xaraés and cv. Marandu) cultivated in Cd contaminated soils. The experiments were performed under greenhouse conditions over a 90-day evaluation period, and the Cd rates were 2, 4, and 12 mg/kg of soil. The relative growth rate of the forage grasses decreased as Cd rates increased, and the following descending order of susceptibility was observed: Marandu > Xaraés > Aruana > Tanzânia > Basilisk, with regard to phytotoxicity in these plants. The forage Cd concentration increased in line with increases in the Cd rates. Cd contents extracted by Mehlich-1 and by diethylenetriaminepentaacetic acid presented high positive correlation with forage relative growth. The forage plants did not block Cd entry into the food chain because they were not capable of limiting Cd absorption.

Potential of Grasses in Phytolith Production in Soils Contaminated with Cadmium

“…Cadmium concentrations in grass shoots increased linearly as Cd rates increased in the three soils (p < 0.01) (Figure 3), confirming the results found by [15,22]. Cd concentrations in shoots are higher in plants grown under higher Cd availability [4,7], where Megathyrsus maximus presented the highest Cd concentration in shoots when cultivated in TQ, and Urochloa brizantha when cultivated in Xantic Hapludox (XH) and RH ( Figure 3).…”

“…Hyperaccumulator plants are those capable of extracting and accumulating the Cd concentration in tissue at values greater than 100 mg kg −1 dry mass [4,19]. Grasses have high potential for phytoremediation purposes due to desirable phytoextraction characteristics such as high-growth rate, biomass production, root growth and capacity to tolerate and accumulate toxic metal [15,19,21,22] with high phytolith production capacity [23][24][25][26].…”

Potássio na amenização dos efeitos tóxicos induzidos pelo cádmio no capim tanzânia

“…Nos anos recentes, o capim tanzânia tem sido estudado sob condições de fitotoxicidade e em recuperação de áreas contaminadas por metais pesados (Miranda et al 2012;Monteiro et al 2011;Nascimento et al 2014;Silva et al 2016). A contaminação dos solos por metais pesados é importante problema ambiental devido aos danos causados na qualidade do solo e as graves consequências na saúde animal e humana.…”

“…Na fitoextração, o contaminante é absorvido pelas raízes e transportado para a parte aérea, tornando possível sua remoção do solo por meio do corte e retirada do material colhido . O capim tanzânia apresenta potencial para ser empregado nessas duas técnicas (Monteiro et al 2011;Nascimento et al 2014;Silva et al 2016;Souza Júnior et al 2018).…”

“…Em razão da toxicidade do Cd, há necessidade de reduzir a concentração deste metal no ambiente, o que pode ser feito de maneira mais sustentável e menos onerosa por meio da fitoextração. Nesta técnica, o contaminante é absorvido pelas raízes e transportado para a parte aérea da planta, tornando possível sua remoção do solo por meio de cortes das plantas.Nos anos recentes, o capim tanzânia tem sido estudado sob condições de fitotoxicidade e em recuperação de áreas contaminadas por metais pesados(Miranda et al 2012;Nascimento et al 2014;Silva et al 2016). Esse capim apresenta potencial para fitoextração de metais, pois apresenta rápido crescimento, alta produção de biomassa e permite cortes sucessivos durante anos(Gilabel et al 2014;Monteiro et al 2011b).…”