Single Super Phosphate Improves Lolium perenne Quality and Rhizosphere Microorganism Structure Under Combined Cadmium and Arsenic Stress

Resumo

A cocontaminação por cádmio e arsênio decorrente de atividades de mineração indica grande contaminação de solos agrícolas adjacentes, perturbando a fisiologia das plantas e a comunidade microbiana do solo. O fósforo (P) desempenha papel vital na redução da biodisponibilidade de Cd e As no solo e de sua absorção pelas plantas. Contudo, a escolha das fontes de P adequadas para a remediação é crítica e ainda requer pesquisas em solos contaminados com Cd e As. Este estudo teve como objetivo avaliar os efeitos de diferentes fontes de fertilizantes fosfatados sobre o crescimento de Lolium perenne e sua fisiologia e diversidade microbiana rizosférica sob contaminação combinada com Cd e As. Foram conduzidos experimentos em vasos com sete tratamentos: SSP (superfosfato simples), DAP (fosfato diamônico), MAP (fosfato monoamônico), CaP (fosfato de cálcio), HighCaP (fosfato de cálcio alto), RP (fosfato natural) e sem aplicação de fertilizante fosfatado (CK), com cinco repetições em delineamento de blocos completos casualizados. O tratamento SSP apresentou a maior altura de plantas (15,7 cm), a maior produção de feno (3567,6 kg·ha−1) e maior atividade de defesa antioxidante. Também alcançou a maior taxa de acúmulo de fósforo (0,63 g·kg−1), com menor absorção de Cd e As. Além disso, o SSP promoveu maiores teores de sulfidrilas não proteicas (NPT) e de fitoquelatina sintetase (PCs), juntamente com a atividade da γ-glutamilcisteína sintetase (γ-ECS), e enriqueceu a comunidade microbiana da rizosfera, na qual a abundância de Sphingomonas foi 7,08% maior que nos demais tratamentos. Portanto, os resultados indicam que o SSP pode melhorar a produtividade e a fisiologia de L. perenne, bem como a estrutura da comunidade microbiana da rizosfera, reduzindo o acúmulo de Cd e As nas plantas sob estresse por Cd e As.

Abstract

Cadmium and arsenic co-contamination found in mining actions indicates major effluence in adjacent farmland soils, disturbing the plant physiology and soil’s microbial community. Phosphorus (P) plays a vital role in reducing soil contamination from Cd and As bioavailability and uptake by plants. However, the right P sources for remediation approaches are critical and still require further research in Cd- and As-contaminated soil. This study aimed to explore the effects of different phosphorus fertilizer sources on Lolium perenne growth and its physiological and rhizosphere microbial diversity under combined contamination with Cd and As. Pot experiments were performed with seven treatments including SSP (single super phosphate), DAP (diammonium phosphate), MAP (monoammonium phosphate), CaP (calcium phosphate), HighCaP (high calcium phosphate), RP (rock phosphate), and no phosphorus fertilizer application (CK) with five replications in the RCB design. The SSP treatment showed the greatest plant height (15.7 cm), hay yield (3567.6 kg·ha−1), and enhanced antioxidant defense activities. It also achieved the highest phosphorus accumulation rate (0.63 g·kg−1) with reduced Cd and As uptake. In addition, SSP promoted higher non-protein sulfhydryl (NPT) and phytochelatin synthetase (PCs) contents along with γ-glutamylcysteine synthetase (γ-ECS) activity, and enriched the rhizosphere microbial community, where the Sphingomonas abundance was 7.08% higher than for other treatments. Therefore, this result indicates that SSP can improve the yield and physiology in L. perenne, as well as soil the rhizosphere microbial community structure, while reducing Cd and As accumulation in plants under Cd and As stress.