Metabolic and Ionomic Responses of Different Crops to Phosphorus Fertilizers Containing Potentially Toxic Elements Under Soil with and Without Liming

Resumo

A ocorrência e a concentração de elementos potencialmente tóxicos (EPT) em fertilizantes são uma preocupação nas regiões tropicais, e as propriedades do solo afetam sua biodisponibilidade para as culturas. O cádmio é o mais facilmente biodisponível para as plantas e, portanto, para a cadeia alimentar, representando um ponto-chave para a produção segura de alimentos. Assim, este estudo teve como objetivo avaliar o ionoma, o metabolismo e o crescimento de batata, tabaco e arroz em resposta à calagem e a fosfatos monoamônicos (MAP) de diferentes origens geográficas e teores de EPT (MAP 1, MAP 2, MAP 3). Para isso, foram conduzidos experimentos independentes com cada cultura, utilizando os fertilizantes MAP como fonte de fósforo aplicados a um Latossolo Vermelho-Amarelo, com e sem calagem. Os resultados indicaram que as alterações fisiológicas foram influenciadas principalmente pela calagem, e não pelos EPT. Os solos mais ácidos afetaram negativamente o crescimento das plantas e o teor de açúcares e induziram ajustes metabólicos relacionados à prolina. O maior teor de Cd no MAP 3 reduziu o manganês e o zinco e aumentou os açúcares na parte aérea. O arroz também apresentou menor bioacumulação de Cd que a batata e o tabaco, além de maior tolerância ao solo ácido. As concentrações de As, Cd e Cr presentes nos fertilizantes não prejudicaram o crescimento e o ciclo de vida das plantas avaliadas; no entanto, foram observados ajustes metabólicos.

Abstract

The occurrence and concentration of potentially toxic elements (PTE) in fertilizers are a concern in tropical regions, and soil properties affect their bioavailability for crops. Cadmium is the most easily bioavailable for plants and so the food chain, and it represents a stepping-stone toward safe food production. So, this study aimed to evaluate the ionomics, metabolism, and growth of potato, tobacco, and rice in response to liming and to monoammonium phosphates (MAP) from different geographic origins and PTE contents (MAP 1, MAP 2, MAP 3). For this, independent experiments were conducted with each crop using MAP fertilizers as a phosphorus source applied to a Red-Yellow Latosol, with and without liming. Our findings indicated that physiological changes were primarily influenced by liming rather than PTE. Most acidic soils negatively impacted plant growth and sugar content and induced metabolic adjustments related to proline. The higher level of Cd in MAP 3 reduced manganese and zinc and increased sugar in plant shoots. Rice also had a lower Cd bioaccumulation than potato and tobacco, followed by a higher tolerance to acidic soil. The concentrations of As, Cd, and Cr present in fertilizers did not impair the growth and life cycle of the evaluated plants; however, metabolic adjustments were observed.