Снижение биоаккумуляции кадмия с использованием биоугля: основа для масштабирования в полевых условиях.
Reducing cadmium bioaccumulation inusing biochar: basis for scaling-up to field.
Julián E López, Catalina Arroyave, Adriana Aristizábal, Byrone Almeida, Santiago Builes, Eduardo Chavez
Аннотация (перевод)
Потребление обогащенных Cd продуктов питания является основным путем поступления Cd для некурящего населения. В некоторых случаях Cd биоаккумулируется в съедобных частях растений, что создает риск для потребителей, поскольку Cd является вредным тяжелым металлом, способным вызывать серьезные экологические риски и угрозы для здоровья. Например, обогащение семян какао Cd привело к обогащению Cd продуктов на основе какао. В Латинской Америке и Карибском бассейне биоаккумуляция Cd в семенах какао происходит в различных регионах с разнообразными эдафоклиматическими условиями, что затрудняет выбор вариантов ремедиации почв. Ограниченность ресурсов требует тщательного исследования потенциальных мелиорантов в лабораторных и/или тепличных условиях перед масштабированием до полевых экспериментов. В этом исследовании мы оценили эффективность четырех видов биоугля: кофейного, из киноа, а также инокулированного и пальмового биоугля, полученных из трех видов сырья: кофейной шелухи, соломы киноа и отходов масличной пальмы соответственно. Биоугли вносились в двух дозах (1 и 2% w/w) в две почвы, одну умеренно кислую и одну слабощелочную (с добавлением Cd и без добавления). Для тепличного эксперимента использовались растения какао CCN-51. Через 130 дней были измерены биометрические параметры, биодоступность Cd в почве, а также концентрация Cd и минеральных питательных веществ в растениях. Биоуголь из киноа при 2% достоверно снизил (< 0.01), на ∼71%, биодоступный Cd в умеренно кислых и слабощелочных почвах, а Cd в листьях — на ∼48%. pH почвы, электропроводность и эффективная емкость катионного обмена достоверно (< 0.01) коррелировали с биодоступным Cd в почве и Cd в листьях. Характеристики биоугля, такие как зольность, содержание основных катионов и поверхностные функциональные группы, могут быть использованы в качестве индикаторов для выбора биоуглей с целью снижения поглощения Cd какао. Кроме того, внесение биоугля из киноа обеспечивало P и K, что может повысить продуктивность для компенсации затрат на снижение рисков. В целом, внесение биоугля из киноа в дозе 2% эффективно для снижения содержания биодоступного Cd в различных типах почв, что снижает уровень Cd в листьях растений какао.
Оригинальная аннотация
The intake of Cd-enriched food is the main Cd pathway for the nonsmoking population. In some cases, Cd bioaccumulates in edible plant parts which comprise risk to consumers, because of Cd is a harmful heavy metal that can cause potent environmental and health hazards. For instance, Cd enrichment of cacao seeds have led to Cd enrichment of cacao-based products. In Latin America and the Caribbean, Cd bioaccumulation in cacao seeds occurs in different regions with diverse edaphoclimatic conditions, which makes it difficult to select soil remediation alternatives. Limited resources require that potential amendments must be carefully investigated through laboratory and/or greenhouse conditions before scaling up to field experiments. In this study, we evaluated the effectiveness of four biochars: coffee-, quinoa-, and inoculated- and palm-biochar, derived from three feedstocks: coffee husk, quinoa straw, and oil palm residues, respectively. Biochars were applied in two rates (1 and 2% w/w) in two soils, one moderately acidic and one slightly alkaline (Cd-spiked and non-spiked). CCN-51 cacao plants were used for the greenhouse experiment. After 130 days, biometric parameters, the bioavailability of Cd in the soil, and the concentration of Cd and mineral nutrients in the plants were measured. Quinoa biochar at the 2% significantly decreased (< 0.01), by ∼71%, bioavailable Cd in moderately acidic and slightly alkaline soils, and leaf-Cd by ∼48%. Soil pH, electrical conductivity, and effective cation exchange capacity were significantly (< 0.01) correlated with bioavailable soil and leaf-Cd. Biochar characteristics, such as ash contents, basic cations content, and surface functional groups could be used as indicators for the selection of biochars to reduce Cd uptake by cacao. Additionally, application of quinoa derived biochar provided P and K, which could increase productivity to offset mitigation costs. Overall, incorporation of quinoa biochar at 2% rate is effective for lowering bioavailable Cd in different soil types which reduces leaf-Cd in cacao plants.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/7278a5f9-e423-44cc-abec-c167b9289051
DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e09790