Efficiency of Different Amendments for the Mitigation of Cadmium Toxicity in Sunflower (Helianthus annuus L.)

Abstract

Mitigation of metal toxicity by the use of different amendments may be an important strategy for improving the plant growth and yield in metal polluted soils. Present study aimed to evaluate the efficiency of different amendments including Phosphate Rock (PR), Silicon (Si), Farmyard Manure (FYM) and Bacterial Inoculation (BI) either individually or integratedly for the detoxification of Cadmium (Cd) in sunflower (Helianthus annuus L.). Experimental plan consisted of three Cd levels (control, 20 and 40 mg kg -1 ), two PR levels (control and 5 g kg -1 ), two Si levels (control and 100 mg Si kg -1 as sodium silicate), two FYM levels (control and 5% w/w of soil), two BI levels (non-inoculated and inoculated) and integrated use of PR+Si+FYM+BI. Results revealed that Cd concentration increased by 14.3 and 16.5 times in roots, 12.0 and 21.6 times in stems, 17.0 and 45.0 times in upper leaves while 21.0 and 34.0 times in lower leaves, and 6.6 and 11.0 times in achenes at Cd-1 and Cd-2, respectively compared with control, with the subsequent reduction in plant growth, yield and physiological characteristics of sunflower. All the four amendments were effective to mitigate the deleterious effects of Cd on sunflower growth, yield and physiological behavior in the order of PR+Si+FYM+BI > Si > BI > PR > FYM. Integrated use of PR+Si+FYM+BI reduced Cd concentration by 77.1 and 83.3% in roots, 76.0 and 82.1% in stems, and 85.4 and 85.9% in achenes, while reduced malondialdehyde by 69.7 and 67.4%, with a corresponding improvement in chlorophyll 51.0 and 79.4%, photosynthetic rate 30.5 and 79.4% while achene yield 65.8 and 76.7% at Cd-1 and Cd-2, respectively compared with respective Cd treatments without amendments. In conclusion, integrated use of different organic and inorganic amendments could be an important strategy to mitigate Cd toxicity in sunflower.

Fitorremediación en suelos contaminados con Cd usando girasol (Helianthus annuus L. var. Sunbright)

“…Esto significaría que Helianthus annuus podría tolerar este metal hasta 25 mg kg -1 suelo como también se observó en Solanum nigrum bajo la misma dosis (Wei et al 2006). En otros estudios, Alaboudi et al (2018) y Ashraf et al (2019) mostraron diferencias significativas en la reducción de altura y materia seca a partir de concentraciones de 10 y 20 mg Cd kg -1 , respectivamente. Esto podría deberse a que en estas investigaciones hubo mayor absorción de Cd en los tratamientos con respecto a su control con las variedades de girasol en estudio, así también el momento de cosecha se realizó 30 días (promedio) antes que nuestro estudio.…”

“…Este resultado coincide con el estudio de Chaves et al (2011), quienes reportaron una curva regresión cuadrática con un R 2 > 0.93 para dosis similares. Conforme aumenta el Cd en suelo, se incrementa la concentración de Cd en el tejido (Zou et al, 2008;De Maria et al, 2013;Alaboudi et al, 2018;Ashraf et al, 2019;Chaves et al, 2011), siendo esta máxima en las raíces (33.1 mg kg -1 ) a dosis de 20 mg Cd kg -1 suelo.…”

“…Por el contrario, a dosis de 25 mg kg -1 la curva comenzó a decaer en general. En otros estudios se expone similar secuencia de absorción: raíz > hoja > tallo, en la misma especie (Ashraf et al, 2019;De Maria et al, 2013;Chaves et al, 2011). Cabe destacar que la concentración promedio de Cd en raíz fue 62.6 % del total, mientras que en la zona aérea fue de 37.4 %.…”