Potentially toxic elements from phosphate fertilizers to crops: mobilization and mitigation

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Autor(es): dc.contributorGuilherme, Luiz Roberto Guimarães-
Autor(es): dc.contributorMarchiori, Paulo Eduardo Ribeiro-
Autor(es): dc.contributorOliveira, Cynthia de-
Autor(es): dc.contributorLavres Júnior, José-
Autor(es): dc.contributorLopes, Guilherme-
Autor(es): dc.creatorCarvalho, Mariana Rocha de-
Data de aceite: dc.date.accessioned2026-02-09T11:39:50Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2026-02-09T11:39:50Z-
Data de envio: dc.date.issued2024-08-28-
Data de envio: dc.date.issued2024-08-28-
Data de envio: dc.date.issued2024-08-28-
Data de envio: dc.date.issued2024-03-26-
Fonte completa do material: dc.identifierhttps://repositorio.ufla.br/handle/1/59288-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/1144674-
Descrição: dc.descriptionPhosphorus (P) is one of the required elements for plant growth and development. So, adequate inputs of P in the soil are essential for food production. However, phosphate rock may naturally contain different levels of potentially toxic elements (PTEs), like arsenic (As), cadmium (Cd), and chromium (Cr). Among the three selected elements, Cd is the most easily bioavailable to the plants, and so food chain. So, this element has been a stepping-stone toward achieving sustainable and safe worldwide food production, especially after a new European Union regulation aiming for reduced limits of Cd in P fertilizers (EU 2019/1009). Soil pH increase is one of the effective strategies to cope better with Cd in soil, as well as mineral supplemental with antagonist elements to Cd, like selenium (Se). In this context, this study aimed to determine the As, Cd, and Cr levels in three P fertilizers (MAP1, MAP2, and MAP3) with contrasting PTEs levels. It also investigated the accumulation and impacts of these elements in the soil and relevant crops known for their contrasting tolerance to these metal(loid)s (potatoes, tobacco, rice) grown in tropical soil, with and without liming. It also investigated the Cd-Se interaction and metabolic adjustments to minimize the plant physiology (Arabidopsis and lettuce) disturbance due to Cd uptake. A diverse array of sensitive techniques for trace elements determination were used to reveal the highest level of Cd of MAP 3. MAP 3 loaded the highest amounts of this element to the soil matrix and solution, as well as to plant shoots and the potato and tobacco xylem sap, contrasting with results for MAP 1. The higher level of Cd in MAP 3 reduced Mn and Zn levels in plant shoots for potatoes and tobacco while also inducing an increase of antioxidant enzymes and sugars in rice. Soil acidity increased Cd concentrations in soil and plants decreased plant growth, yield, and sugar content, and induced metabolic adjustments related to antioxidant enzymes and proline. Among the studied crops, rice had a lower Cd translocation – root-to-shoot transport - compared with potato and tobacco and a higher tolerance to acidic pH. Regarding Se, this element was efficient in increasing root growth, improving photosynthetic performance, stimulating S/Se metabolism compounds, and significantly increasing the content of S, Mo, and Fe, drastically reduced by Cd stress. Our findings highlight the use of low Cd fertilizers to reduce soil contamination risks, as well as the relevance of soil management and mineral supplementation aiming optimize the growth and development of plants exposed to these elements.-
Descrição: dc.descriptionCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)-
Descrição: dc.descriptionConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)-
Descrição: dc.descriptionFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)-
Descrição: dc.descriptionO fósforo (P) é um dos elementos requeridos para o crescimento e desenvolvimento das plantas. Portanto, aportes adequados de P no solo são essenciais para a produção de alimentos. No entanto, rochas fosfáticas podem conter naturalmente diferentes níveis de elementos potencialmente tóxicos (EPTs), como arsênio (As), cádmio (Cd) e cromo (Cr). Dentre os três elementos selecionados, o Cd é o mais facilmente biodisponível para as plantas e, portanto, para a cadeia alimentar. Assim, este elemento tem se tornado um desafio para alcançar uma produção alimentar sustentável e segura a nível mundial, especialmente após a nova regulamentação da União Europeia que visa reduzir os limites de Cd em fertilizantes fosfatados (UE 2019/1009). O aumento do pH do solo é uma das estratégias eficazes reduzir a biodisponibilidade do Cd no solo, bem como a suplementação mineral com elementos antagonistas ao Cd, como o selênio (Se). Neste contexto, objetivou-se com este estudo teve determinar os teores semi totais de As, Cd e Cr em três fertilizantes fosfatados (MAP 1, MAP 2 e MAP 3) com teores contrastantes de EPTs. O estudo também investigou o acúmulo e os impactos desses elementos no solo e em culturas relevantes, conhecidas pela sua tolerância contrastante a estes metais(loid)es (batata, tabaco, arroz), cultivadas em solo tropical, com e sem calagem. Também foram investigados a interação Cd-Se e os ajustes metabólicos para minimizar os distúrbios fisiológicos da planta (Arabidopsis e alface) devido à absorção de Cd. Uma gama diversificada de técnicas sensíveis para determinação de oligoelementos foi usada para revelar o nível mais alto de Cd do MAP 3. O MAP 3 resultou nas maiores concentrações deste elemento na matriz e na solução do solo, bem como na parte aérea de plantas e na seiva do xilema das plantas de batata e tabaco, contrastando com os resultados para MAP 1. O alto teor de Cd no MAP 3 reduziu os níveis de Mn e Zn nas folhas das plantas de batata e tabaco e, ao mesmo tempo, induziu um aumento de enzimas antioxidantes e açúcares em plantas de arroz. A acidez no solo aumentou as concentrações de Cd no solo e nas plantas, diminuiu o crescimento das plantas, a produtividade e o teor de açúcares, e induziu ajustes metabólicos relacionados às enzimas antioxidantes e à prolina. Entre as culturas, o arroz apresentou menor translocação – transporte à longa distância - de Cd em comparação à batata e ao tabaco, e maior tolerância ao pH ácido. Em relação ao Se, este elemento foi eficiente em aumentar o crescimento radicular, melhorar o desempenho fotossintético, estimular compostos do metabolismo S/Se e aumentar significativamente o teor de S, Mo e Fe, drasticamente reduzido pelo estresse por Cd. Nossos resultados evidenciam o uso de fertilizantes com baixo teor de Cd para reduzir os riscos de contaminação do solo, assim como a importância do manejo do solo e suplementação mineral para otimizar o crescimento e desenvolvimento de plantas expostas a esses elementos.-
Descrição: dc.descriptionSociais-
Descrição: dc.descriptionTecnológico-
Descrição: dc.descriptionMeio ambiente-
Descrição: dc.descriptionTecnologia e produção-
Descrição: dc.descriptionODS 2: Fome zero e agricultura sustentável-
Descrição: dc.descriptionODS 12: Consumo e produção responsáveis-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languagept_BR-
Publicador: dc.publisherUniversidade Federal de Lavras-
Publicador: dc.publisherPrograma de Pós-graduação em Agronomia/Fisiologia Vegetal-
Publicador: dc.publisherUFLA-
Publicador: dc.publisherbrasil-
Publicador: dc.publisherDepartamento de Biologia-
Direitos: dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International-
Direitos: dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International-
Direitos: dc.rightsrestrictAccess-
Direitos: dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/-
Direitos: dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/-
Palavras-chave: dc.subjectCalagem-
Palavras-chave: dc.subjectFertilizantes fosfatados-
Palavras-chave: dc.subjectFitoquelatina-
Palavras-chave: dc.subjectNutrição vegetal-
Palavras-chave: dc.subjectSegurança alimentar-
Palavras-chave: dc.subjectSelênio-
Palavras-chave: dc.subjectFood safety-
Palavras-chave: dc.subjectLiming-
Palavras-chave: dc.subjectPhosphate fertilizers-
Palavras-chave: dc.subjectPhytochelatin-
Palavras-chave: dc.subjectPlant nutrition-
Palavras-chave: dc.subjectSelenium-
Palavras-chave: dc.subjectFisiologia Vegetal-
Título: dc.titlePotentially toxic elements from phosphate fertilizers to crops: mobilization and mitigation-
Título: dc.titleElementos potencialmente tóxicos de fertilizantes fosfatados para culturas: mobilização e mitigação-
Tipo de arquivo: dc.typetese-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras (RIUFLA)

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