tese
Strategies to decrease arsenic and cadmium in rice grains by rice residue management and flooding
Registro en:
AMARAL, D. C. Strategies to decrease arsenic and cadmium in rice grains by rice residue management and flooding. 2017. 107 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2017.
Autor
Amaral, Douglas Carvalho
Institución
Resumen
Rice (Oryza sativa L.), a staple food for half of the world’s human
population, is a potential source of arsenic (As) and cadmium (Cd). Elevated As
and Cd levels in soil and/or irrigation water can affect growth and development
of plants, decreasing rice yield and quality. Moreover, contaminated rice grain
may threaten human health worldwide. It is therefore imperative to investigate
the effects of different strategies to develop new techniques for minimizing the
risk for As and Cd transfer into rice grains. Water management has been
introduced to decrease As and Cd accumulation in rice grains. However, As and
Cd have opposite responses to water management and may still accumulate in
rice grains. In contrast, Si management techniques may prove to be highly
effective in combating the problem of excessive accumulation of As and Cd in
rice grains. Therefore, additional investigations are needed to develop simple
and cost-effective methods to decrease As and Cd in rice grains. In this study
two experiments were conducted where we (1) developed a technique to sample
and concentrate intact Fe plaque minerals to understand the impact of increasing
solution-phase Si on the quantity and mineral composition of Fe plaque and
controls on shoot transfer of As, and (2) investigated the effects of different
water management strategies on As and Cd uptake by rice in well-weathered soil
amended with Si-rich rice residues compared to non-amended controls. In the
first study, the technique reported was effective at concentrating As-bearing Fe
plaque from root systems. Our data indicate that strategies that promote more Fe
and As in plaque may still transfer As to shoots but strategies that promote more
Si in plaque decrease both shoot As and grain As. In the second experiment, our
data indicate that utilizing Si-rich rice amendments is a promising strategy to
decrease heavy metals contamination in rice under different water managements
without negatively affecting rice yield, and grain Zn or Fe. We suggest that soilincorporation of fresh husk (FH) and rice husk ash (RHA) may be a promising
strategy depending on the choice of amendment in view of the fact that the
amendments had different behavior over different conditions. Further research is
needed to evaluate the residual effects of the amendments as well to confirm both risks and benefits for different management strategies. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O arroz (Oryza sativa L.), alimento básico para a metade da população
mundial, é uma fonte potencial de arsênio (As) e cádmio (Cd). Elevados teores
de As e Cd no solo e/ou água de irrigação podem afetar o crescimento e
desenvolvimento, assim como decrescer a produção e qualidade do arroz. Em
adição, o arroz contaminado com As e Cd pode afetar diretamente a saúde
humana. Portanto se faz necessário desenvolver diferentes estratégias para
minimizar o risco de acúmulo de As e Cd em grãos de arroz. Diferentes técnicas
e manejos de irrigação tem sido introduzidas para decrescer o acúmulo de As e
Cd em grãos de arroz. No entanto, As e Cd tem respostas opostas aos diferentes
manejos de irrigação e podem ainda se acumular nos grãos. Em contraste,
técnicas que visam o manejo do silício (Si) podem ser altamente efetivas em
combater o problema de acúmulo excessivo de As e Cd nos grãos de arroz.
Assim, investigações adicionais são necessárias para desenvolver técnicas
simples e economicamente viáveis para decrescer o acúmulo de As e Cd em
grãos de arroz. No presente estudo, dois experimentos foram conduzidos onde
nós (1) desenvolvemos uma técnica para amostrar e concentrar minerais
presentes nas placas de ferro formadas nas raízes de arroz para entender o
impacto da aplicação de Si na quantidade e composição mineralógica destas
placas e seu efeito na tranferência de As para a parte aérea das plantas de arroz, e
(2) investigamos os efeitos de diferentes estratégias de irrigação na absorção de
As e Cd por plantas de arroz em solo altamente intemperizado utilizando como
amenizantes resíduos de arroz ricos em Si. No primeiro experimento, a técnica
desenvolvida foi efetiva em concentrar placas de ferro das raízes de arroz. Os
resultados mostram que estratégias que promovem mais Fe e As nas placas ainda
podem transferir As para a parte aérea e acumular nos grãos de arroz, mas
estratégias que promovam mais Si nas placas podem decrescer o acúmulo de As
tanto na parte aérea quanto em grãos de arroz. No segundo experimento, nossos
resultados indicam que a utilização de resíduos ricos em Si é uma técnica
promissora para decreascer o acúmulo de As e Cd em grãos de arroz sob
diferentes manejos de irrigação sem afetar negativamente a produção e os teores
de Zn e Fe nos grãos de arroz. Nós sugerimos que a incorporação de casca de
arroz (FH) e cinzas da casca de arroz (RHA) podem ser estratégias promissoras
dependendo da escolha do amenizante sendo que os resíduos tiveram diferentes
efeitos em difentes condições de manejo. Pesquisas adicionais são necessárias
para avaliar o efeito residual dos amenizantes assim como confirmar ambos os
riscos e benefícios de diferentes técnicas de manejo na produção de arroz.