Published September 8, 2022 | Version v1
Publication Open

Influence of biochar and microorganism co-application on stabilization of cadmium (Cd) and improved maize growth in Cd-contaminated soil

Creators

  • 1. Gansu Agricultural University
  • 2. Sultan Qaboos University
  • 3. University of Agriculture Faisalabad
  • 4. The University of Agriculture, Peshawar
  • 5. Fujian Agriculture and Forestry University
  • 6. Brno University of Technology
  • 7. Charles University
  • 8. Mendel University in Brno

Description

Cadmium (Cd) is one the leading environmental contaminants. The Cd toxicity and its potential stabilization strategies have been investigated in the recent years. However, the combined effects of biochar and microorganisms on the adsorption of Cd and maize plant physiology, still remained unclear. Therefore, this experiment was conducted to evaluate the combined effects of biochar (BC) pyrolyzed from (maize-straw, cow-manure, and poultry-manure, and microorganisms [Trichoderma harzianum (fungus) and Bacillus subtilis (bacteria)], on plant nutrient uptake under various Cd-stress levels (0, 10, and 30 ppm). The highest level of Cd stress (30 ppm) caused the highest reduction in maize plant biomass, intercellular CO2, transpiration rate, water use efficiency, stomatal conductance, and photosynthesis rate as compared to control Cd0 (0 ppm). The sole application of BC and microorganisms significantly improved plant growth, intercellular CO2, transpiration rate, water use efficiency, stomatal conductance, and photosynthesis rate and caused a significant reduction in root and shoot Cd. However, the co-application of BC and microorganisms was more effective than the sole applications. In this regard, the highest improvement in plant growth and carbon assimilation, and highest reduction in root and shoot Cd was recorded from co-application of cow-manure and combined inoculation of Trichoderma harzianum (fungus) + Bacillus subtilis (bacteria) under Cd stress. However, due to the aging factor and biochar leaching alkalinity, the effectiveness of biochar in removing Cd may diminish over time, necessitating long-term experiments to improve understanding of biochar and microbial efficiency for specific bioremediation aims.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الكادميوم (Cd) هو أحد الملوثات البيئية الرئيسية. تم التحقيق في سمية القرص المضغوط واستراتيجيات التثبيت المحتملة في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، فإن الآثار المشتركة للفحم الحيوي والكائنات الحية الدقيقة على امتزاز فسيولوجيا نبات الكادميوم والذرة، لا تزال غير واضحة. لذلك، أجريت هذه التجربة لتقييم الآثار المشتركة للفحم الحيوي (BC) المتحلل حراريًا من (قش الذرة، سماد الأبقار، وسماد الدواجن، والكائنات الحية الدقيقة [Trichoderma harzianum (الفطريات) و Bacillus subtilis (البكتيريا)]، على امتصاص المغذيات النباتية تحت مستويات إجهاد Cd مختلفة (0، 10، و 30 جزء في المليون). تسبب أعلى مستوى من إجهاد القرص المضغوط (30 جزء في المليون) في أعلى انخفاض في الكتلة الحيوية لنبات الذرة، وثاني أكسيد الكربون بين الخلايا، ومعدل النتح، وكفاءة استخدام المياه، والتوصيل الفموي، ومعدل التمثيل الضوئي مقارنة بالتحكم في Cd0 (0 جزء في المليون). أدى التطبيق الوحيد لـ BC والكائنات الحية الدقيقة إلى تحسين نمو النبات بشكل كبير، وثاني أكسيد الكربون بين الخلايا، ومعدل النتح، وكفاءة استخدام المياه، والتوصيل الفموي، ومعدل التمثيل الضوئي وتسبب في انخفاض كبير في الجذر واطلاق النار Cd. ومع ذلك، كان التطبيق المشترك لـ BC والكائنات الحية الدقيقة أكثر فعالية من التطبيقات الوحيدة. في هذا الصدد، تم تسجيل أعلى تحسن في نمو النبات واستيعاب الكربون، وأعلى انخفاض في الجذر وإطلاق النار Cd من التطبيق المشترك لسماد البقر والتلقيح المشترك لـ Trichoderma harzianum (الفطريات) + Bacillus subtilis (البكتيريا) تحت ضغط Cd. ومع ذلك، نظرًا لعامل الشيخوخة وقلوية ترشيح الفحم الحيوي، قد تتضاءل فعالية الفحم الحيوي في إزالة القرص المضغوط بمرور الوقت، مما يتطلب تجارب طويلة الأجل لتحسين فهم الفحم الحيوي والكفاءة الميكروبية لأهداف محددة للمعالجة الحيوية.

Translated Description (French)

Le cadmium (Cd) est l'un des principaux contaminants environnementaux. La toxicité du Cd et ses stratégies potentielles de stabilisation ont été étudiées au cours des dernières années. Cependant, les effets combinés du biochar et des micro-organismes sur l'adsorption du Cd et la physiologie des plantes de maïs n'étaient toujours pas clairs. Par conséquent, cette expérience a été menée pour évaluer les effets combinés du biochar (BC) pyrolysé à partir de la paille de maïs, du fumier de vache et du fumier de volaille, et des micro-organismes [Trichoderma harzianum (champignon) et Bacillus subtilis (bactéries)], sur l'absorption des nutriments végétaux sous divers niveaux de stress Cd (0, 10 et 30 ppm). Le niveau le plus élevé de stress lié au Cd (30 ppm) a entraîné la réduction la plus élevée de la biomasse des plants de maïs, du CO2 intercellulaire, du taux de transpiration, de l'efficacité de l'utilisation de l'eau, de la conductance stomatique et du taux de photosynthèse par rapport au Cd0 témoin (0 ppm). La seule application de BC et de micro-organismes a considérablement amélioré la croissance des plantes, le CO2 intercellulaire, le taux de transpiration, l'efficacité de l'utilisation de l'eau, la conductance stomatique et le taux de photosynthèse et a entraîné une réduction significative du Cd des racines et des pousses. Cependant, la co-application de BC et de micro-organismes s'est avérée plus efficace que les seules applications. À cet égard, la plus forte amélioration de la croissance des plantes et de l'assimilation du carbone, et la plus forte réduction du Cd des racines et des pousses ont été enregistrées à partir de la co-application de fumier de vache et de l'inoculation combinée de Trichoderma harzianum (champignon) + Bacillus subtilis (bactéries) sous stress de Cd. Cependant, en raison du facteur de vieillissement et de l'alcalinité de lixiviation du biochar, l'efficacité du biochar dans l'élimination du Cd peut diminuer avec le temps, ce qui nécessite des expériences à long terme pour améliorer la compréhension du biochar et de l'efficacité microbienne à des fins de biorestauration spécifiques.

Translated Description (Spanish)

El cadmio (Cd) es uno de los principales contaminantes ambientales. La toxicidad del Cd y sus posibles estrategias de estabilización se han investigado en los últimos años. Sin embargo, los efectos combinados del biochar y los microorganismos en la adsorción de Cd y la fisiología de las plantas de maíz aún no estaban claros. Por lo tanto, este experimento se realizó para evaluar los efectos combinados del biochar (BC) pirolizado de (paja de maíz, estiércol de vaca y estiércol de aves de corral, y microorganismos [Trichoderma harzianum (hongo) y Bacillus subtilis (bacteria)], sobre la absorción de nutrientes de las plantas bajo varios niveles de estrés por Cd (0, 10 y 30 ppm). El nivel más alto de estrés por Cd (30 ppm) causó la mayor reducción en la biomasa de la planta de maíz, el CO2 intercelular, la tasa de transpiración, la eficiencia en el uso del agua, la conductancia estomática y la tasa de fotosíntesis en comparación con el Cd0 de control (0 ppm). La única aplicación de BC y microorganismos mejoró significativamente el crecimiento de las plantas, el CO2 intercelular, la tasa de transpiración, la eficiencia del uso del agua, la conductancia estomática y la tasa de fotosíntesis y causó una reducción significativa en el Cd de la raíz y el brote. Sin embargo, la aplicación conjunta de BC y microorganismos fue más efectiva que las aplicaciones únicas. En este sentido, la mayor mejora en el crecimiento de las plantas y la asimilación de carbono, y la mayor reducción en Cd de raíces y brotes se registró a partir de la aplicación conjunta de estiércol de vaca y la inoculación combinada de Trichoderma harzianum (hongo) + Bacillus subtilis (bacteria) bajo estrés por Cd. Sin embargo, debido al factor de envejecimiento y la alcalinidad de lixiviación del biochar, la eficacia del biochar para eliminar el Cd puede disminuir con el tiempo, lo que requiere experimentos a largo plazo para mejorar la comprensión del biochar y la eficiencia microbiana para objetivos específicos de biorremediación.

Files

pdf.pdf

Files (3.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:61110867127bab9da59b23d2fc950150
3.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تأثير التطبيق المشترك للفحم الحيوي والكائنات الحية الدقيقة على استقرار الكادميوم (Cd) وتحسين نمو الذرة في التربة الملوثة بالكادميوم
Translated title (French)
Influence de la co-application du biochar et des micro-organismes sur la stabilisation du cadmium (Cd) et l'amélioration de la croissance du maïs dans les sols contaminés par le Cd
Translated title (Spanish)
Influencia de la aplicación conjunta de biochar y microorganismos en la estabilización del cadmio (Cd) y la mejora del crecimiento del maíz en suelos contaminados con Cd

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4296107218
DOI
10.3389/fpls.2022.983830

Is supplement to
https://openalex.org/W4312311831 (Other)
https://openalex.org/W2904543189 (Other)
https://openalex.org/W2802775126 (Other)
https://openalex.org/W2507777765 (Other)
https://openalex.org/W2369234026 (Other)
https://openalex.org/W2354431528 (Other)
https://openalex.org/W2352340891 (Other)
https://openalex.org/W2104823949 (Other)
https://openalex.org/W2006383267 (Other)
https://openalex.org/W1743194206 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1066133328
  • https://openalex.org/W1468638071
  • https://openalex.org/W1573518848
  • https://openalex.org/W1739582900
  • https://openalex.org/W191793640
  • https://openalex.org/W1979048845
  • https://openalex.org/W1984161447
  • https://openalex.org/W2027689285
  • https://openalex.org/W2031720269
  • https://openalex.org/W2053511457
  • https://openalex.org/W2078302556
  • https://openalex.org/W2136053273
  • https://openalex.org/W2143925304
  • https://openalex.org/W2178283502
  • https://openalex.org/W2338595047
  • https://openalex.org/W2399436885
  • https://openalex.org/W2496086229
  • https://openalex.org/W2510593432
  • https://openalex.org/W2548465942
  • https://openalex.org/W2559962428
  • https://openalex.org/W2607458463
  • https://openalex.org/W2753705152
  • https://openalex.org/W2769801323
  • https://openalex.org/W2770052950
  • https://openalex.org/W2777277863
  • https://openalex.org/W2810194351
  • https://openalex.org/W2889110462
  • https://openalex.org/W2891809707
  • https://openalex.org/W2898416261
  • https://openalex.org/W2901474063
  • https://openalex.org/W2907020084
  • https://openalex.org/W2915035502
  • https://openalex.org/W2971116496
  • https://openalex.org/W2976883575
  • https://openalex.org/W3004103484
  • https://openalex.org/W3038574306
  • https://openalex.org/W3040802518
  • https://openalex.org/W3084289853
  • https://openalex.org/W3111347511
  • https://openalex.org/W3137729530
  • https://openalex.org/W3155426934
  • https://openalex.org/W3166908662
  • https://openalex.org/W4200178834
  • https://openalex.org/W4200258048
  • https://openalex.org/W4200339372
  • https://openalex.org/W4205150102
  • https://openalex.org/W4213258422
  • https://openalex.org/W4220985060
  • https://openalex.org/W4255590884
  • https://openalex.org/W810541191