Effects of cadmium on the physiology of Solanum lycopersicum L. grown in alternative hydroponic media

Abstract

Cadmium (Cd) is one of the most toxic metals for the physiology of plants. Proper nutrient management through wastewater reuse can be an efficient strategy to mitigate its effects. In this research, the effects of cadmium were evaluated in the hydroponic cultivation of Solanum lycopersicum L. We conducted two experiments: one using mining wastewater with concentrations of 0, 5, 10, and 15 mg L^-1 of Cd²⁺ (Experiment 1) and another using deionized water with concentrations of 0, 2.5, 5, 10, and 15 mg L^-1 of Cd²⁺ (Experiment 2). Cadmium stress in plants reduced leaf area, chlorophyll content, and concentrations of potassium (K) and manganese (Mn), and increased concentrations of sulfur (S), phosphorus (P), iron (Fe), and copper (Cu). The employment of mining wastewater improved the plant’s response to Cd stress by reducing the translocation of Cd and increasing the contents of P, S, calcium (Ca) and magnesium (Mg) in leaves. At the same time, the use of deionized water decreased the contents of Cu in leaves. These nutrition-related effects influenced leaf area and chlorophyll content, as both indicators showed less impairment in the experiment with wastewater. These results provide additional value to the reuse of wastewater in agriculture.

Alternate abstract:

El cadmio (Cd) es uno de los metales más tóxicos para los procesos fisiológicos de las plantas. El manejo adecuado de nutrientes a través de la reutilización de las aguas residuales puede ser una estrategia eficiente para minimizar sus efectos. En el presente estudio se evaluaron estos efectos en el cultivo hidropónico de Solanum lycopersicum L. Se realizaron dos experimentos: uno con aguas residuales mineras y concentraciones de 0, 5, 10 y 15 mg L^-1 de Cd²⁺ (Experimento 1) y otro con agua desionizada y concentraciones de 0, 2.5, 5, 10 y 15 mg L^-1 de Cd²⁺ (Experimento 2). El estrés por Cd en plantas redujo el área foliar, el contenido de clorofila y las concentraciones de potasio (K) y manganeso (Mn) y aumentó las concentraciones de azufre (S), fosforo (P), hierro (Fe) y cobre (Cu). El uso de aguas residuales mineras mejoró la respuesta de las plantas al estrés por Cd al reducir su translocación y aumentar los contenidos de P, S, calcio (Ca) y magnesio (Mg) en las hojas. Al mismo tiempo, el uso de agua desionizada disminuyó el contenido de Cu en las hojas. Estos efectos relacionados con la nutrición influyeron en el área foliar y el contenido de clorofila, ya que ambos indicadores mostraron un menor deterioro en el experimento con aguas residuales. Estos resultados proporcionan un valor adicional a la reutilización de aguas residuales en la agricultura.