Soil contamination with heavy metals has become a global concern because of its adverse effects on ecosystem health and food security. Soil amendments including biochar can reduce the bioavailability of heavy metals in contaminated soils and reduce their risk of entering the food chain. A pot experiment was conducted to investigate the effects of biochars derived from bamboo and rice straw on bioavailability and plant growth in a sandy loam paddy soil naturally co-contaminated with Cd, Cu, Pb and Zn. The soil was moderately acidic (pH = 5.7) and low in organic carbon content (8.7 g kg−1). Bamboo and rice straw biochars, pyrolyzed at temperatures ≥ 500 °C and with two mesh sizes (< 0.25 mm and < 1 mm), were applied at three rates (0, 1% and 5%, w/w). A metal-tolerant plant, Sedum plumbizincicola X. H. Guo et S. B. Zhou sp. nov. was used in the plant growth experiment to examine the bioavailability of these metals. The addition of biochars to soil significantly (p < 0.05) increased the above-ground biomass of S. plumbizincicola. By the end of the experiment, soils amended with biochar had pH values significantly (p < 0.05) higher, this effect being more accentuated at the high biochar dose and small particle size. The solubility of Cd, Cu, Pb, and Zn as measured by Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) was significantly lower (p < 0.05) in the biochar-amended soils than in the control soil. This was paralleled by significant reductions in Cd, Cu, Pb and Zn accumulated in the above-plant biomass of amended soils. Rice straw biochar reduced the concentration of Cu and Pb in the shoots by 46 and 71%, while bamboo biochar reduced concentration of Cd in the shoot by 49%. Finer biochar was more effective on reducing the concentrations of Zn in shoot than the coarse ones, while particle size had no effect on the concentrations of Cd, Cu and Pb in the shoot of S. plumbizincicola. In conclusion, the influence of biochar on heavy metal bioavailability varied not only with the feedstock and application rate of biochars, but also with the metal species. Therefore, biochar should be carefully designed to maximize the reduction of the bioavailability of a given heavy metal in soil.

Selecting and breeding rice cultivars that enable strong cadmium (Cd) accumulation in rice straw but low accumulation in brown rice is a promising way to achieve Cd phytoremediation as well as to ensure the food safety of rice. Herein, we isolated a gene OsWNK9 from the quantitative trait locus associated with reducing Cd translocation from rice straw to brown rice and decreasing the Cd concentration in brown rice (BRCdC). Continuous strong expression of OsWNK9 was observed in nodes and internode and was induced after Cd supply. OsWNK9 was localized in the rice cell nucleus and participated in the regulation of Cd transport in yeast. Two independent oswnk9 rice mutants were generated via CRISPR/Cas9 gene-editing and showed significantly higher BRCdC than that of the wild type (WT). The BRCdC of knockout oswnk9 mutants was 0.227 mg kg

In situ immobilization is a widely used measure for passivating Cd-contaminated soils. Amendments need to be continuously applied to achieve stable remediation effects. However, few studies have evaluated the impact of consecutive application of amendments on soil health and the microecological environment. A field experiment was conducted in a Cd-contaminated paddy (available Cd concentration 0.40 mg kg-1) on the Chengdu Plain to investigate the changes in soil Cd availability and response characteristics of soil bacterial communities after consecutive application of rice straw biochar (SW), fly ash (FM) and marble powder (YH) amendments from 2018 to 2020. Compared with control treatment without amendments (CK), soil pH increased by 0.6, 0.5 and 1.5 under SW, FM and YH amendments, respectively, and the soil available Cd concentration decreased by 10.71%, 21.42% and 25.00%, respectively. The Cd concentration in rice grain was less than 0.2 mg kg-1 under YH amendment, which was within the Chinese Contaminant Limit in Food of National Food Safety Standards (GB2762-2022) in the second and third years. The three amendments had different effects on the transformation of Cd fractions in soil, which may be relevant to the specific bacterial communities shaped under different treatments. The proportion of Fe-Mn oxide-bound fraction Cd (OX-Cd) increased by 11% under YH treatment, which may be due to the promotion of Fe(III) and Cd binding by some enriched iron-oxidizing bacteria, such as Lysobacter, uncultured_Pelobacter sp. and Sulfurifusis. Candidatus_Tenderia and Sideroxydans were enriched under SW and FM amendments, respectively, and were likely beneficial for reducing Cd availability in soil through Cd immobilization. These results revealed the significance of the bacterial community in soil Cd immobilization after consecutive application of amendments and highlighted the potential of applying YH amendment to ensure the safe production of rice in Cd-contaminated soil.