The influence of phosphogypsum on the salt composition of salinated soil

Abstract

Global climate changes in many countries of the world lead to the need to use irrigation as a driving factor for obtaining guaranteed and stable harvests of agricultural crops. Irrigation with water of different quality leads not only to an increase in the yield, but also to a change in the salt composition of the soil. The change in the salt composition of soils occurs much faster during irrigation with mineralized water, which leads to the accumulation of soluble salts in the arable layer of the soil and the deterioration of the composition of the soil absorption complex. Accumulation of sodium ions leads to salinization of irrigated soils. It is possible to stop or suspend the salinization processes by introducing chemical melioration with calcium-containing meliorants. As an ameliorant in this work, the use of a by-product of the mineral fertilizers production – phosphogypsum, which contains a significant amount of calcium (up to 95%), replacing exchangeable sodium in the soil absorption complex is proposed. Our researches are related to the establishment of optimal calculation norms and terms of phosphogypsum application, their influence on the change in the components of the soil’s saline extract. The research was conducted on soils that had been irrigated with mineralized water from the Samara River (Ukraine) for a long time (over 50 years). According to the amount of exchangeable sodium, the soils of the experimental sites belonged to low-sodium soils with physical signs of salinization processes, and according to the content of toxic salts-moderately saline. For phosphogypsum in the soil-ameliorative conditions of the Northern Steppe of Ukraine, the ameliorative, agronomic, and ecologically safe rates of introduction in spring and autumn were calculated. The scheme of experiments provided options with sprinkler irrigation and without irrigation. The composition of the aqueous extract was determined by indicators of anion-cation content. During the research, a gradual decrease in the number of sulfates was observed: by 1.5% in the second year after exposure, and by 7.5% in the third year after exposure to phosphogypsum. The number of hydrocarbons decreased in irrigated areas where phosphogypsum was applied, and an increase in their content was observed in areas where irrigation was not carried out. Irrigation options were characterized by a significant increase in the content of chlorine ions, which is explained by the arrival of these ions exclusively with irrigation water. The degree of salinity was determined by pH and sodium adsorption ratio (SAR). Based on these indicators, it was established that the soils are slightly saline in all variants of the experiments. As a result of multi-year research, a positive effect of phosphogypsum melioration on the anion-cation composition of water extract and the degree of soils salinity irrigated with mineralized water for a long time was noted. According to the anionic composition, the chemistry of the soils in the experimental plots was sulfate in the variants where phosphogypsum was applied and vegetation irrigation was carried out and without irrigation, while in the control plots (without phosphogypsum and without irrigation) soda-sulfate chemistry was characterized. The chemistry of the soils in the experimental areas according to the cationic composition was sodium in all versions of the experiments. According to the sodium-adsorption ratio (SAR), the degree of soil salinization belonged to the slightly saline type, while the average type of salinity remained in the control plots without phosphogypsum. Глобальні зміни клімату в багатьох країнах світу призводять до необхідності використання зрошення як рушійного фактора для отримання гарантованих і стабільних врожаїв сільськогосподарських культур. Полив водою різної якості призводить не тільки до підвищення врожайності, а й до зміни сольового складу ґрунту. Значно швидше відбувається зміна сольового складу ґрунтів при зрошенні мінералізованою водою, що призводить до накопичення розчинних солей в орному шарі ґрунту та погіршення складу ґрунтового вбирного комплексу. Накопичення іонів натрію призводить до засолення зрошуваних ґрунтів. Зупинити або призупинити процеси засолення можна введенням хімічної меліорації кальцієвмісними меліорантами. Як меліорант у цій роботі, запропоновано використання побічного продукту виробництва мінеральних добрив – фосфогіпсу, який містить значну кількість кальцію (до 95%), замінюючи обмінний натрій у ґрунтовому комплексі поглинання. Наші дослідження пов’язані зі встановленням оптимальних розрахункових норм і строків внесення фосфогіпсу, їх впливу на зміну компонентів ґрунтової сольової витяжки. Дослідження проводились на ґрунтах, які тривалий час (понад 50 років) зрошувалися мінералізованою водою р. Самара (Україна). За кількістю обмінного натрію ґрунти дослідних ділянок належали до малонатрієвих із фізичними ознаками процесів засолення, а за вмістом токсичних солей – до середньозасолених. Для фосфогіпсу в ґрунтово-меліоративних умовах Північного Степу України розраховано меліоративні, агрономічні та екологічно безпечні норми внесення навесні та восени. Схема дослідів передбачала варіанти з дощувальним зрошенням і без зрошення. Склад водної витяжки визначали за показниками вмісту аніонів-катіонів. Під час досліджень спостерігалося поступове зменшення кількості сульфатів: на 1,5 % на другий рік після експозиції та на 7,5 % на третій рік після експозиції фосфогіпсу. На зрошуваних площах, де вносився фосфогіпс, кількість вуглеводнів зменшувалася, а на ділянках, де зрошення не проводилось, спостерігалося підвищення їх вмісту. Варіанти зрошення характеризувались значним збільшенням вмісту іонів хлору, що пояснюється надходженням цих іонів виключно з поливною водою. Ступінь солоності визначали за рН і коефіцієнтом адсорбції натрію (SAR). За цими показниками встановлено, що у всіх варіантах дослідів ґрунти слабозасолені. У результаті багаторічних досліджень відзначено позитивний вплив фосфогіпсової меліорації на аніонно-катіонний склад водної витяжки та ступінь засолення ґрунтів, що зрошуються мінералізованою водою протягом тривалого часу. За аніонним складом хімічний склад ґрунтів дослідних ділянок у варіантах із внесенням фосфогіпсу та вегетаційним поливом та без зрошення був сульфатним, а на контрольних ділянках (без фосфогіпсу та без зрошення) – содово-сульфатним. було охарактеризовано. Ступінь солоності визначали за рН і коефіцієнтом адсорбції натрію (SAR). За цими показниками встановлено, що у всіх варіантах дослідів ґрунти слабозасолені. У результаті багаторічних досліджень відзначено позитивний вплив фосфогіпсової меліорації на аніонно-катіонний склад водної витяжки та ступінь засолення ґрунтів, що зрошуються мінералізованою водою протягом тривалого часу. За аніонним складом хімічний склад ґрунтів дослідних ділянок у варіантах із внесенням фосфогіпсу та вегетаційним поливом та без зрошення був сульфатним, а на контрольних ділянках (без фосфогіпсу та без зрошення) – содово-сульфатним. було охарактеризовано. Ступінь солоності визначали за рН і коефіцієнтом адсорбції натрію (SAR). За цими показниками встановлено, що у всіх варіантах дослідів ґрунти слабозасолені. У результаті багаторічних досліджень відзначено позитивний вплив фосфогіпсової меліорації на аніонно-катіонний склад водної витяжки та ступінь засолення ґрунтів, що зрошуються мінералізованою водою протягом тривалого часу. За аніонним складом хімічний склад ґрунтів на дослідних ділянках у варіантах із внесенням фосфогіпсу та вегетаційним поливом та без зрошення був сульфатним, а на контрольних ділянках (без фосфогіпсу та без зрошення) – содово-сульфатним. було охарактеризовано. встановлено, що у всіх варіантах дослідів ґрунти слабозасолені. У результаті багаторічних досліджень відзначено позитивний вплив фосфогіпсової меліорації на аніонно-катіонний склад водної витяжки та ступінь засолення ґрунтів, що зрошуються мінералізованою водою протягом тривалого часу. За аніонним складом хімічний склад ґрунтів на дослідних ділянках у варіантах із внесенням фосфогіпсу та вегетаційним поливом та без зрошення був сульфатним, а на контрольних ділянках (без фосфогіпсу та без зрошення) – содово-сульфатним. було охарактеризовано. встановлено, що у всіх варіантах дослідів ґрунти слабозасолені. У результаті багаторічних досліджень відзначено позитивний вплив фосфогіпсової меліорації на аніонно-катіонний склад водної витяжки та ступінь засолення ґрунтів, що зрошуються мінералізованою водою протягом тривалого часу. За аніонним складом хімічний склад ґрунтів на дослідних ділянках у варіантах із внесенням фосфогіпсу та вегетаційним поливом та без зрошення був сульфатним, а на контрольних ділянках (без фосфогіпсу та без зрошення) – содово-сульфатним. було охарактеризовано. відзначено позитивний вплив фосфогіпсової меліорації на аніонно-катіонний склад водної витяжки та ступінь засолення ґрунтів, зрошуваних тривалий час мінералізованою водою. За аніонним складом хімічний склад ґрунтів на дослідних ділянках у варіантах із внесенням фосфогіпсу та вегетаційним поливом та без зрошення був сульфатним, а на контрольних ділянках (без фосфогіпсу та без зрошення) – содово-сульфатним. було охарактеризовано. відзначено позитивний вплив фосфогіпсової меліорації на аніонно-катіонний склад водної витяжки та ступінь засолення ґрунтів, зрошуваних тривалий час мінералізованою водою. За аніонним складом хімічний склад ґрунтів дослідних ділянок у варіантах із внесенням фосфогіпсу та вегетаційним поливом та без зрошення був сульфатним, а на контрольних ділянках (без фосфогіпсу та без зрошення) – содово-сульфатним. було охарактеризовано. Хімічний склад ґрунтів дослідних ділянок за катіонним складом був натрієвим у всіх варіантах дослідів. За натрій-адсорбційним коефіцієнтом (SAR) ступінь засолення ґрунту належав до слабозасоленого типу, тоді як на контрольних ділянках без фосфогіпсу залишався середній тип засолення.