Transformation of soil fertility under longterm irrigation with mineralised water

Abstract

Irrigation with saline water is a challenging yet necessary practice for maintaining sustainable crop production in arid and semi-arid regions, particularly under conditions of climate change and freshwater scarcity. Given the potentially harmful effects of saline water on soil properties, particularly fertility, the primary aim of this study was to determine the extent of impact effects on dark chestnut soils in southern Ukraine, resulting from continuous irrigation of croplands with mineralised water from the Inhulets irrigation system. The Inhulets irrigation water is characterised by a high sodium content (10.49–21.63 me/L), elevated levels of toxic ions (11.83–21.97 me/L), and a high total dissolved solids content (1489–2280 mg/L). The research was conducted between 2003 and 2018 in the Bilozerka District of the Kherson Region. Soil fertility was assessed using the following indicators: humus content and nitrogen, phosphorus, and potassium concentrations. Changes in soil traits were evaluated for statistical significance at P < 0.05 using the Mann-Kendall trend test and cumulative sums of change methods. The findings revealed a statistically significant trend towards a decline in soil humus content (-0.73%; Z-statistic: 2.0381). Conversely, slight but statistically insignificant increasing trends were observed in nitrogen, phosphorus, and potassium concentrations (+9, +2, and +65 mg/kg, respectively; Z-statistics: 0.6794, 0, and 0, respectively). Notably, positive changes were primarily observed after 2013, whereas the earlier period was predominantly characterised by declining soil fertility across all studied indicators. The study's outcomes hold significant practical value as they highlight the long-term effects of continuous irrigation with mineralised water on soil fertility. These findings provide crucial insights into land reclamation and agrochemical measures necessary to mitigate soil degradation and ensure sustainable agricultural practices in vulnerable agroecosystems.

Зрошення водами з високим вмістом солей є небезпечною необхідністю для сталого виробництва сільськогосподарських культур у посушливих та напівпосушливих регіонах в умовах зміни клімату та дефіциту прісної води. Враховуючи потенційний шкідливий вплив мінералізованих вод на стан ґрунтів, особливо на їх родючість, основною метою цього дослідження було встановити масштаби негативного впливу на темно-каштанові ґрунти Півдня України, який проявився внаслідок тривалого зрошення орних земель мінералізованою водою з Інгулецької зрошувальної системи. Інгулецька зрошувальна вода характеризується високим вмістом натрію (10,49–21,63 мг-екв./л), великою кількістю токсичних іонів (11,83–21,97 мг-екв./л) та високим загальним вмістом розчинних солей (1489–2280 мг/л). Дослідження проводили впродовж 2003–2018 років у Білозерському районі Херсонської області. Родючість ґрунту оцінювали за такими показниками: вміст гумусу, азоту, фосфору та калію. Достовірність змін ґрунтових ознак визначали при Р < 0,05 за допомогою тренд-тесту Манна-Кендалла та методу кумулятивних сум змін. В результаті було встановлено, що існує статистично значуща тенденція до зменшення вмісту гумусу в ґрунті (-0,73 %; Z-статистика 2,0381); в той же час, для азоту, фосфору та калію спостерігаються незначні, але достовірні тенденції до збільшення (+9, +2, +65 мг/кг відповідно; Z-статистика 0,6794, 0, і 0 відповідно). Варто зазначити, що основна позитивна динаміка припадає на період після 2013 року, оскільки попередній період характеризується переважно зниженням родючості ґрунтів за всіма досліджуваними показниками. Результати дослідження мають високу практичну цінність і важливість, оскільки окреслюють наслідки довготривалої трансформації родючості ґрунтів під впливом безперервного зрошення мінералізованою водою, надають цінну інформацію щодо меліоративних та агрохімічних заходів, які слід враховувати в таких умовах сільськогосподарського землекористування для запобігання деградації ґрунтів у вразливих агроекосистемах.