Published July 21, 2023 | Version v1
Publication Open

Rationalizing mineral gypsum use through microbially enriched municipal solid waste compost for amelioration and regaining productivity potential of degraded alkali soils

Creators

  • 1. Central Soil Salinity Research Institute

Description

Reclamation of alkali soils to harness their productivity potential is more complex due to the presence of excess sodium ions, poor hydraulic conductivity and infiltration rate, resulting in poor plant growth and crop productivity. Sodic soil reclamation using inorganic ameliorants like mineral gypsum or phosphogypsum is beyond the reach of small and marginal farmers having alkali soils because of their higher market prices and shortage of availability. Conjoint use of inorganic and organic amendments can be a pragmatic solution for improving soil physico-chemical and biological properties and sustaining crop productivity. Municipal solid waste compost (MSWC) available in abundant quantity if enriched with the efficient halophilic microbial consortium and used in conjunction with a reduced dose of gypsum can be a cost-effective approach for sustainable reclamation of alkali soils and harnessing their productivity potential. Hence, a field experiment was conducted on a high alkali soil (pH2 9.2 ± 0.10), electrical conductivity (EC) 1.14 ± 0.12 dS m-1, exchangeable sodium percentage 48 ± 2.50 and organic carbon (0.30%) was conducted during 2018-19 to 2020-21 to study the combined effect inorganic and organic (enriched municipal solid waste compost (EMSWC)) amendments on amelioration of alkali soils and sustaining productivity of rice-wheat cropping system. Application of gypsum @ 25% GR + enriched MSW compost @ 10 t ha-1 (T6) showed significant improvement in soil physico-chemical and biological properties over the sole application of organic (T3 and T4), inorganic (T2) and control (T1). A significant improvement in soil fertility status in terms of available nitrogen and micronutrients as well as CO3, HCO3, Cl, Ca and Mg content were recorded with the combined application of organic and inorganic soil amendments (T5 and T6) over the sole application of mineral gypsum. Soil microbial biomass carbon (MBC), nitrogen (MBN) and phosphorus (MBP) improved significantly due to the application of EMSWC with gypsum over the application of gypsum only. Grain yield of rice and wheat increased significantly (P < 0.05) owing to the application of a reduced dose of gypsum (25% GR) and EMSWC @ 10 t ha-1 (T6) with values of 5.55 and 3.83 t ha-1, respectively over rest of the treatments. Three years economic analysis of the study revealed that treatments T6 and T5 gave the highest positive net return whereas it was lowest in treatment T1 and negative in treatment T2. The highest benefit-to-cost ratio (B:C) was obtained in treatments T6 and T5 which were significantly higher compared to the rest of the treatments.

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

Translated Description (Arabic)

يعد استصلاح التربة القلوية لتسخير إمكاناتها الإنتاجية أكثر تعقيدًا بسبب وجود أيونات الصوديوم الزائدة، وضعف الموصلية الهيدروليكية ومعدل التسرب، مما يؤدي إلى ضعف نمو النبات وإنتاجية المحاصيل. إن استصلاح التربة الغازية باستخدام محسنات غير عضوية مثل الجبس المعدني أو الفوسفوجيبسوم هو أمر بعيد المنال بالنسبة للمزارعين الصغار والهامشيين الذين لديهم تربة قلوية بسبب ارتفاع أسعارها في السوق ونقص توافرها. يمكن أن يكون الاستخدام المشترك للتعديلات غير العضوية والعضوية حلاً عمليًا لتحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للتربة والحفاظ على إنتاجية المحاصيل. يمكن أن يكون سماد النفايات الصلبة البلدية (MSWC) المتاح بكميات وفيرة إذا تم إثراؤه بكونسورتيوم الميكروبات الهالوفيلية الفعال واستخدامه جنبًا إلى جنب مع جرعة مخفضة من الجبس نهجًا فعالًا من حيث التكلفة للاستصلاح المستدام للتربة القلوية وتسخير إمكاناتها الإنتاجية. وبالتالي، أجريت تجربة ميدانية على تربة قلوية عالية (pH2 9.2 ± 0.10)، والموصلية الكهربائية (EC) 1.14 ± 0.12 dS m -1، ونسبة الصوديوم القابلة للتبديل 48 ± 2.50 والكربون العضوي (0.30 ٪) خلال 2018-19 إلى 2020-21 لدراسة تعديلات التأثير المشترك غير العضوي والعضوي (سماد النفايات الصلبة البلدية المخصب (EMSWC)) على تحسين التربة القلوية والحفاظ على إنتاجية نظام زراعة الأرز والقمح. أظهر استخدام الجبس @ 25 ٪ GR + سماد النفايات الصلبة البلدية المخصب @ 10 طن هكتار -1 (T6) تحسنًا كبيرًا في الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للتربة على التطبيق الوحيد للعضوية (T3 و T4) وغير العضوية (T2) والتحكم (T1). تم تسجيل تحسن كبير في حالة خصوبة التربة من حيث النيتروجين والمغذيات الدقيقة المتاحة وكذلك محتوى CO3 و HCO3 و Cl و Ca و Mg مع التطبيق المشترك لتعديلات التربة العضوية وغير العضوية (T5 و T6) على التطبيق الوحيد للجبس المعدني. تحسن كربون الكتلة الحيوية الميكروبية للتربة (MBC) والنيتروجين (MBN) والفوسفور (MBP) بشكل كبير بسبب تطبيق EMSWC مع الجبس على تطبيق الجبس فقط. زاد إنتاج الحبوب من الأرز والقمح بشكل كبير (P < 0.05) بسبب تطبيق جرعة مخفضة من الجبس (25 ٪ GR) و EMSWC @ 10 طن هكتار -1 (T6) بقيمة 5.55 و 3.83 طن هكتار -1، على التوالي على بقية العلاجات. كشف التحليل الاقتصادي للدراسة لمدة ثلاث سنوات أن المعالجات T6 و T5 أعطت أعلى عائد صاف إيجابي في حين أنها كانت الأدنى في العلاج T1 والسلبية في العلاج T2. تم الحصول على أعلى نسبة فائدة إلى التكلفة (B:C) في العلاجات T6 و T5 التي كانت أعلى بكثير مقارنة ببقية العلاجات.

Translated Description (French)

La récupération des sols alcalins pour exploiter leur potentiel de productivité est plus complexe en raison de la présence d'ions sodium en excès, d'une faible conductivité hydraulique et d'un faible taux d'infiltration, ce qui entraîne une faible croissance des plantes et une faible productivité des cultures. La récupération des sols sodiques à l'aide d'améliorants inorganiques comme le gypse minéral ou le phosphogypse est hors de portée des petits agriculteurs marginaux ayant des sols alcalins en raison de leurs prix de marché plus élevés et de leur manque de disponibilité. L'utilisation conjointe d'amendements inorganiques et organiques peut être une solution pragmatique pour améliorer les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol et maintenir la productivité des cultures. Le compost de déchets solides municipaux (MSWC) disponible en quantité abondante s'il est enrichi avec le consortium microbien halophile efficace et utilisé en conjonction avec une dose réduite de gypse peut être une approche rentable pour la régénération durable des sols alcalins et l'exploitation de leur potentiel de productivité. Par conséquent, une expérience sur le terrain a été menée sur un sol à forte teneur en alcalis (pH2 9,2 ± 0,10), une conductivité électrique (CE) de 1,14 ± 0,12 dS m-1, un pourcentage de sodium échangeable de 48 ± 2,50 et du carbone organique (0,30%) a été menée entre 2018-19 et 2020-21 pour étudier l'effet combiné des amendements inorganiques et organiques (compost de déchets solides municipaux enrichis (EMSWC)) sur l'amélioration des sols alcalins et le maintien de la productivité du système de culture du riz et du blé. L'application de gypse @ 25% GR + compost MSW enrichi @ 10 t ha-1 (T6) a montré une amélioration significative des propriétés physico-chimiques et biologiques du sol par rapport à la seule application de composés organiques (T3 et T4), inorganiques (T2) et de contrôle (T1). Une amélioration significative de l'état de fertilité du sol en termes d'azote et de micronutriments disponibles ainsi que de teneur en CO3, HCO3, Cl, Ca et Mg a été enregistrée avec l'application combinée d'amendements organiques et inorganiques du sol (T5 et T6) par rapport à la seule application de gypse minéral. Le carbone de la biomasse microbienne du sol (MBC), l'azote (MBN) et le phosphore (MBP) se sont considérablement améliorés en raison de l'application de l'EMSWC avec du gypse sur l'application du gypse uniquement. Le rendement céréalier du riz et du blé a augmenté de manière significative (P < 0,05) en raison de l'application d'une dose réduite de gypse (25% GR) et d'EMSWC @ 10 t ha-1 (T6) avec des valeurs de 5,55 et 3,83 t ha-1, respectivement sur le reste des traitements. L'analyse économique de l'étude sur trois ans a révélé que les traitements T6 et T5 donnaient le rendement net positif le plus élevé alors qu'il était le plus faible dans le traitement T1 et négatif dans le traitement T2. Le rapport bénéfice/coût le plus élevé (B :C) a été obtenu dans les traitements T6 et T5 qui étaient significativement plus élevés par rapport au reste des traitements.

Translated Description (Spanish)

La recuperación de suelos alcalinos para aprovechar su potencial de productividad es más compleja debido a la presencia de exceso de iones de sodio, mala conductividad hidráulica y tasa de infiltración, lo que resulta en un crecimiento deficiente de las plantas y la productividad de los cultivos. La recuperación de suelos sódicos utilizando mejoradores inorgánicos como el yeso mineral o el fosfoyeso está fuera del alcance de los agricultores pequeños y marginales que tienen suelos alcalinos debido a sus precios de mercado más altos y la escasez de disponibilidad. El uso conjunto de enmiendas inorgánicas y orgánicas puede ser una solución pragmática para mejorar las propiedades fisicoquímicas y biológicas del suelo y mantener la productividad de los cultivos. El compost de residuos sólidos urbanos (MSWC) disponible en cantidad abundante si se enriquece con el eficiente consorcio microbiano halófilo y se utiliza junto con una dosis reducida de yeso puede ser un enfoque rentable para la recuperación sostenible de suelos alcalinos y el aprovechamiento de su potencial de productividad. Por lo tanto, se realizó un experimento de campo en un suelo altamente alcalino (pH 2 9.2 ± 0.10), conductividad eléctrica (EC) 1.14 ± 0.12 dS m-1, porcentaje de sodio intercambiable 48 ± 2.50 y carbono orgánico (0.30%) durante 2018-19 a 2020-21 para estudiar el efecto combinado de las enmiendas inorgánicas y orgánicas (compost de residuos sólidos urbanos enriquecidos (EMSWC)) sobre la mejora de los suelos alcalinos y el mantenimiento de la productividad del sistema de cultivo de arroz-trigo. La aplicación de yeso @ 25% GR + compost de RSU enriquecido @ 10 t ha-1 (T6) mostró una mejora significativa en las propiedades físico-químicas y biológicas del suelo sobre la única aplicación de orgánico (T3 y T4), inorgánico (T2) y control (T1). Se registró una mejora significativa en el estado de fertilidad del suelo en términos de nitrógeno y micronutrientes disponibles, así como en el contenido de CO3, HCO3, Cl, Ca y Mg con la aplicación combinada de enmiendas orgánicas e inorgánicas del suelo (T5 y T6) sobre la única aplicación de yeso mineral. El carbono de la biomasa microbiana del suelo (MBC), el nitrógeno (MBN) y el fósforo (MBP) mejoraron significativamente debido a la aplicación de EMSWC con yeso sobre la aplicación de yeso solamente. El rendimiento de grano de arroz y trigo aumentó significativamente (P < 0.05) debido a la aplicación de una dosis reducida de yeso (25% GR) y EMSWC @ 10 t ha-1 (T6) con valores de 5.55 y 3.83 t ha-1, respectivamente sobre el resto de los tratamientos. El análisis económico de tres años del estudio reveló que los tratamientos T6 y T5 dieron el mayor rendimiento neto positivo, mientras que fue más bajo en el tratamiento T1 y negativo en el tratamiento T2. La mayor relación beneficio-coste (B:C) se obtuvo en los tratamientos T6 y T5 que fueron significativamente más altos en comparación con el resto de los tratamientos.

Files

s41598-023-37823-5.pdf.pdf

Files (1.7 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:c46737273c7ffffc9dcf71d0642fb181
1.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ترشيد استخدام الجبس المعدني من خلال سماد النفايات الصلبة البلدية المخصب ميكروبيًا لتحسين واستعادة إمكانات الإنتاجية للتربة القلوية المتدهورة
Translated title (French)
Rationalisation de l'utilisation du gypse minéral grâce à un compost de déchets solides municipaux enrichi par voie microbienne pour améliorer et regagner le potentiel de productivité des sols alcalins dégradés
Translated title (Spanish)
Racionalización del uso de yeso mineral a través de compost de residuos sólidos municipales enriquecido microbianamente para mejorar y recuperar el potencial de productividad de los suelos alcalinos degradados

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385064565
DOI
10.1038/s41598-023-37823-5

Is supplement to
https://openalex.org/W3209787725 (Other)
https://openalex.org/W3187576208 (Other)
https://openalex.org/W2942909724 (Other)
https://openalex.org/W2394335522 (Other)
https://openalex.org/W2390592804 (Other)
https://openalex.org/W2380593284 (Other)
https://openalex.org/W2361922474 (Other)
https://openalex.org/W2357372561 (Other)
https://openalex.org/W2200703867 (Other)
https://openalex.org/W1980189203 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1853275544
  • https://openalex.org/W1966029377
  • https://openalex.org/W1976189213
  • https://openalex.org/W1977487317
  • https://openalex.org/W1977849855
  • https://openalex.org/W1979651401
  • https://openalex.org/W1990223183
  • https://openalex.org/W1993462377
  • https://openalex.org/W2002416161
  • https://openalex.org/W2003762231
  • https://openalex.org/W2007431002
  • https://openalex.org/W2009924506
  • https://openalex.org/W2012502645
  • https://openalex.org/W2017809780
  • https://openalex.org/W2020808603
  • https://openalex.org/W2020895895
  • https://openalex.org/W2022158491
  • https://openalex.org/W2023206073
  • https://openalex.org/W2027464060
  • https://openalex.org/W2030807803
  • https://openalex.org/W2039811435
  • https://openalex.org/W2069958034
  • https://openalex.org/W2077677156
  • https://openalex.org/W2077887424
  • https://openalex.org/W2091160252
  • https://openalex.org/W2095505521
  • https://openalex.org/W2109486887
  • https://openalex.org/W2155016369
  • https://openalex.org/W2157994386
  • https://openalex.org/W2167323864
  • https://openalex.org/W2395804013
  • https://openalex.org/W2587235769
  • https://openalex.org/W2620789286
  • https://openalex.org/W262869635
  • https://openalex.org/W2743334718
  • https://openalex.org/W2781866987
  • https://openalex.org/W2945433420
  • https://openalex.org/W2976815495
  • https://openalex.org/W326585532
  • https://openalex.org/W4245006100
  • https://openalex.org/W4309772419
  • https://openalex.org/W4318476892