Reduction of hydraulic conductivity and loss of organic carbon in non-dispersive soils of different clay mineralogy is related to magnesium induced disaggregation

Abstract

Irrigation water containing appreciable amount of magnesium (Mg) is increasingly used in farming. However, studies on the effect of Mg on soil permeability and structural stability are limited and the results are contradicting. In this study, four soils of different dominant clay mineralogy, specifically kaolinite, illite and montmorillonite, were used to investigate the effect of Mg on saturated hydraulic conductivity (Ksat), interaction with organic carbon and soil clay dispersion and to compare to the effect of Ca. The soils were packed in columns and leached with four groups of either Ca-Ca, Ca-Mg, Mg-Mg or Mg-Ca solutions at the successive concentrations of 0.5, 0.25, 0.1, 0.05, 0.025, 0.01, 0.005, 0.001 and 0.0001 M, and finally with deionised water. Ksat was measured and leachates were assessed for dissolved organic carbon (DOC) and dispersion as turbidity. The leached soils were tested for aggregate stability, mechanical dispersion and zeta potential. This study showed that Mg had a disaggregation effect on soil structural stability. As compared to Ca, Ksat on Mg treated cores were lower over a wide range of concentrations, desorption of DOC and turbidity from Mg clay surface was higher, although the dispersion in leachates was insignificant under both Mg and Ca treatments.The effect of Mg treatment was more pronounced on smectic and illitic soils. The decrease in Ksat was related to Mg induced disaggregation, due to intra-crystalline swelling and/or the intercrystalline swelling in Mg treated soil clays.

Ionicity of Clay–Cation Bonds in Relation to Dispersive Behavior of Mg and K Soil Clays as Influenced by pH

“…5). In the present study, the clay suspension system was considered as flocculated when the percentage of dispersed clay was <5 (Zhu et al 2019). At neutral pH, Mg clays had slightly more dispersed clay (%) than Ca clays but the difference was insignificant under similar conditions.…”

The impact, identification and management of dispersive soils in rainfed cropping systems

“…Sodiumassociated organic material is also more soluble than Caassociated forms (Nelson, Ladd, & Oades, 1996;Nelson & Oades, 1998). Slaking/dispersion and the exposure of a greater aggregate surface area can also increase mineralization due to the exposure of aggregate-protected SOM and increased organic carbon in leachate (Singh, 2016;Zhang & Norton, 2002;Zhu, Bennett, & Marchuk, 2019).…”

Caracterização química do solo em uma área de recuperação de um depósito de metalurgia de zinco

“…Segundo Saritha et al (2014) o baixo teor de matéria orgânica no solo da área PH9 pode ser atribuído à pouca vegetação existente no local e à alta taxa de decomposição e transporte no terreno inclinado, podendo-se desconsiderar sua contribuição para o solo. Zhu et al (2019) verificaram em solo com maiores concentrações de Mg a ocorrência de uma maior perda de matéria orgânica por lixiviação. Oyedele et al (2008) relatam que a matéria orgânica desempenha papel importante na reação de adsorção no solo e que a ela é considerada componente vital da fertilidade do solo, desempenhando papel nos processos físicos, químicos e biológicos, suprindo as plantas com os nutrientes, mantendo a umidade do solo e diminuindo a solubilidade dos metais pesados entre outros benefícios.…”

“…O solo da área estudada apresenta em todos os pontos valores acima de 300 mg/L, podendo ser considerado como contaminado por magnésio. Em solos nesta condição os íons na superfície das argilas apresentam raio hidratado 50% maior que o do cálcio, absorvendo, portanto, maior quantidade de água e enfraquecendo as forças que mantêm as partículas do solo juntas, resultando em menor estabilidade dos agregados do solo e maior dispersão de suas partículas, reduzindo as taxas de infiltração e condutividade elétrica, ocasionando severa degradação estrutural do solo (ZHU et al, 2019;AHMED et al, 2014;VYSHPOLSKY et al, 2008).…”

“…Estudos realizados no laboratório DALE COWN AGRI-FOOD LAB demostraram que esses solos se expandiam quando molhados, retendo grande quantidade de água e, ao secar, tornaram-se duros, apresentando ou não rachaduras e formando uma crosta de sal em sua superfície, aumentando a selagem superficial e a erosão durante os eventos pluviométricos (DONTSOVA; NORTON, 2002). Zhu et al (2019) verificaram a redução da infiltração de água no solo com o aumento no teor de magnésio. Além disso, Li e Yu (1997) sugerem que a acumulação de magnésio pode diminuir a disponibilidade de cálcio como consequência da formação e precipitação de CaCO 3 , além de competir pelos mesmos sítios de absorção e adsorção.…”