THE SEASONAL CHANGES IN THE CONTENT OF DE-ICING SALTS IN SOD-PODZOL SOIL IN LABORATORY AND FIELD EXPERIMENTS

А.О. Герасимов, М.В. Чугунова, Ю.М. Поляк

Abstract


De-icing preparations (DIP) used in winter to prevent ice and snow deposits in cities are one of the most harmful anthropogenic factors. Numerous investigations on this topic are dedicated to the environmental impact of technical sodium chloride, whereas less attention is paid to new-generation reagents. The present paper reports the results of laboratory and field studies of nine DIPs used in Saint Petersburg, including chlorides and newer preparations of acetates and formates. The laboratory experiments showed that high doses of chloride reagents can increase salt content in soils to levels corresponding to low salinity (maximum values were 3.96 mS/cm), which are potentially dangerous to plants and soil microorganisms. Under field conditions, salt content in soil eventually decreased. Salts were washed out from the upper soil horizons by atmospheric precipitation. By the end of vegetation season, the maximum concentration did not exceed 0.29 mS/cm, i.e. corresponded to background indices. Accordingly, contaminated soils toxicity for plants and microorganisms decreased. The results suggest that the least environmentally harmful anti-ice salts are the acetate and formate preparations Nordway and Clearway. Magnesium chlorides "Bishofi") proved to be less dangerous among chloride-based DIP. The permissible doses of DIP salts for urban streets in the Northwest of Russia are within 50 g/m2.

Keywords


de-icing salts; soils; plants; experiment; salt content.

References


Азовцева НА. Влияние солевых антифризов на экологическое состояние городских почв. Автореф. дисс канд. биол. наук. Москва: МГУ; 2004.

Васильев ПА. Экологические проблемы, связанные с применением противогололедных реагентов в условиях города. Тезисы докладов ХV межд. конф. «Ломоносов-2008»; 2008 8-12 апреля; Москва. Москва: МГУ; 2008. с. 12-13.

Возбуцкая АЕ. Химия почвы. Москва: Высшая школа; 1968.

Воробьева ЛА, Ладонин ДВ, Лопухина ОВ, Рудакова ТА, Кирюшин АВ. Химический анализ почв. Вопросы и ответы. 2012. Москва: МГУ.

Герасимов АО, Чугунова МВ. Изучение воздействия хлоридных противогололедных реагентов на высшие растения и почвенные микроорганизмы в лабораторном и полевом экспериментах. Инженерная геология. 2016;6:48-53.

Герасимов АО, Чугунова МВ. Оценка действия противогололедных реагентов разного химического состава на рост травянистых растений и почвенное дыхание. Биосфера. 2018;10(4):273-281.

Доспехов БА. Методика полевого опыта. Москва: Альянс; 2011.

Копикова ЛП. Изучение электрической проводимости почв и поровых растворов в целях диагностики степени засоления. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Москва: МГУ; 1985.

Кошелева НЕ, Кузьминская НЮ, Терская ЕВ. Засоление и осолонцевание городских почв из-за применения противогололедных реагентов (на примере Западного административного округа Москвы). Инженерные изыскания. 2017;(6-7):64-67.

Никифорова ЕМ, Кошелева НЕ, Власов ДВ. Мониторинг засоления снега и почв Восточного округа Москвы противогололедными смесями. Фундаментальные исследования. 2014;11(2):340-7.

Николаевский ВС, Якубов ХГ. Новые методы оценки устойчивости древесных растений к комплексу экстремальных факторов мегаполиса. Проблемы озеленения городов. 2004;(10):146-9.

Панкова ЕИ, Воробьева ЛА, Гаджиев ИМ, Горохова ИН и др. Засоленные почвы России (отв. ред. Л.Л. Шишов, Е.И. Панкова). Москва: Академкнига; 2006.

Сотнева НИ. Применение экспресс-методов для оценки почв по степени засоления (на примере почв севера Прикаспийской низменности). Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2005;57:68

Толпешта ИИ, Соколова ТА, Сиземская МЛ. Активности ионов и электропроводность водной вытяжки целинных и мелиорированных почв Джаныбекского стационара. Почвоведение. 2000;11:1365-76.

Якубов ХГ, Николаевский ВС. Удаление натрия и хлоридов из почв города в целях улучшения условий роста и развития древесных растений. Экология большого города. 2001;(5):100-5.

Azovtseva NA. The effect of salt antifreezes on the ecological state of urban soils. Candidate of Sciences Theses. Moskow: MGU; 2004. (in Russ.).

Vasiliev PA. Environmental problems associated with the use of anti-ice reagents in urban conditions. In: Tezisy Dokladov ХV Mezhdunarodnoy Konferenzii "Lomonosov-2008". Moscow: MGU; 2008. p. 12-13. (In Russ.)

Vozbutskaya АYe. Khimiya Pochvy Soil Chemistry. Мoscow: Vysshaya Shkola; 1968. (In Russ.)

Vorobyeva LA, Ladonin DV, Lopukhina OV, Rudakova TA, Kiryushin AV. Khimicheskiy Analyz Pochv. Vopsosy i Otvety Chemical Analysis of Soils. Questions and Answers. Moscow: MGU; 2012. (in Russ.).

Gerasimov AO, Chugunova MV. A study of anti-ice materials effect on higher plants and soil microorganisms in laboratory and field experiments. Inzhenernaya Ekologiya. 2016;6:48-53. (In Russ.)

Gerasimov AO, Chugunova MV. Evaluation of the effect of anti-icing agents of different chemical composition on the growth of herbaceous plants and soil respiration. Biosphere. 2018;10(4):273-81. (In Russ.)

Dospekhov BА. Metodika Polevogo Opyta Methodology of Field Experiments. Moscow: Аlyans; 2011. (In Russ.)

Kopikova LP. A study of electrical conductivity of soils and pore solutions for diagnosing the degree of salinity Candidate of Science Theses. Moscow: MGU; 1985. (in Russ.).

Kosheleva NYe, Kuzminskaya NYu, Terskaya YeV. The salinization and alkalinization of urban soils due to the use of anti-ice reagents (exemplified with Moscow Western Administrative District). Inzhenernye Izyskaniya 2017;(6-7):64-67. (In Russ.)

Nikiforova YeM, Kosheleva NYe, Vlasov DV. The monitoring of snow and soils salinization by anti-ice materials in the Eastern District of Moscow. Fundamentalnye Issledovaniya. 2014;11(2):340-47. (In Russ.)

Nikolayevsky VS, Yakubov KhG. New methods for assessing the resistance of woody plants to a complex of extreme factors of a megacity. Problemy Ozeleneniya Gorodov. 2004;(10):146-9. (In Russ.)

Pankova YeI, Vorobieva LА, Gadzhiev IМ, Gorokhova IN et al. Zasolennye Pochvy Rossii Saline Soils in Russia. Moscow: Akademkniga; 2006. (In Russ.)

Sotneva NI. The use of express methods for estimating of soils by the degree of their salinity (exemplified with North Caspian lowland soils). Biulleten Pochvennogo Instituta Imeni V V Dokucheyava. 2005;57:68-80. (In Russ.)

Тolpeshta II, Sokolova ТА, Sizemskaya МL. Ion activity and electric conductivity of water extract from virgin and meliorated soils of the Dzhanybek Station. Pochvovedeniye. 2000;11:1365-76. (In Russ.)

Yakubov KhG, Nikolaevskiy VS. Removal of sodium and chlorides from urban soil to improve conditions for growth and development of woody plants. Ekologiya Bolshogo Goroda. 2001;(5):100-5. (In Russ.)

Cain NP et al. Review of the Effects of NaCl and Other Road Salts on Terrestrial Vegetation in Canada. Environment Canada Commercial Chemicals Evaluation Branch; 2001.

Guidelines for the Selection of Snow and Ice Control Materials to Mitigate Environmental Impact. NCHRP Report 577. Washington DC: Transportation Research Board of the National Academies; 2007.

Jacobi WR, Goodrich BA, Koski RD. Environmental Effects of Magnesium Chloride-Based Dust Suppression Products on Roadside Soils, Vegetation and Stream Water Chemistry. Agricultural Experiment Station Technical Report. TR09-04. Colorado State University; 2009.

Ke G, Zhang J, Tian B. Evaluation and selection of de-icing salt based on multi-factor. Materials (Basel). 2019;12(6):912.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v11i4.512

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"