DOI: https://doi.org/10.3389/fsoil.2026.1788339
تاريخ النشر: 2026-05-13
المؤلف: Rakhmetulla Zhapparbergenov وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات تصريف المناجم وإعادة التأهيل
نظرة عامة
تستعرض المراجعة إمكانيات الفوسفوجيبسوم (PG)، وهو منتج ثانوي من إنتاج حمض الفوسفوريك، كإضافة للتربة، مع التركيز على فوائده الزراعية، والمخاطر البيئية، والقيود العملية. على الرغم من توليد أكثر من 300 مليون طن من PG سنويًا على مستوى العالم، إلا أن 14% فقط يتم إعادة استخدامه، بينما يتم تخزين الغالبية أو تصريفها. أجرى المؤلفون بحثًا شاملًا في الأدبيات عبر قواعد بيانات متعددة لتحليل الظروف، ومعدلات التطبيق، والإضافات المشتركة اللازمة للاستخدام الآمن والفعال لـ PG في التربة الزراعية المتدهورة. تشير النتائج إلى أن PG يعزز خصائص التربة من خلال تحسين استقرار الكتل، وتقليل الكثافة الظاهرة، وزيادة المسامية ونفاذية الماء، وتصحيح القلوية من خلال تبادل الكالسيوم والصوديوم. كما يوفر العناصر الغذائية الأساسية مثل الكالسيوم والكبريتات-الكبريت، والتي تعتبر حيوية لنمو المحاصيل وإنتاجيتها.
تسلط المراجعة الضوء على فعالية PG في أنواع التربة المختلفة، وخاصة في تخفيف سمية الألمنيوم في التربة الاستوائية الحمضية حيث يكون الجير غير فعال. يدمج الأداء الزراعي مع استجابات المجتمع الميكروبي والمخاطر المرتبطة بالنظائر المشعة والمعادن الثقيلة ضمن إطار الاقتصاد الدائري. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات حرجة، بما في ذلك نقص البيانات الميدانية طويلة الأجل، والدراسات الجغرافية المحدودة، وعدم كفاية توصيف الملوثات، والتي تعتبر ضرورية للاستخدام الزراعي المسؤول لـ PG. بشكل عام، تدعم الأدلة PG كإضافة قيمة للتربة يمكن أن تحسن بشكل كبير التربة المتدهورة وتعزز الإنتاجية الزراعية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للفوسفور (P) كعنصر غذائي أساسي لنمو النباتات، بينما تتناول أيضًا المشكلة الواسعة النطاق لنقص الفوسفور في التربة الزراعية، مما يعيق إنتاجية المحاصيل ويشكل تحديات للأمن الغذائي والاستدامة البيئية. تؤكد الورقة على المشكلة المزدوجة للاستخدام المفرط للفوسفور، مما يؤدي إلى تدهور البيئة، وخاصة الإثراء الغذائي في النظم البيئية المائية. يتم تحديد الفوسفوجيبسوم (PG)، وهو منتج ثانوي من إنتاج الفوسفور، كمورد كبير ولكنه غير مستغل بشكل كافٍ، حيث يتجاوز الإنتاج العالمي السنوي 300 مليون طن. على الرغم من فوائده المحتملة كإضافة للتربة، فإن PG يشكل مخاطر بيئية بسبب محتواه من النظائر المشعة والمعادن الثقيلة، مما يعقد اعتماده في الممارسات الزراعية المستدامة.
تهدف المراجعة إلى استكشاف التطبيقات المتعددة لـ PG في تعزيز خصائص التربة وإنتاجية المحاصيل مع معالجة مخاوف السلامة البيئية. توضح الحاجة إلى تقييم شامل لمخاطر ملوثات PG وتقترح أنه، عند تطبيقه بحكمة وبالتزامن مع الإضافات العضوية، يمكن أن يكون PG موردًا فعالًا لاستعادة التربة المتدهورة. تشمل الأهداف توضيح الآليات التي يحسن بها PG خصائص التربة، وتقييم تأثيره على غلات المحاصيل عبر أنظمة مختلفة، وتقييم المخاطر البيئية، وتقديم إرشادات قائمة على الأدلة لتطبيقه الآمن في السياقات الزراعية البيئية.
طرق البحث
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المنهجية المستخدمة لمراجعة الأدبيات حول الفوسفوجيبسوم (PG) وتفاعلاته مع خصائص التربة المختلفة والنتائج الزراعية. تم إجراء بحث شامل عبر قواعد بيانات متعددة، بما في ذلك PubMed وScopus وWeb of Science وGoogle Scholar، باستخدام مجموعات كلمات مفتاحية محددة تتعلق بـ PG وتأثيراته على التربة وغلة المحاصيل من 2000 إلى 2025. كانت معايير الإدراج تركز على المقالات التي تمت مراجعتها من قبل الأقران والتي قدمت بيانات كمية حول تأثير PG على خصائص التربة، وتغذية النباتات، وغلة المحاصيل، مع استبعاد الأعمال غير المراجعة من قبل الأقران والدراسات خارج السياقات الزراعية. تم إجراء تحليل ببليومتري باستخدام VOS viewer لتصور اتجاهات البحث والمجموعات الموضوعية، مما يكشف عن تحول في التركيز من الخصائص الفيزيائية للتربة إلى سلامة الغذاء وتقييمات المخاطر البيئية في الأدبيات الحديثة.
تشير النتائج إلى أن PG يعمل كمعزز فعال لهيكل التربة، مما يحسن الخصائص الفيزيائية عبر أنواع التربة المختلفة، وخاصة في التربة القلوية والمتدهورة. تشمل الآليات الفيزيائية الكيميائية الكامنة وراء هذه التحسينات ذوبان ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم (CaSO₄·2H₂O)، الذي يحرر أيونات الكالسيوم (Ca²⁺) التي تسهل التكتل والتجمع لجزيئات التربة. تعزز هذه العملية المسامية الكبيرة، والنفاذية الهيدروليكية، واستقرار التربة بشكل عام، مع ارتباط معدلات تطبيق PG الأعلى بتحسينات كبيرة في خصائص التربة. ومع ذلك، يشير المؤلفون إلى أن الفوائد قد تكون مؤقتة وتعتمد على ظروف التربة المحددة، مما يبرز الحاجة إلى المراقبة المستمرة والإدارة للحفاظ على هذه التحسينات.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الدور الكبير لتكتل الكالسيوم وتكوين الكتل في تحسين هيكل التربة وديناميات المياه. تسهل وجود الكاتيونات ثنائية التكافؤ، وخاصة أيونات الكالسيوم ($\text{Ca}^{2+}$)، تشكيل كتل مستقرة من خلال ربط جزيئات الطين ذات الشحنة السلبية، مما يعزز من تسرب المياه ويقلل من تكتل التربة. هذه العملية مفيدة بشكل خاص في التربة المالحة والقلوية، حيث يمكن أن تؤدي مستويات الصوديوم العالية إلى آثار ضارة على نمو المحاصيل بسبب الإجهاد الأسموزي وتقليل توفر العناصر الغذائية. لقد ثبت أن تطبيق الفوسفوجيبسوم (PG) يخفف بشكل فعال من هذه المشكلات من خلال تعزيز التكتل وإزاحة أيونات الصوديوم، مما يحسن من النفاذية الهيدروليكية للتربة وخصائصها الفيزيائية بشكل عام.
علاوة على ذلك، تناقش الورقة التأثيرات التآزرية لـ PG عند دمجه مع الإضافات العضوية، والتي يمكن أن تعزز بشكل كبير من توفر العناصر الغذائية والنشاط الميكروبي في التربة. يؤدي التطبيق المشترك لـ PG مع المواد العضوية، مثل الفحم الحيوي أو السماد، إلى زيادات كبيرة في المادة العضوية للتربة ومحتوى العناصر الغذائية، مما يترجم في النهاية إلى تحسين غلات المحاصيل. ومع ذلك، تتأثر فعالية هذه الإضافات بعوامل مختلفة، بما في ذلك نوع التربة، ومعدلات الإضافة، والظروف البيئية. تؤكد النتائج على أهمية استراتيجيات تطبيق PG المستهدفة في استعادة التربة المالحة والقلوية، وتعزيز هيكل التربة، وتعزيز الممارسات الزراعية المستدامة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fsoil.2026.1788339
Publication Date: 2026-05-13
Author(s): Rakhmetulla Zhapparbergenov et al.
Primary Topic: Mine drainage and remediation techniques
Overview
The review examines the potential of phosphogypsum (PG), a by-product of phosphoric acid production, as a soil amendment, addressing its agronomic benefits, environmental risks, and practical limitations. Despite the global generation of over 300 million tons of PG annually, only 14% is reused, with the majority stockpiled or discharged. The authors conducted a comprehensive literature search across multiple databases to analyze the conditions, application rates, and co-amendments necessary for the safe and effective use of PG in degraded agricultural soils. Findings indicate that PG enhances soil properties by improving aggregate stability, reducing bulk density, increasing porosity and water permeability, and correcting sodicity through calcium-sodium exchange. It also provides essential nutrients like calcium and sulfate-sulfur, which are crucial for crop growth and productivity.
The review highlights PG’s effectiveness in various soil types, particularly in alleviating aluminum toxicity in acid tropical soils where lime is ineffective. It integrates agronomic performance with microbial community responses and risks associated with radionuclides and heavy metals within a circular economy framework. However, critical gaps remain, including a lack of long-term field data, limited geographical studies, and insufficient contaminant characterization, which are necessary for the responsible agronomic use of PG. Overall, the evidence supports PG as a valuable soil amendment that can significantly improve degraded soils and enhance agricultural productivity.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of phosphorus (P) as an essential macronutrient for plant growth, while also addressing the widespread issue of P deficiency in agricultural soils, which hampers crop productivity and poses challenges to food security and environmental sustainability. The paper emphasizes the dual problem of P overuse, leading to environmental degradation, particularly eutrophication in aquatic ecosystems. Phosphogypsum (PG), a byproduct of phosphorus production, is identified as a significant yet underutilized resource, with annual global generation exceeding 300 million tons. Despite its potential benefits as a soil amendment, PG poses environmental risks due to its radionuclide and heavy metal content, which complicates its adoption in sustainable agricultural practices.
The review aims to explore the multifaceted applications of PG in enhancing soil properties and crop productivity while addressing environmental safety concerns. It outlines the need for a thorough risk assessment of PG’s contaminants and proposes that, when applied judiciously and in conjunction with organic amendments, PG can serve as an effective resource for restoring degraded soils. The objectives include elucidating the mechanisms by which PG improves soil characteristics, evaluating its impact on crop yields across different systems, assessing environmental risks, and providing evidence-based guidelines for its safe application in agro-ecological contexts.
Methods
In this section, the authors detail the methodology employed to review the literature on phosphogypsum (PG) and its interactions with various soil properties and agricultural outcomes. A comprehensive search was conducted across multiple databases, including PubMed, Scopus, Web of Science, and Google Scholar, using specific keyword combinations related to PG and its effects on soil and crop yield from 2000 to 2025. The inclusion criteria focused on peer-reviewed articles that provided quantitative data on PG’s impact on soil properties, plant nutrition, and crop yield, while excluding non-peer-reviewed works and studies outside of agricultural contexts. A bibliometric analysis was performed using VOS viewer to visualize research trends and thematic clusters, revealing a shift in focus from physical soil properties to food safety and environmental risk assessments in recent literature.
The findings indicate that PG serves as an effective soil structure enhancer, improving physical properties across various soil types, particularly in sodic and degraded soils. The physicochemical mechanisms underlying these improvements involve the dissolution of calcium sulfate dihydrate (CaSO₄·2H₂O), which releases calcium ions (Ca²⁺) that facilitate flocculation and aggregation of soil particles. This process enhances macro-porosity, hydraulic conductivity, and overall soil stability, with higher PG application rates correlating with significant improvements in soil properties. However, the authors note that the benefits may be temporary and contingent on specific soil conditions, emphasizing the need for ongoing monitoring and management to sustain these improvements.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant role of calcium-mediated flocculation and aggregate formation in improving soil structure and water dynamics. The presence of divalent cations, particularly calcium ions ($\text{Ca}^{2+}$), facilitates the formation of stable aggregates by bridging negatively charged clay particles, enhancing water infiltration and reducing soil crusting. This process is particularly beneficial in saline and sodic soils, where high sodium levels can lead to detrimental effects on crop growth due to osmotic stress and reduced nutrient availability. The application of phosphogypsum (PG) has been shown to effectively mitigate these issues by promoting flocculation and displacing sodium ions, thereby improving soil hydraulic conductivity and overall physical properties.
Furthermore, the paper discusses the synergistic effects of PG when combined with organic amendments, which can significantly enhance nutrient availability and microbial activity in the soil. The co-application of PG with organic materials, such as biochar or manure, leads to substantial increases in soil organic matter and nutrient content, ultimately translating into improved crop yields. However, the effectiveness of these amendments is influenced by various factors, including soil type, amendment rates, and environmental conditions. The findings underscore the importance of targeted PG application strategies in reclaiming sodic and saline soils, enhancing soil structure, and promoting sustainable agricultural practices.