Effect of potassium humates, xanthan gum and their combinations on the properties of soddy-podzolic soil in model experiments | Влияние гуматов калия, ксантановой камеди и бинарных композиций на их основе на свойства дерново-подзолистой почвы в модельных экспериментах

Английский. The aim of the study was to evaluate the effect of binary compositions based on the heterofunctional polysaccharide xanthan gum (XG) and three kinds of humic products (HP) on the anti-erosion, water-retaining and detoxifying properties of sod-podzolic soil in a series of model experiments, including those spiked with heavy metals (HM), and to identify the potential of these combinations as soil ameliorants in comparison with the individual polymers. Location and time of the study. The study was carried out in model experiments in 2024 using the arable horizon of sod- podzolic sandy loam soil (Moscow region). Methods. Four biopolymers were used: XG and three potassium humates (from lignite, peat and lignosulfonate), as well as their binary compositions. For soil treatment with polymer formulations two methods were used: spraying solutions onto the soil surface and mixing dry preparations with the entire soil volume. In a parallel series, soils were spiked with Cu, Zn, and Pb salts (150 mg/kg of each element). In soil-polymer mixtures, moisture retaining capacity, pH, С total, mobile forms of HM in acetate-ammonium buffer were determined. Phytotoxicity of soil-polymer mixtures was assessed in a biotest with Raphanus sativus. Results. Treatment of the soil surface with formulations containing XG resulted in the formation of a structured composite layer of substrate particles linked together by polymer bridges. The introduction of HP into an aqueous solution of XG in the ratio biopolymer:humate = 2.5:1 or 1:1 did not affect the strength of the composite coatings. When applied at a rate of 1 g/100 g, both monocomponent formulations and binary compositions provided a stimulating effect on the test culture R. sativum. Binary compositions with XG did not show a better effect compared to individual polymers. Under the conditions of model contamination, among monocomponent formulations, the greatest decrease in the content of mobile Cu, Pb and Zn was found for humate from lignite (by 34%, 21% and 20% as compared with the control). Humates from peat and lignosulfonate alone turned out to be less effective, but in a binary composition with XG, their effectiveness in reducing the HM mobility increased by an average of 10%. According to the results of the phytotest in HM-spiked treatments, all the tested formulations exhibited protective properties, mitigating the toxicity of HM for plants. Conclusions. The hydro-physical properties of soil-polymer mixtures were found to be determined by the xanthan gum, whereas chemical and biological properties were determined by humates. Xanthan gum can be considered as a promising ameliorant with a pronounced anti-erosion effect. In turn, humic products exhibited a biostimulating effect, bound heavy metals and provided a detoxifying effect of varying degrees depending on the composition and the organic matter source. In binary compositions, these effects did not show additivity, but were determined by the dominant mechanism of action. The choice of the optimal formulation as a soil conditioner for degraded soils should be determined depending the leading factor of soil degradation. Binary compositions are likely to have a complex effect, so their further studies in natural conditions are expedient.

Русский. Цель исследования. Оценить влияние бинарных композиций на основе гетерофункционального полисахарида ксантановой камеди (КК) и трех видов гуминовых продуктов (ГП) на противоэрозионные, водоудерживающие и детоксицирующие свойства дерново-среднеподзолистой почвы в серии модельных экспериментов, в том числе с загрязнением тяжелыми металлами (ТМ), и выявить их потенциал как почвенных мелиорантов в сравнении с индивидуальными полимерами. Место и время проведения. Исследования проводили в условиях модельных экспериментов в 2024 г.; использовали пахотный горизонт дерново-среднеподзолистой супесчаной несмытой почвы на покровном суглинке (Московская область). Методы. Использованы четыре биополимера: КК и три ГП: «Сахалинский гумат» из угля (СГ), «Торфогель» из торфа (ТГ) и «Лигногумат» из лигносульфоната (ЛГ), а также их комбинации. Исследования проводили при двух способах обработки почвы полимерными рецептурами: разбрызгиванием растворов на поверхность почвы и смешиванием сухих препаратов со всем объемом почвенной массы. В параллельной серии в почвенно-полимерные смеси вносили растворы солей Cu, Zn, Pb в дозах 150 мг/кг почвы. В почвенно-полимерных смесях определяли влагоемкость, pH, содержание Собщ и подвижных форм ТМ в ацетатно-аммонийном буфере. Фитотоксичность почвенно-полимерных смесей оценивали в элюатном биотесте с тест-культурой Raphanus sativus. Основные результаты. Обработка поверхности почвы водными рецептурами, содержащими КК, приводит к формированию верхнего структурированного композитного слоя из частиц субстрата, связанных между собой полимерными мостиками. Введение в водный раствор КК и ГП в соотношении биополимер:гумат = 2,5:1 или 1:1 не оказывает влияния на прочностные характеристики композиционных покрытий. Монокомпонентные составы и бинарные композиции, при внесении в дозе 1г/100 г, оказали стимулирующее действие на тест-культуру R.sativum, причем ЛГ был наиболее эффективным составом. Композиции с КК не показали лучшего эффекта по сравнению с индивидуальными полимерами. В условиях модельного загрязнения, среди монокомпонентных составов наибольшее снижение содержания подвижных форм Cu, Pb и Zn выявлено для гумата из угля (на 34%, 21% и 20% по сравнению с контролем). Гуматы из ТГ и ЛГ по отдельности оказались менее эффективными, но в бинарной композиции с КК их эффективность в снижении подвижности тяжелых металлов увеличилась в среднем на 10%. По результатам фитотеста, при внесении поллютантов все тестируемые рецептуры проявляли протекторные свойства, снижая токсичность ТМ для растений.  Водно-физические свойства почвенно-полимерных смесей определялись эффектами КК, а химические и биологические – гуматов. Заключение. КК можно рассматривать как перспективный мелиорант, оказывающий выраженный противоэрозионный эффект. В свою очередь, ГП проявляют биостимулирующий эффект, связывают ТМ и обеспечивают детоксицирущее воздействие разной степени выраженности в зависимости от состава, обусловленного источником органического вещества гуматов. В бинарных композициях указанные эффекты не обладают аддитивностью, но определяются доминирующим механизмом воздействия. Выбор оптимальной рецептуры в качестве почвоулучшителя деградированных почв будет определяться ведущим фактором деградации. Бинарные составы, вероятно, будут обладать комплексным воздействием, поэтому целесообразно проведение их дальнейших исследований в натурных условиях.