Koju ulogu igra PVP u tlu? Može li spriječiti zbijanje tla?

Kao vodootvoran polimer, PVP (polivinilpirolidon) se uglavnom koristi u primjenama na tlu zbog svojih zadržavanja vode, dispergibilnosti i adsorpcije svojstava. Iako može pomoći u poboljšanju tla, on nije osnovni ili glavni materijal za poboljšanje tla. Iako ima određeni pomoćni efekat u sprečavanju zbijanja tla, to zahtijeva pažljivo razmatranje karakteristika tla i pravilnu upotrebu, a njegova učinkovitost je slabija u odnosu na tradicionalne popravljače tla (poput organskih gnojiva i huminske kiseline) . Njegov specifični mehanizam djelovanja, primjenjivi scenariji i ograničenja mogu se istražiti sa sljedeća tri aspekta:

1. Pomoćna uloga PVP-a u „sprječavanju zbijanja tla“: poboljšanjem strukture tla

Osnovni uzrok zbijanja tla je loša agregacija čestica tla i nedostatak organske tvari , što rezultira jakim prianjanjem čestica i smanjenom poroznošću (zbog čega je teško prodiranje zraka i vode). PVP može blago poboljšati ovaj problem kroz „fizičku adsorpciju“ i „disperziju čestica“. Konkretni mehanizam je sljedeći:

• Polarni grupi (kao što su amidne grupe) na molekularnom lancu PVP-a adsorbiraju se na površine čestica tla (npr. gline i prah) putem vodikovih veza i van der Waalsovih sila, formirajući „polimernu zaštitnu foliju“ na spoljašnjoj površini čestica. Ova folija
  smanjuje direktno prianjanje između čestica tla (sprječavajući da se čestice gline zbijaju zbog elektrostatičkih efekata), a istovremeno povećava klizavost između čestica, smanjujući vjerovatnoću zbijanja nakon sabijanja.
  Na primer , u glinastim tlima sklonim zbijanju, tretman sa niskom koncentracijom PVP-a (0,1%-0,5% na osnovu suhe težine tla) može povećati disperziju čestica tla za 10%-15% i smanjiti tvrdoću površine za otprilike 20% nakon zalijevanja (uz odgovarajuće rastresanje tla).
• polimer
  lanac djeluje kao "most", blago povezujući raspršene čestice tla (poput pijeska i mulja) u agregate veličine mikrona (umjesto čvrsto zapakovanih, velikih grudvica). Ovi mikroagregati stvaraju sićušne pore koje zadržavaju vlagu (smanjujući zbijanje uzrokovano isparavanjem), istovremeno omogućavajući prodiranje zraka i sprječavajući da se zatvoreno tlo zbiji.
  Napomena : Mikroagregatna struktura formirana PVP-om je manje stabilna i ne može zamijeniti "vodootporne agregate" (dugoročnu otpornost na eroziju i zbijanje) koje formiraju organska đubriva i huminske kiseline. Ona može pružiti samo privremeno olakšanje od zbijanja i zahtijeva redovno dopunjavanje ili kombinaciju sa drugim dodacima.
• Smanjite zbijanje površine uzrokovano isparavanjem vode
  PVP ima određenu sposobnost zadržavanja vode (može upiti vodu koja je višestruko veća od njegove težine i formirati hidrogel), što mu omogućava da se pričvrsti za površinu tla i uspori brzo isparavanje vode. Površina tla sklonа je „pucanju i sušenju“ usljed naglog gubitka vode (npr. golо tlo u aridnim područjima). Efekat zadržavanja vode kod PVP-a može smanjiti ovaj rizik i održati rastresito stanje površinskog sloja tla.

2. Druge pomoćne funkcije PVP-a u tlu (ne-anti-pužnjenje jezgro)

Osim pomoći u sprečavanju zbijanja tla, PVP takođe može, na osnovu svojih karakteristika, imati sljedeće uloge u tlu, ali se ovo uglavnom smatra „pomoćnom primjenom“, a ne osnovnom potrebom:

• Sredstvo za zadržavanje vlage u tlu (kratkoročna, maloobimna primjena):
  PVP upija vodu i formira hidrogel koji polako otpušta vlagu, povećavajući sadržaj vlage u tlu. Ovo je posebno pogodno za sadnice, posadene biljke ili male površine tla u aridnim regionima (poput supstrata za izdanke biljaka i povrća). Na primjer, dodavanje 0,2%–0,5% PVP-a u supstrat za izdanke može povećati sposobnost zadržavanja vode za 15%–25%, smanjujući frekvenciju zalijevanja i sprječavajući zbijanje supstrata uzrokovano pretjeranim zalijevanjem.
  Ograničenja : Sposobnost PVP-a da zadržava vlagu slabija je od specijaliziranih agensa za zadržavanje vode u tlu (poput poliakrilamida (PAM) i humusnih kiselina), a njegova viša cijena čini ga neprimjerenim za upotrebu na velikim poljoprivrednim površinama.
• Kao nosač za sporu otpuštaj đubriva i pesticida (povećanje iskorištenja)
  , PVP može imobilizirati vodom rastvorljiva đubriva (kao što su dušična i kalijumska đubriva) ili pesticidi niske toksičnosti u tlu putem „enkapsulacije“ ili „adsorpcije“, usporavajući njihovo ispiranje i gubitak (sprječavajući prodor u dublje slojeve tla kroz kišnicu), ostvarujući efekat „sporog oslobađanja“. Na primjer, kada se PVP pomiješa sa ureom i nanese na tlo, period oslobađanja uree se može produžiti s jedne do dvije sedmice na tri do četiri sedmice, smanjujući gubitak hranljivih materija i sprječavajući zaslanjivanje tla uzrokovano koncentrisanim oslobađanjem đubriva (što također indirektno može pogoršati zbijenost tla).
• Adsorpcija jona teških metala (pomoćno remedijacija blago zagađenih tala): Pirrolidonski prsten na molekularnom lancu PVP-a može adsorbirati jone teških metala (kao što su
  Pb²⁺, Cu²⁺ i Cd²⁺) u tlu putem koordinacije, smanjujući njihovu bioraspoloživost (smanjujući unos u useve). To ga čini pogodnim za poljoprivredna zemljišta ili zemljišta u loncima s blagom kontaminacijom teškim metalima . Na primjer, dodavanje 0,5%–1% PVP-a u zemljište zagađeno olovom (Pb²⁺) može smanjiti upotrebu teških metala u usjevima za 20%–30%. Međutim, ovo ne uklanja potpuno teške metale i zahtijeva dodatne tehnike remedijacije (poput izluživanja i fitoremedijacije).

3. Ključni aspekti (ograničenja) korištenja PVP-a za poboljšanje zemljišta

PVP nije specijalni materijal dizajniran za poboljšanje zemljišta. On ima očigledna ograničenja u praktičnoj primjeni i treba izbjegavati prekomjernu oslanjanje na njega:

• Manje učinkovit od tradicionalnih dodataka i skuplji, PVP-ov
  ključni pristupi sprječavanju zbijanja zemljišta uključuju dodavanje organske tvari (poput komposta i vraćanja slame na polje), primjenu huminske kiseline/biouglja (kako bi se poboljšala stabilnost agregata), ili optimizaciju oranja i obrade zemljišta (kako bi se izbjegla prekomjerna zbijenost). PVP-ov efekat protiv zbijanja je samo kratkoročna dopuna, a njegova jedinična cijena je znatno viša od cijene organskih gnojiva (približno 5-10 puta viša od organskih gnojiva). To čini da korištenje PVP-a na velikim poljoprivrednim površinama nije ekonomično, te je prikladnije za manje, usmjerene primjene (poput uzgoja sadnica i posuda za biljke).
• Prekomjerna upotreba može utjecati na propusnost tla.
  Ako je koncentracija PVP-a previsoka (npr. više od 1%, u odnosu na suvu težinu tla), njegovi polimerni lanci mogu formirati „prekomerno povezan“ gel sloj između čestica tla, koji zatim blokira poroznost tla i dovodi do smanjene propusnosti (slično „zasićenosti tla kisikom i zbijanju“), pogotovo kod glinenih zemljišta. Rizik je veći.
• Ograničena degradabilnost u okolini, te je potrebno kontrolisati dozu.
  Stopa degradacije PVP-a u prirodnom tlu je spora (potpuna degradacija traje od nekoliko mjeseci do nekoliko godina, u zavisnosti od aktivnosti mikroorganizama). Dugotrajna prekomjerna upotreba može dovesti do nakupljanja visokomolekularnih polimera u tlu. Iako nema jasnu toksičnost, može utjecati na aktivnost mikroorganizama u tlu (npr. inhibirati neke bakterije koje razgrađuju organsku materiju). Potrebno je pratiti princip „niska koncentracija, kratkoročna upotreba“ (pojedinačna doza ne bi trebala premašiti 0,5% suhe težine tla).
• Nije pogodno za sve tipove tla
  • Pijeskovito tlo (dobra propusnost za zrak, ali loša zadržavanje vode): PVP-ova sposobnost zadržavanja vode i disperzije može blago poboljšati zadržavanje plodnosti tla, ali ima malo uticaja na sprečavanje zbijanja (pijeskovito tlo se ionako slabo zbijа);
  • Slatina i alkalni zemljišni tip (visoka koncentracija soli, visok pH): adsorpciju PVP-a mogu ometati joni soli, efekat je znatno smanjen, te ne može poboljšati problem zaslanjivanja zemljišta (potrebne su posebne dodatke kao što su gips i desulfurirani gips).

Rezimiraj

PVP može imati ulogu u sprečavanju zbijanja zemljišta, privremeno zadržavanje vode i postepenom oslobađanju hranljivih materija , ali treba jasno naglasiti:

• Njegov efekat na zbijanje zemljišta je "pomoćan i privremen", daleko inferiorniji u odnosu na tradicionalne dodatke poput organskih gnojiva i huminske kiseline, te nije pogodan za korištenje kao osnovni materijal za sprečavanje zbijanja zemljišta;
• Više je pogodan za male i precizne primjene (npr. podloge za izdanke i zemlja za posude) nego za velike poljoprivredne površine;
• Koncentracija mora strogo kontrolirati tokom upotrebe (0,1%~0,5%) kako bi se izbjegla prekomjerna upotreba koja može dovesti do smanjenja propustljivosti vazduha ili akumulacije u okolini.

Ako je potrebna dugoročna i učinkovita prevencija zbijanja tla, ključ je još uvijek postići to kroz "povećanu primjenu organske tvari + razumnu obradu + znanstveno navodnjavanje". PVP se može koristiti samo kao dodatni sredstvo u posebnim slučajevima.