Koje vrste tla nisu pogodne za PVP?

Pogodnost PVP-a (polivinilpirrolidona) za tlo u velikoj je mjeri ovisna o fizičkim i kemijskim svojstvima tla fizičkim i kemijskim svojstvima (kao što su sastav čestica, pH, salinitet i sadržaj organske tvari) te osnovnim problemima (poput zbijenosti, zadržavanja vode i potreba za remedijacijom zagađenja). Sljedeće vrste tla uglavnom nisu pogodne za upotrebu PVP-a ili zahtijevaju stroge ograničenja u upotrebi zbog "nemogućnosti PVP-a da riješi osnovne probleme", "sklonosti negativnim efektima" ili "izuzetno loše ekonomičnosti":

1. Slatko-kiselo tlo (pH > 8,5, EC > 4 ms /cm): PVP nije učinkovit i može pogoršati štetu od soli

Osnovni problem slatko-kiselog tla je visoka koncentracija ionskih soli (kao što su Na⁺ i Cl⁻ ) i visoka vrijednost pH-a , što dovodi do disperzije koloida u tlu, loše propusnosti i poteškoća kod upijanja vode kod korijena biljaka. PVP nije samo neefikasan na takvim tlima, već može imati i negativne efekte iz sljedećih razloga:

• Visokosolna sredina uništava funkciju adsorpcije i zadržavanja vode kod PVP-a.
  Velika količina kationa kao što su Na⁺ i Ca²⁺ u slano-lužnatom tlu će konkurentski djelovati s polarnim grupama (amidnim grupama) na molekularnom lancu PVP-a za vezivna mjesta, time oslabljujući sposobnost PVP-a da vezuje čestice tla. „Zaštitni polimerni film“ koji bi se inače formirao ne može se stabilno pričvrstiti, pa je anti-zbijajući efekat potpuno neefikasan. U isto vrijeme, visoka koncentracija soli može uništiti trodimenzionalnu strukturu PVP hidrogela, usljed čega njegova sposobnost zadržavanja vode opada za više od 50% (ne može zadržati vlagu i može ubrzati isparavanje).
• Visoka pH vrijednost inhibira adsorpciju teških metala kod PVP-a (ukoliko je potrebna remedijacija).
  Ako je slano-lučna zemljišta zagađena i teškim metalima, adsorpcija Pb²⁺ i Cd²⁺ putem PVP-a ovisi o "vezivanju koordinacionih veza", a visoka vrijednost pH (>8.5) oslabit će protonaciju amidne grupe PVP-a, značajno smanjiti koordinacionu sposobnost, pa čak može dovesti do desorpcije adsorbovanih jona teških metala, što povećava rizik od apsorpcije kod useva.
• ne rješava osnovni problem slano-lučnih tla i može pogoršati štetu uzrokovanu solju
  . Ne posjeduje sposobnost da smanji nivo soli ili reguliše pH. Ključni pristupi poboljšanju slano-lučnih tala su ispiranje i odvodnja soli, primjena gipsa/desulfurisanog gipsa za smanjenje lučnosti i povećana upotreba organskih đubriva za poboljšanje koloidne strukture. Korištenje PVP-a nije samo ekonomično, ali njegovi ostaci polimernih lanaca također mogu stvoriti komplekse sa jonima natrijuma u tlu, koji blokiraju poroznu strukturu tla i dodatno pogoršavaju propusnost.

2. Teška glina (sadržaj gline > 40%): sklonost „anoksiji i zbijanju“, efekat je daleko gori nego kod tradicionalnih poboljšivača

Osnovni problem teške gline je fine čestice, mala pora, loša propustljivost vazduha i laka akumulacija vode te zbijenost . Poboljšanje zahtijeva „povećanje stabilnosti agregatne strukture“ (npr. povećanje primjene organskih đubriva i biouglja), a ne kratkoročni disperzivni efekat PVP-a. Razlozi zbog kojih se PVP ne preporučuje za tešku glinu su sljedeći:

• Prekomjerna upotreba PVP-a može lako začepljivati pore i pogoršavati
  uski pori kiseonikom siromašne teške glinene zemlje. Ako se koristi PVP (naročito u koncentraciji većoj od 0,2%), njegovi polimerni lanci formirat će „prekomerno premostjeni gel sloj“ između čestica tla, potpuno blokirajući kapilarne i ventilacione pore. Nakon zalijevanja, voda ne može prodirati, a korijenje ne može disati, već umjesto toga dovodi do „anoksične zbijenosti“ (truljenje korijena biljaka i žutjenje listova), što je ozbiljnije od problema nereciklisane teške glinene zemlje.
• PVP ne uspijeva formirati stabilne agregate, a njegov efekat protiv zbijanja je kratkotrajan.
  Osnovni razlog za zbijenost teškog glinenog tla je nedostatak organske materije, što sprječava čestice u tlu da formiraju vodom stabilne agregate. Iako PVP može raspršiti čestice na kratki rok, rezultirajući "mikroagregati" su privremene fizičke strukture (raspadaju se pri jakim kišama ili navodnjavanju) i ne mogu zamijeniti "dugotrajno stabilne agregate" koje formiraju organska đubriva. Nakon jedne do dvije sedmice korištenja, tlo će se ponovo zbijati, a ostaci PVP-a mogu povećati njegovu tvrdoću.
• Ekonomska efikasnost je izuzetno loša. Tradicionalna poboljšivača su efikasnija.
  Teški glineni tip tla zahtijeva veliku količinu poboljšivača kako bi bio učinkovit. Ako se koristi PVP (cijena 20-30 juana/kg), potrebna količina po mou iznosi 300-500 kg (koncentracija 0,2%), a cijena prelazi 6.000 juana, što je znatno više u odnosu na organska đubriva (50-100 juana/mu) ili biougljen (200-300 juana/mu), a efekat je gori, pa je stoga potpuno nepraktično.

3. Pijeskovito tlo (sadržaj pijeska > 80%): PVP se lako gubi, efekat je kratkotrajan, a cijena visoka.

Osnovni problem pijeskovitog tla je slaba sposobnost zadržavanja vode i gnojiva, grubih čestica i slabe adsorpcione sposobnosti , ali se ne sabija lako (velike pore između čestica). Iako PVP može privremeno zadržati vlagu u pijeskovitom tlu, općenito nije pogodan za upotrebu zbog "lakog gubitka, potrebe za čestim nanošenjem i loše ekonomske isplativosti":

• PVP ima slabu adsorpcionu sposobnost i lako se gubi pod dejstvom kiše/navodnjavanja.
  Čestice pijeska su grubih struktura (mala specifična površina) i imaju slabu vezivnu silu s PVP molekulama (uglavnom se oslanjaju na slabe vodikove veze). Prilikom zalijevanja ili kiše, PVP lako prodire u duboko tlo zajedno s vodom (izvan dosega korijena biljaka), što uzrokuje brzo smanjenje koncentracije PVP-a u površinskom sloju tla – efekat zadržavanja vode traje samo 2 do 3 dana, a ponovljena primjena svakih 3 do 5 dana je neophodna, što je naporan postupak.
• Niske zahtjevi za anti-kompakcijom, funkcionalnost PVP-a je višak.
  Pjeskovita tla imaju velike međučestične pore, zbog čega je "gusto sažimanje" praktički nemoguće (može doći samo do manjeg pucanja uslijed sušenja površine, bez potrebe za PVP-om). Osnovna funkcija PVP-a (zaštita od kompakcije) potpuno je nepotrebna na pjeskovitim tlima, dok se njegova ograničena funkcija zadržavanja vode može postići niskim troškovima korištenjem metoda poput prekrivanja slamom i dodavanja humusne kiseline, bez potrebe za korištenjem PVP-a.
• Dugotrajna upotreba može dovesti do želiranja površine
  često korištenje PVP-a na pješčanom tlu može uzrokovati nakupljanje PVP-a koji nije izgubljen na površini, stvarajući „tanki gelasti sloj“ – iako ovaj sloj može zadržavati vlagu, on će ometati prodiranje zraka u tlo, uzrokujući hipoksiju korijenja na površini (kao što je pozorno crnjenje površinskih vlaknastih korijena pšenice i kukuruza), što dalje utiče na rast usjeva.

4. Tlo s izuzetno niskim sadržajem organske materije (sadržaj organske materije <0,5%): PVP ne može funkcionisati i može uticati na mikroorganizme

Osnovni problem tla s izuzetno niskim sadržajem organske materije (kao što su siromašna, vjetrom raznosička pješčana tla i gola tla koja su dugo bila pod erozijom) je nedostatak koloida u tlu, niska aktivnost mikroorganizama i labava struktura (ili zbijeno tlo bez osnove za poboljšanje) . PVP je neefikasan na takvim tlima iz sljedećih razloga:

• Bez prisustva organske materije, PVP ne može formirati mikroagregate.
  PVP mora da se oslanja na koloidne čestice u zemljištu (kao što je humus) kao „tačke sidrenja“ kako bi formirao „mikroagregate“, ali zemljište koje nema organsku materiju skoro uopšte nema koloida – molekularni lanci PVP-a se ne mogu stabilno povezati sa česticama zemljišta i ili odlaze vodom ili se haotično raspršuju po zemljištu, te ne mogu sprečiti zbijanje niti zadržati vlagu.
• Inhibira preostale mikroorganizme i pogoršava siromašenje zemljišta.
  Broj mikroorganizama u zemljištu bez organske materije već je vrlo mali (slaba sposobnost razlaganja), a visokomolekularni lanci PVP-a mogu se vezivati za površinu mikroorganizama, inhibirajući njihove metaboličke aktivnosti (poput razlaganja malih količina organske materije i fiksiranja azota), što dodatno smanjuje plodnost zemljišta i stvara poroki krug „što više koristiš, to je lošije“.
• Ključ poboljšanja zemljišta je nadoknađivanje organske materije. PVP ne može potpuno zamijeniti
  ovu vrstu zemljišta. Jedini način da se poboljša ova vrsta zemljišta je „dodavanje velikih količina organske tvari“ (kao što su kompostiranje, vraćanje slame u polje i uzgoj zelenog đubriva). Kada sadržaj organske tvari poraste iznad 1%, mogu se razmotriti dodatne mjere poboljšanja. Korištenje PVP-a nije samo ekonomično, već i odlaže proces temeljnih poboljšanja.

5. Zemljište snažno zagađeno teškim metalima (koncentracija teških metala > 200 mg/kg): sposobnost adsorpcije PVP-a je nedovoljna, što može lako dovesti do sekundarnih problema

PVP može pomoći u sanaciji blago zagađenog zemljišta teškim metalima (koncentracija <100 mg/kg) i potpuno je neprikladno za snažno zagađena zemljišta (kao što su zemljišta oko rudarskih područja, sa koncentracijama Pb/Cd >200 mg/kg) iz sljedećih razloga:

• Kapacitet adsorpcije je ograničen i ne može smanjiti aktivnost teških metala.
  PVP-ova adsorpcija teških metala zavisi od pirrolidonskog prstena na molekularnom lancu. Kapacitet adsorpcije jednog grama PVP-a je samo 0,5~2 mg (zavisno od vrste voća i povrća). Kod jako zagađenih tla potrebne su izuzetno visoke koncentracije PVP-a (>1%) za adsorpciju nekih teških metala – ali visoke koncentracije PVP-a mogu začeprkati poroznost tla, što dovodi do hipoksije, a time i do pogoršanja oštećenja useva.
• Potpuno uklanjanje teških metala je nemoguće, može se samo „privremeno stabilizirati“.
  PVP-ova adsorpcija teških metala je „reverzibilna“ (može desorbirati u kiseloj sredini ili pri visokim koncentracijama drugih katjona). Ako pH jako zagađenog tla kasnije opadne (npr. zbog kisele kiše), apsorbovani teški metali ponovo će biti oslobađeni, što uzrokuje sekundarno zagađenje. Problem se time ne može temeljito riješiti (potrebne su profesionalne tehnologije kao što su „isperavanje“ i „fitoremedijacija“).

Sažetak: Osnovne karakteristike tla koja nisu pogodna za upotrebu PVP-a

Ključ za određivanje da li je tlo pogodno za PVP je to Da li PVP može riješiti osnovne probleme tla bez uzrokovnja negativnih sporednih efekata . Slijedeća tla ispunjavaju osnovne karakteristike „nepogodnosti“:

• Osnovni problemi se ne mogu riješiti pomoću PVP-a (kao što su „smanjenje soli i podešavanje pH“ u slano-lužnatom tlu, „stabilizacija agregata“ u teškim glinenim tlima i „dodavanje đubriva“ tlima kojima nedostaje organska materija);
• Novi problemi se lako mogu pojaviti zbog karakteristika PVP-a (kao što su „hipoksija“ u teškim glinenim tlima, „gubitak i rasipanje“ u pješčanim tlima i „sekundarno otpuštanje“ u jako zagađenim tlima);
• Ekonomski učinak je izuzetno loš (na primjer, teška glinena i pješčana tla zahtijevaju veliku količinu PVP-a, čiji trošak je mnogo veći od tradicionalnih dodataka).

Osnovna logika poboljšanja tla je da se „poduzmu ciljane mjere za rješavanje osnovnih problema“ (kao što su ispiranje soli iz slano-lužnatih tala i dodavanje organskih gnojiva na teškim glinenim tlima). PVP je samo „pomoćni sredstvo u posebnim situacijama“ i ne može zamijeniti tradicionalne mjere poboljšanja, a kamoli se koristiti za gore navedene neprimjerene tipove tla.