Quin paper fa el PVP al sòl? Pot prevenir la compactació del sòl?

Com a polímer soluble en aigua, el PVP (polivinilpirrolidona) s'utilitza principalment en aplicacions al sòl a causa de la seva retenció d'aigua, dispersibilitat i adsorció propietats. Tot i que pot ajudar a la millora del sòl, no és un material bàsic o principal per a la millora del sòl. Tot i que té un cert efecte auxiliar en la prevenció de la compactació del sòl, això requereix una consideració acurada de les característiques del sòl i un ús adequat, i la seva eficàcia és més feble que la dels condicionadors del sòl tradicionals (com ara fertilitzants orgànics i àcid húmic). el seu mecanisme d'acció específic, els escenaris aplicables i les limitacions es poden explorar des de les tres perspectives següents:

1. El paper auxiliar del PVP en la "prevenció de la compactació del sòl": millorant l'estructura del sòl

La causa principal de la compactació del sòl és mala agregació de partícules del sòl i manca de matèria orgànica , cosa que resulta en una forta adherència entre les partícules i una porositat reduïda (que dificulta la penetració de l'aire i l'aigua). El PVP pot millorar lleugerament aquest problema mitjançant "l'adsorció física" i la "dispersió de partícules". El mecanisme específic és el següent:

• Grups polars (com ara amides) a la cadena molecular de PVP s'adsorbeixen a les superfícies de les partícules del sòl (com ara argila i llim) mitjançant enllaços d'hidrogen i forces de van der Waals, formant una "pel·lícula protectora de polímer" a la superfície exterior de les partícules. Aquesta pel·lícula
  redueix l'adhesió directa entre les partícules del sòl (evitant que les partícules d'argila s'aglomerin a causa dels efectes electrostàtics) alhora que augmenta la lubricitat interpartícula, reduint la probabilitat de compactació després de la compactació.
  Per exemple en sòls argilosos propensos a la compactació, el tractament amb PVP de baixa concentració (0,1%-0,5% basat en el pes sec del sòl) pot augmentar la dispersió de partícules del sòl entre un 10% i un 15% i reduir la duresa superficial aproximadament un 20% després de regar (amb l'afluixament adequat del sòl).
• polímer
  les cadenes actuen com a "ponts", connectant suaument partícules de sòl disperses (com ara sorra i llim) en agregats de mida micrònica (en lloc de grans grumolls ben compactats). Aquests microagregats creen petits porus que retenen l'aigua (reduint la compactació induïda per l'evaporació) alhora que permeten que l'aire penetri, evitant que el sòl hermètic es compacti.
  Nota : L'estructura de microagregats formada per PVP és menys estable i no pot substituir els "àrids estables en aigua" (resistència a llarg termini a l'erosió i la compactació) formats pels fertilitzants orgànics i l'àcid húmic. Només pot proporcionar un alleujament a curt termini de la compactació i requereix una reposició regular o la combinació amb altres esmenes.
• Reduir la compactació superficial causada per l'evaporació de l'aigua
  El PVP té una certa capacitat de retenció d'aigua (pot absorbir aigua diverses vegades el seu propi pes per formar un hidrogel), que pot adherir-se a la superfície del sòl i alentir la ràpida evaporació de l'aigua. La superfície del sòl és propensa a "assecar-se i esquerdar-se" a causa de la pèrdua sobtada d'aigua (com ara el sòl nu a les zones àrides). L'efecte de retenció d'aigua del PVP pot reduir aquest risc i mantenir l'estat solt del sòl superficial.

2. Altres funcions auxiliars del PVP al sòl (nucli no antienduriment)

A més d'ajudar a prevenir la compactació del sòl, el PVP també pot, en funció de les seves característiques, tenir les funcions següents al sòl, però aquestes són majoritàriament "aplicacions auxiliars" en lloc de necessitats essencials:

• Agent de retenció d'aigua del sòl (aplicació a curt termini i a petita escala):
  El PVP absorbeix aigua per formar un hidrogel que allibera lentament la humitat, augmentant el contingut d'humitat del sòl. Això és especialment adequat per a plàntules, plantes en test o petites zones de terra en regions àrides (com ara substrats per a plantes suculentes i de plàntules de verdures). Per exemple, afegir un 0,2%–0,5% de PVP al substrat de plàntules pot augmentar la seva capacitat de retenció d'aigua entre un 15% i un 25%, reduint la freqüència de reg i evitant la compactació del substrat causada per l'excés de reg.
  Limitacions la capacitat de retenció d'aigua del PVP és més feble que la dels agents especialitzats de retenció d'aigua del sòl (com la poliacrilamida (PAM) i els àcids húmics), i el seu cost més elevat el fa inadequat per a l'aplicació en terres agrícoles a gran escala.
• Com a portador d'alliberament lent per a fertilitzants i pesticides (augmentant la seva utilització)
  , el PVP pot immobilitzar fertilitzants solubles en aigua (com ara fertilitzants nitrogenats i potàssics) o pesticides de baixa tòxicitat al sòl mitjançant "encapsulació" o "adsorció", alentint la seva lixiviació i pèrdua (impedint que s'infiltrin a capes més profundes del sòl amb aigua de pluja), aconseguint una "alliberació lenta". Per exemple, quan el PVP es barreja amb urea i s'aplica al sòl, el període d'alliberament de la urea es pot allargar d'una a dues setmanes a tres a quatre setmanes, reduint el malbaratament de nutrients i evitant la salinització del sòl causada per l'alliberament concentrat de fertilitzants (que també pot agreujar indirectament la compactació del sòl).
• Adsorció d'ions de metalls pesants (remediació assistida de sòls lleugerament contaminats): l'anell de pirrolidona de la cadena molecular de PVP pot adsorber ions de metalls pesants (com ara
  Pb²⁺, Cu²⁺ i Cd²⁺) al sòl mitjançant la coordinació, reduint la seva biodisponibilitat (reduint l'absorció pels cultius). Això el fa adequat per a terres de conreu o sòls en test amb contaminació lleu de metalls pesants per exemple, afegir un 0,5%–1% de PVP a sòl contaminat amb Pb²⁺ pot reduir l'absorció dels cultius entre un 20% i un 30%. Tanmateix, això no elimina completament els metalls pesants i requereix tècniques de remediació addicionals (com ara la lixiviació i la fitoremediació).

3. Consideracions clau (limitacions) per a l'ús de PVP per millorar el sòl

El PVP no és un material especial dissenyat per a la millora del sòl. Té limitacions òbvies en les aplicacions pràctiques i s'ha d'evitar dependre'n massa:

• Menys efectives que les esmenes tradicionals i més cares, les PVP
  els principals mètodes per prevenir la compactació del sòl inclouen suplementant amb matèria orgànica (com ara compost i retornar la palla al camp), aplicació d'àcid húmic/biocarbó (per millorar l'estabilitat dels agregats), o optimització de les pràctiques de conreu (per evitar una compactació excessiva). L'efecte anticompactació del PVP és només un suplement a curt termini, i el seu preu unitari és significativament més alt que el dels fertilitzants orgànics (aproximadament de 5 a 10 vegades superior al dels fertilitzants orgànics). Això el fa poc econòmic per a aplicacions agrícoles a gran escala i és més adequat per a aplicacions més petites i específiques (com ara el cultiu de plàntules i plantes en test).
• L'ús excessiu pot afectar la permeabilitat del sòl.
  Si la concentració de PVP és massa alta (per exemple, més de l'1%, basat en el pes sec del sòl), les seves cadenes de polímers poden formar una capa de gel "sobrereticulada" entre les partícules del sòl, que al seu torn bloqueja els porus del sòl i condueix a una disminució de la permeabilitat (similar a la "hipòxia i compactació del sòl"), especialment en sòls argilosos. El risc és més alt.
• La degradabilitat ambiental és limitada i cal controlar la dosi.
  La velocitat de degradació del PVP en sòl natural és lenta (la degradació completa triga de diversos mesos a diversos anys, depenent de l'activitat dels microorganismes). L'ús excessiu a llarg termini pot conduir a l'acumulació de polímers d'alt pes molecular al sòl. Tot i que no té una toxicitat clara, pot afectar l'activitat dels microorganismes del sòl (com ara la inhibició d'alguns bacteris que descomponen la matèria orgànica). Cal seguir el principi de "baixa concentració, ús a curt termini" (una dosi única no ha de superar el 0,5% del pes sec del sòl).
• No apte per a tots els tipus de sòl
  • Sòl sorrenc (bona permeabilitat a l'aire però poca retenció d'aigua): els efectes de retenció i dispersió d'aigua del PVP poden millorar lleugerament la retenció de la fertilitat del sòl, però tenen poc efecte en la prevenció de la compactació (el sòl sorrenc en si no és fàcil de compactar);
  • Sòl salí-alcalí (alt contingut de sal, pH alt): l'adsorció de PVP pot ser interferida per ions de sal, l'efecte es redueix considerablement i no pot millorar el problema de la salinització del sòl (calen esmenes especials com el guix i el guix dessulfurat).

Resumir

El PVP pot tenir un paper en la prevenció de la compactació del sòl, la retenció d'aigua a curt termini i l'alliberament lent de nutrients , però cal aclarir que:

• El seu efecte sobre la compactació del sòl és "auxiliar i a curt termini", molt inferior a les esmenes tradicionals com els fertilitzants orgànics i l'àcid húmic, i no és adequat com a material central per evitar la compactació del sòl;
• Més adequat per a escenes petites i delicades (com ara substrats de plàntules i terra per a testos) que per a terres de conreu a gran escala;
• La concentració s'ha de controlar estrictament (0,1% ~ 0,5%) durant l'ús per evitar un ús excessiu que pugui provocar una disminució de la permeabilitat a l'aire o acumulació ambiental.

Si cal una prevenció a llarg termini i eficaç de la compactació del sòl, la clau continua sent aconseguir-la mitjançant "l'augment de l'aplicació de matèria orgànica + l'agricultura raonable + el reg científic". El PVP només es pot utilitzar com a mitjà suplementari en escenaris especials.