Quins tipus de sòl no són adequats per al PVP?

L'adequació del PVP (polivinilpirrolidona) al sòl depèn en gran mesura de les propietats físiques i químiques (com la composició de partícules, pH, salinitat i contingut de matèria orgànica) i dels problemes principals (com la compactació, la retenció d'aigua i les necessitats de remediació de la contaminació). Els següents tipus de sòls generalment no són adequats per a l'ús de PVP o requereixen restriccions estrictes en el seu ús degut a "la incapacitat del PVP per abordar els problemes principals", "propensió a efectes negatius" o "economia extremadament deficient":

1. Sòl salí-alcalí (pH > 8,5, CE > 4 ms/cm): el PVP és ineficac i pot agreujar els danys causats per la sal

El problema principal del sòl salí-alcalí és alta concentració d'ions salins (com Na⁺ i Cl⁻ ) i un valor de pH elevat , cosa que provoca la dispersió dels col·loids del sòl, una mala permeabilitat i dificultats perquè les arrels dels cultius absorbeixin aigua. El PVP no només és ineficaç en aquests sòls, sinó que també pot tenir efectes negatius per les raons següents:

• L'entorn de salinitat elevada destrueix la funció d'adsorció i retenció d'aigua del PVP.
  Una gran quantitat de cations com Na⁺ i Ca²⁺ en el sòl salí-alcalí competiran amb els grups polars (grups amida) de la cadena molecular del PVP pels llocs d'unió, debilitant així la capacitat del PVP per adsorbir partícules del sòl. La "pel·lícula protectora de polímer" que hauria pogut formar-se no es pot fixar de manera estable, i l'efecte antiremuguit és completament ineficaç. Al mateix temps, l'elevada concentració de sal destrueix l'estructura tridimensional del hidrogel de PVP, provocant una caiguda de més del 50 % de la seva capacitat de retenció d'aigua (no pot retenir la humitat i pot accelerar-ne l'evaporació).
• Un pH elevat inhibeix l'adsorció de metalls pesants pel PVP (si es requereix remediació).
  Si el sòl salí-alcalí també està contaminat amb metalls pesants, l'adsorció de Pb²⁺ i Cd²⁺ per part del PVP depèn de la "unió mitjançant enllaços de coordinació", i un valor alt de pH (>8.5) debilitarà la protonació del grup amida del PVP, reduint significativament la capacitat de coordinació i fins i tot podent provocar la desadsorció dels ions metàl·lics pesants adsorbits, cosa que al seu torn augmenta el risc d'absorció per les conreus.
• no aborda el problema fonamental del sòl salí-alcalí i pot exacerbar els danys causats per la sal
  . No té capacitat per reduir els nivells de sal o ajustar el pH. Els principals mètodes per millorar els sòls salins-alcalins són el rentat i drenatge de la sal, l'aplicació de guix o guix desulfurat per reduir els nivells d'alcalinitat, i l'augment de l'aplicació d'adobs orgànics per millorar l'estructura col·loidal. L'ús de PVP no només no és econòmic, sinó que les cadenes polimèriques residuals també poden combinar-se amb ions de sodi del sòl, formant complexos sal-polímer que obturen els porus del sòl i empitjoren encara més la permeabilitat.

2. Argila pesada (contingut d'argila > 40%): propensa a "anòxia i compactació", l'efecte és molt pitjor que els milloradors tradicionals

El problema fonamental de l'argila pesada és partícules fines, porus petits, baixa permeabilitat a l'aire i acumulació fàcil d'aigua i compactació . La millora requereix "potenciar l'estabilitat de l'estructura agregada" (com ara augmentar l'aplicació d'adobs orgànics i biocarboni) en lloc de l'efecte dispersant a curt termini del PVP. Les raons per les quals l'argila pesada no és adequada per al PVP són les següents:

• Un excés de PVP pot obstruir fàcilment els porus i agreujar
  els porus estrets d'argila pesada deficients en oxigen. Si s'utilitza PVP (especialment a una concentració superior al 0,2%), les seves cadenes polimèriques formaran una "capa de gel excessivament reticulada" entre les partícules del sòl, blocant completament els porus capil·lars i porus de ventilació. Després del reg, l'aigua no pot penetrar i les arrels no poden respirar, sinó que provoquen un "compactació anaeròbica" (les arrels de les conreus es podreen i les fulles es tornen grogues), que és més greu que el problema de l'argila pesada sense tractar.
• El PVP no aconsegueix formar agregats estables, i el seu efecte antipressió és de curta durada.
  La raó fonamental de la compactació del sòl argilós pesat és la manca de matèria orgànica, la qual impedeix que els col·loides del sòl formin agregats estables a l'aigua. Encara que el PVP pugui dispersar les partícules a curt termini, els "microagregats" resultants són estructures físiques temporals (que es desfan amb pluges fortes o reg) i no poden substituir els "agregats estables a llarg termini" formats per fertilitzants orgànics. Al cap d'una o dues setmanes d'ús, el sòl tornarà a compactar-se, i el residu de PVP pot augmentar-ne la duresa.
• L'eficiència econòmica és extremadament baixa. Els milloradors tradicionals són més eficients.
  L'argila pesada requereix una gran quantitat de milloradors per ser efectiva. Si s'utilitza PVP (cost 20-30 yuan/kg), la dosi per mu ha de ser de 300-500 kg (concentració 0,2%), i el cost supera els 6.000 yuan, molt més alt que el fertilitzant orgànic (50-100 yuan/mu) o el biocarbur (200-300 yuan/mu), i l'efecte és pitjor, per tant és completament impracticable.

3. Sòl arenós (contingut de sorra > 80%): el PVP es perd fàcilment, l'efecte és de curta durada i el cost és elevat.

El problema fonamental del sòl arenós és la seva pobra capacitat de retenció d'aigua i fertilitzants, partícules gruixudes i baixa capacitat d'adsorció , però no es compacta fàcilment (porus grans entre partícules). Encara que el PVP pot retenir aigua al sòl arenós durant un curt període, generalment no és adequat per al seu ús degut a la seva "fàcil pèrdua, necessitat d'aplicacions freqüents i baixa eficiència econòmica":

• El PVP té una baixa capacitat d'adsorció i es perd fàcilment amb la pluja/l'irrigació.
  Les partícules del sòl arenós són gruixudes (petita superfície específica) i tenen una força d'unió feble amb les molècules de PVP (principalment mitjançant enllaços d'hidrogen febles). Quan s'hi aporta aigua o plou, el PVP pot penetrar fàcilment al sòl profund juntament amb l'aigua (més enllà de l'abast d'absorció de les arrels dels conreus), fet que provoca una caiguda ràpida de la concentració de PVP al sòl superficial: l'efecte de retenció d'aigua només dura de 2 a 3 dies, i cal aplicar-lo repetidament cada 3 a 5 dies, cosa que resulta incòmoda.
• Requisits baixos d'anti-compactació, la funcionalitat del PVP és redundant.
  Els sòls arencs tenen porus grans entre partícules, fet que fa gairebé impossible la "compactació densa" (només poden aparèixer petites esquerdes degudes a la sequera superficial, sense necessitat de PVP). La funció principal del PVP (anti-compactació) és completament redundant en sòls arencs, i la seva limitada funció de retenció d'aigua es pot assolir mitjançant mètodes de baix cost com la mulching amb palla o l'aplicació d'àcid húmic, sense haver de recórrer al PVP.
• L'ús prolongat pot provocar la gelificació de la superfície
  l'aplicació freqüent de PVP en sòls sorrencs pot fer que el PVP que no s'ha perdut s'acumuli a la superfície, formant una "capa fina de gel"; encara que aquesta capa pugui retenir aigua, dificultarà l'entrada d'aire al sòl, provocant hipòxia arrelada superficial (com ara ennegriment de les arrels fibroses superficials del blat o del blat de moro), fet que afecta negativament el creixement dels cultius.

4. Sòl amb contingut extremadament baix de matèria orgànica (contingut de matèria orgànica <0,5%): el PVP no pot funcionar i pot afectar els microorganismes

El problema fonamental dels sòls amb contingut extremadament baix de matèria orgànica (com ara sòls sorrencs pobres o sòls nus erosionats durant molt de temps) és la manca de col·loïdes al sòl, l'escassa activitat microbiana i una estructura fluixa (o sòls compactats sense base per a la millora) . El PVP és ineficaç en aquests sòls per les raons següents:

• Sense suport de matèria orgànica, el PVP no pot formar microagregats.
  El PVP necessita confiar en els col·loides del sòl (com ara la humus) com a "punts d'ancoratge" per formar "microagregats", però el sòl que manca de matèria orgànica gairebé no té col·loides: les cadenes moleculars del PVP no poden combinar-se establement amb les partícules del sòl, i acaben desapareixent amb l'aigua o dispersant-se desordenadament al sòl, sense poder evitar la compactació ni retenir aigua.
• Inhibeix els microorganismes residuals i agreuja l'empobriment del sòl.
  El nombre de microorganismes en un sòl que manca de matèria orgànica ja és molt reduït (capacitat de descomposició feble), i les cadenes de gran pes molecular del PVP poden adherir-se a la superfície dels microorganismes, inhibint les seves activitats metabòliques (com ara descompondre petites quantitats de matèria orgànica o fixar nitrogen), reduint encara més la fertilitat del sòl i creant un cercle viciós de «quant més se n'utilitza, més empobreix».
• El nucli de la millora del sòl consisteix a replenir la matèria orgànica. El PVP no pot substituir completament
  aquest tipus de sòl. L'única manera d' millorar aquest tipus de sòl és «afegir grans quantitats de matèria orgànica» (com ara compost, retornar la palla al camp o plantar fertilitzants verds). Un cop el contingut de matèria orgànica augmenti per sobre de l'1%, es poden considerar mesures addicionals de millora. Utilitzar PVP no només és econòmic, sinó que també retarda el procés fonamental de millora.

5. Sòls greument contaminats per metalls pesants (concentració de metalls pesants > 200 mg/kg): la capacitat d'adsorció del PVP és insuficient, cosa que pot provocar fàcilment problemes secundaris

El PVP només pot ajudar en la remediació de sòls lleugerament contaminats per metalls pesants (concentració <100 mg/kg) i és completament inadequat per a sòls altament contaminats (com ara sòls propers a zones mineres, amb concentracions de Pb/Cd >200 mg/kg) per les raons següents:

• La capacitat d'adsorció és limitada i no pot reduir l'activitat dels metalls pesants.
  L'adsorció de metalls pesants per part del PVP depèn de l'anell de pirrolidona en la cadena molecular. La capacitat d'adsorció d'un sol gram de PVP és només de 0,5~2 mg (segons el tipus de fruita i veritable). Els sòls greument contaminats requereixen concentracions extremadament altes de PVP (>1%) per adsorbir alguns metalls pesants, però altes concentracions de PVP poden obturar els porus del sòl, provocant hipòxia, cosa que agreujarà els danys als cultius.
• És impossible eliminar completament els metalls pesants, i només es poden "fixar temporalment".
  L'adsorció de metalls pesants pel PVP és "reversible" (es desadsorbirà en un medi àcid o en presència d'altres cations en alta concentració). Si el pH del sòl en zones molt contaminades baixa posteriorment (per exemple, per pluges àcides), els metalls pesants adsorbitos es tornaran a alliberar, causant una contaminació secundària. El problema no es pot resoldre fonamentalment (calen tecnologies especialitzades com ara "lixiviació" i "fitorremediació").

Resum: Característiques principals dels sòls inapropiats per a l'ús de PVP

La clau per determinar si un sòl és adequat per a PVP és si PVP pot abordar els problemes principals del sòl sense causar efectes secundaris negatius . Els sòls següents compleixen les característiques fonamentals de ser "inadequats":

• Els problemes fonamentals no es poden resoldre amb PVP (com ara "reduir la salinitat i ajustar el pH" en sòls salins-alcalins, "estabilitzar agregats" en sòls argilosos pesats, i "afegir fertilitzant" a sòls amb manca de matèria orgànica);
• Poden aparèixer fàcilment nous problemes degut a les característiques del PVP (com ara "hipòxia" en sòls argilosos pesats, "pèrdua i desperdici" en sòls arenosos, i "alliberament secundari" en sòls molt contaminats);
• L'eficiència econòmica és extremadament dolenta (per exemple, els sòls argilosos pesats i arenosos requereixen una gran quantitat de PVP, el cost del qual és molt més elevat que els amendaments tradicionals).

La lògica fonamental de la millora del sòl és «prendre mesures específiques per abordar els problemes fonamentals» (com drenar la sal del sòl salí-alcalí o afegir fertilitzant orgànic al sòl argilós pesat). El PVP és només un «mitjà auxiliar en escenaris especials» i no pot substituir les mesures tradicionals de millora, ni molt menys utilitzar-se en els tipus de sòl inadients esmentats anteriorment.