Ποιοι τύποι εδάφους δεν είναι κατάλληλοι για το PVP;

Η καταλληλότητα του PVP (πολυβινυλοπυρρολιδόνης) στο έδαφος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις φυσικές και χημικές ιδιότητες (όπως η σύνθεση των σωματιδίων, pH, αλατότητα και περιεκτικότητα σε οργανική ύλη) και τα βασικά προβλήματα (όπως η συμπύκνωση, η διατήρηση νερού και οι ανάγκες αποκατάστασης ρύπανσης). Οι ακόλουθοι τύποι εδάφους δεν είναι γενικά κατάλληλοι για χρήση PVP ή απαιτούν αυστηρούς περιορισμούς στη χρήση του λόγω «ανικανότητας του PVP να αντιμετωπίσει τα βασικά προβλήματα», «προδιάθεσης σε αρνητικές επιπτώσεις» ή «εξαιρετικά κακής οικονομικής απόδοσης»:

1. Αλκαλικά-αλατώδη εδάφη (pH > 8,5, EC > 4 ms/cm): Το PVP είναι αναποτελεσματικό και μπορεί να επιδεινώσει τη ζημιά από το άλας

Το βασικό πρόβλημα των αλκαλικών-αλατωδών εδαφών είναι υψηλά επίπεδα ιόντων αλάτων (όπως Na⁺ και Cl⁻ ) και και υψηλή τιμή pH , που οδηγεί στη διασπορά των κολλοειδών του εδάφους, σε κακή διαπερατότητα και δυσκολία απορρόφησης νερού από τις ρίζες των καλλιεργειών. Το PVP δεν είναι μόνο αναποτελεσματικό σε τέτοια εδάφη, αλλά μπορεί επίσης να έχει αρνητικές επιπτώσεις για τους ακόλουθους λόγους:

• Περιβάλλον υψηλής αλατότητας καταστρέφει τη λειτουργία προσρόφησης και παρακράτησης νερού του PVP.
  Μεγάλη ποσότητα κατιόντων όπως Na⁺ και Ca²⁺ στο αλκαλικό-αλατώδες έδαφος θα ανταγωνιστεί τις πολικές ομάδες (ομάδες αμιδίου) στη μοριακή αλυσίδα του PVP για τις θέσεις δέσμευσης, αδυνατίζοντας την ικανότητα του PVP να προσροφά τα σωματίδια του εδάφους. Το «προστατευτικό πολυμερές φιλμ» που θα μπορούσε να δημιουργηθεί δεν μπορεί να προσφυστεί σταθερά, και η αντισυσσωματική δράση είναι εντελώς αναποτελεσματική. Ταυτόχρονα, το υψηλό περιεχόμενο αλάτων καταστρέφει την τρισδιάστατη δομή του υδρογέλη PVP, με αποτέλεσμα η ικανότητα παρακράτησης νερού να μειωθεί κατά περισσότερο από 50% (δεν μπορεί να δεσμεύσει την υγρασία και μπορεί να επιταχύνει την εξάτμιση).
• Υψηλή τιμή pH αναστέλλει την προσρόφηση βαρέων μετάλλων από το PVP (εάν απαιτείται αποκατάσταση).
  Αν το αλκαλικό έδαφος είναι επίσης μολυσμένο με βαρέα μέταλλα, η προσρόφηση των Pb²⁺ και Cd²⁺ από το PVP εξαρτάται από το «δεσμό συντονισμού», και η υψηλή τιμή pH (>8,5) θα εξασθενίσει τον προτονισμό της ομάδας αμίδιου του PVP, μειώνοντας σημαντικά τη δυνατότητα συντονισμού και ακόμη και προκαλώντας απορρόφηση των προσροφημένων ιόντων βαρέων μετάλλων, γεγονός που με τη σειρά του αυξάνει τον κίνδυνο απορρόφησης από τα καλλιέργεια.
• αποτυγχάνει να αντιμετωπίσει το βασικό πρόβλημα του αλκαλικού εδάφους και μπορεί να επιδεινώσει τη ζημιά από το αλάτι
  . Δεν έχει τη δυνατότητα να μειώσει τα επίπεδα αλάτων ή να ρυθμίσει το pH. Οι βασικές προσεγγίσεις για τη βελτίωση των αλκαλικών εδαφών είναι η εκπλύση και αποστράγγιση του αλατιού, η εφαρμογή γύψου/αποθειωμένου γύψου για μείωση των αλκαλικών επιπέδων και η αύξηση της χρήσης οργανικών λιπασμάτων για βελτίωση της κολλοειδούς δομής. Η χρήση PVP δεν είναι μόνο οικονομικά αποδοτική, αλλά οι υπολειμματικές αλυσίδες πολυμερούς μπορεί επίσης να συνδυαστούν με ιόντα νατρίου στο έδαφος, σχηματίζοντας σύμπλοκα άλατος-πολυμερούς που φράζουν τους πόρους του εδάφους και περαιτέρω επιδεινώνουν τη διαπερατότητα.

2. Βαρύ αργιλώδες έδαφος (περιεκτικότητα σε άργιλο > 40%): προδιάθεση σε «ανοξία και συμπύκνωση», το αποτέλεσμα είναι πολύ χειρότερο από τα παραδοσιακά βελτιωτικά

Το βασικό πρόβλημα του βαρέος αργιλώδους εδάφους είναι οι λεπτές σωματίδια, οι μικροί πόροι, η κακή διαπερατότητα στον αέρα και η εύκολη συσσώρευση νερού και συμπύκνωση . Η βελτίωση απαιτεί «ενίσχυση της σταθερότητας της δομής των συσσωματωμάτων» (όπως η αύξηση της χρήσης οργανικών λιπασμάτων και βιοάνθρακα) αντί για τη βραχυπρόθεσμη διασπαστική επίδραση του PVP. Οι λόγοι για τους οποίους το βαρύ αργιλώδες έδαφος δεν είναι κατάλληλο για PVP είναι οι εξής:

• Υπερβολική χρήση PVP μπορεί εύκολα να φράξει τους πόρους και να επιδεινώσει
  τα στενά πόρια του οξυγονούχου βαρέος αργίλου. Αν χρησιμοποιηθεί PVP (ιδιαίτερα σε συγκέντρωση > 0,2%), οι αλυσίδες πολυμερούς θα σχηματίσουν ένα «υπερ-διασυνδεδεμένο στρώμα γέλης» μεταξύ των σωματιδίων του εδάφους, φράζοντας πλήρως τους καπιλλαρικούς και τους πόρους αερισμού. Μετά την πότιση, το νερό δεν μπορεί να διεισδύσει και οι ρίζες δεν μπορούν να αναπνεύσουν, οδηγώντας αντ' αυτού σε «ανοξική συμπύκνωση» (σήψη των ριζών των καλλιεργειών και κίτρινο φύλλωμα), που είναι σοβαρότερο από το πρόβλημα του μη επεξεργασμένου βαρέος αργίλου.
• Το PVP αποτυγχάνει να σχηματίσει σταθερές συστάδες, και η αντίδρασή του στη συμπύκνωση είναι βραχύβια.
  Ο βασικός λόγος συμπύκνωσης του βαρέος αργιλώδους εδάφους είναι η έλλειψη οργανικής ύλης, κάτι που εμποδίζει τα εδαφικά κολλοειδή να σχηματίσουν σταθερές συσσωματώσεις έναντι του νερού. Ενώ το PVP μπορεί να διασκορπίσει τα σωματίδια προσωρινά, οι προκύπτουσες «μικροσυσσωματώσεις» είναι προσωρινές φυσικές δομές (οι οποίες διαλύονται με έντονη βροχή ή άρδευση) και δεν μπορούν να αντικαταστήσουν τις «μακροχρόνια σταθερές συσσωματώσεις» που σχηματίζονται από οργανικά λιπάσματα. Μετά από μία έως δύο εβδομάδες χρήσης, το έδαφος θα συμπαγεί ξανά, ενώ τα υπολείμματα PVP μπορεί να αυξήσουν τη σκληρότητά του.
• Η οικονομική απόδοση είναι εξαιρετικά κακή. Τα παραδοσιακά βελτιωτικά είναι πιο αποτελεσματικά.
  Το βαρύ αργιλώδες έδαφος απαιτεί μεγάλη ποσότητα βελτιωτικών για να είναι αποτελεσματικό. Αν χρησιμοποιηθεί PVP (κόστος 20-30 γιουάν/κιλό), η δοσολογία ανά μου πρέπει να είναι 300-500 κιλά (συγκέντρωση 0,2%), με κόστος άνω των 6.000 γιουάν, το οποίο είναι πολύ υψηλότερο από το οργανικό λίπασμα (50-100 γιουάν/μου) ή το βιοάνθρακα (200-300 γιουάν/μου), ενώ το αποτέλεσμα είναι χειρότερο, γεγονός που το καθιστά εντελώς απρακτικό.

3. Αμμώδης έδαφος (περιεκτικότητα σε άμμο > 80%): Το PVP χάνεται εύκολα, το αποτέλεσμα είναι βραχύβιο και το κόστος είναι υψηλό.

Το βασικό πρόβλημα με το αμμώδες έδαφος είναι η φτωχή του ικανότητα συγκράτησης νερού και λιπασμάτων, οι χονδρές κόκκινες δομές και η αδύναμη ικανότητα προσρόφησης , αλλά δεν συμπιέζεται εύκολα (μεγάλοι πόροι μεταξύ των κόκκων). Αν και το PVP μπορεί να διατηρήσει το νερό στο αμμώδες έδαφος για σύντομο χρονικό διάστημα, γενικά δεν είναι κατάλληλο για χρήση λόγω της "εύκολης απώλειας, των συχνών εφαρμογών και της κακής οικονομικής απόδοσης":

• Το PVP έχει αδύναμη ικανότητα προσρόφησης και χάνεται εύκολα με τη βροχή/άρδευση.
  Τα σωματίδια της αμμώδους γης είναι χοντρά (μικρή ειδική επιφάνεια) και έχουν ασθενή δεσμευτική δύναμη με τα μόρια PVP (κυρίως μέσω ασθενών δεσμών υδρογόνου). Όταν ποτίζεται ή βρέχει, το PVP διεισδύει εύκολα στα βαθύτερα στρώματα του εδάφους μαζί με το νερό (έξω από την περιοχή απορρόφησης των ριζών των καλλιεργειών), με αποτέλεσμα η συγκέντρωση του PVP στην επιφανειακή γη να μειώνεται γρήγορα — η δράση διατήρησης υγρασίας διαρκεί μόνο 2 έως 3 ημέρες, και απαιτείται επαναλαμβανόμενη εφαρμογή κάθε 3 έως 5 ημέρες, κάτι που είναι επίπονο.
• Χαμηλές απαιτήσεις αντίστασης συμπύκνωσης, η λειτουργικότητα του PVP είναι περιττή.
  Η αμμώδης γη έχει μεγάλους πόρους μεταξύ των σωματιδίων, καθιστώντας τη «πυκνή συμπύκνωση» σχεδόν αδύνατη (μπορεί να εμφανιστούν μόνο μικρές ρωγμές λόγω επιφανειακής ξηρασίας, χωρίς να χρειάζεται το PVP). Η βασική λειτουργία του PVP (αντίσταση συμπύκνωσης) είναι εντελώς περιττή στα αμμώδη εδάφη, ενώ η περιορισμένη λειτουργία διατήρησης υγρασίας μπορεί να επιτευχθεί με φθηνότερες μεθόδους, όπως η κάλυψη με άχυρο ή η εφαρμογή χουμικών οξέων, χωρίς να εξαρτώμαστε από το PVP.
• Η μακροχρόνια χρήση μπορεί να οδηγήσει σε γέλωση της επιφάνειας
  η συχνή εφαρμογή του PVP σε αμμώδη εδάφη μπορεί να προκαλέσει συσσώρευση του PVP που δεν έχει χαθεί στην επιφάνεια, δημιουργώντας ένα «λεπτό στρώμα γέλης»· αν και αυτό το στρώμα μπορεί να διατηρήσει την υγρασία, θα εμποδίσει την είσοδο του αέρα στο έδαφος, προκαλώντας υποξία στις ρίζες της επιφάνειας (όπως το μαύρισμα των επιφανειακών ινωδών ριζών του σίτου και του καλαμποκιού), με αποτέλεσμα την επίδραση στην ανάπτυξη των καλλιεργειών.

4. Έδαφος με εξαιρετικά χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη (περιεκτικότητα σε οργανική ύλη <0,5%): το PVP δεν μπορεί να λειτουργήσει και μπορεί να επηρεάσει τους μικροοργανισμούς

Το βασικό πρόβλημα των εδαφών με εξαιρετικά χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη (όπως φτωχά, από φυσική διαβροχή αμμώδη εδάφη και γυμνά εδάφη που έχουν διαβρωθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα) είναι η έλλειψη εδαφικών κολλοειδών, η χαμηλή δραστηριότητα των μικροοργανισμών και η χαλαρή δομή (ή συμπιεσμένα εδάφη χωρίς βάση για βελτίωση) . Το PVP είναι αναποτελεσματικό σε τέτοια εδάφη για τους ακόλουθους λόγους:

• Χωρίς τη στήριξη της οργανικής ύλης, το PVP δεν μπορεί να σχηματίσει μικροσυσσωματώματα.
  Το PVP πρέπει να βασίζεται σε εδαφικά κολλοειδή (όπως η χούμους) ως «σημεία αγκύρωσης» για το σχηματισμό «μικροσυσσωματωμάτων», αλλά το έδαφος που στερείται οργανικής ύλης δεν έχει σχεδόν καθόλου κολλοειδή — οι μοριακές αλυσίδες του PVP δεν μπορούν να συνδεθούν σταθερά με τα εδαφικά σωματίδια, και είτε εξαφανίζονται με το νερό είτε διασκορπίζονται άτακτα στο έδαφος, ανίκανα να αποτρέψουν τη συμπύκνωση ή να διατηρήσουν την υγρασία.
• Καταπνίγει τους υπολειμματικούς μικροοργανισμούς και επιδεινώνει την εδαφική εξαθλίωση.
  Ο αριθμός των μικροοργανισμών σε έδαφος που στερείται οργανικής ύλης είναι ήδη πολύ μικρός (ασθενής ικανότητα αποσύνθεσης), και οι υψηλού βαθμού αλυσίδες του PVP μπορεί να προσκολληθούν στην επιφάνεια των μικροοργανισμών, καταπνίγοντας τις μεταβολικές τους δραστηριότητες (όπως η αποσύνθεση μικρών ποσοτήτων οργανικής ύλης και η δέσμευση αζώτου), μειώνοντας περαιτέρω την εδαφική γονιμότητα και δημιουργώντας έναν κακό κύκλο του τύπου «όσο περισσότερο το χρησιμοποιείς, τόσο πιο φτωχό γίνεται».
• Η ουσία της βελτίωσης του εδάφους είναι η αναπλήρωση της οργανικής ύλης. Το PVP δεν μπορεί να αντικαταστήσει πλήρως
  αυτού του είδους το έδαφος. Ο μόνος τρόπος βελτίωσης αυτού του είδους του εδάφους είναι να «προστεθούν μεγάλες ποσότητες οργανικής ύλης» (όπως κομποστοποίηση, επιστροφή του σταριού στο χωράφι και φύτευση φυτών επιχώσεως). Μόλις το περιεχόμενο οργανικής ύλης αυξηθεί πάνω από 1%, μπορούν να ληφθούν υπόψη επιπλέον μέτρα βελτίωσης. Η χρήση PVP δεν είναι μόνο οικονομικά αποδοτική, αλλά επίσης καθυστερεί τη διαδικασία βασικής βελτίωσης.

5. Έδαφος σοβαρά μολυσμένο με βαρέα μέταλλα (συγκέντρωση βαρέων μετάλλων > 200 mg/kg): η ικανότητα προσρόφησης του PVP είναι ανεπαρκής, γεγονός που μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε δευτερογενείς προβλήματα

Το PVP μπορεί μόνο να βοηθήσει στην αποκατάσταση ελαφρά μολυσμένων εδαφών με βαρέα μέταλλα (συγκέντρωση <100 mg/kg) και είναι εντελώς ακατάλληλο για έντονα μολυσμένα εδάφη (όπως εδάφη γύρω από ορυχεία, με συγκεντρώσεις Pb/Cd >200 mg/kg) για τους ακόλουθους λόγους:

• Η ικανότητα προσρόφησης είναι περιορισμένη και δεν μπορεί να μειώσει τη δραστικότητα των βαρέων μετάλλων.
  Η προσρόφηση βαρέων μετάλλων από το PVP εξαρτάται από το δακτύλιο πυρρολιδόνης στη μοριακή αλυσίδα. Η ικανότητα προσρόφησης ενός γραμμαρίου PVP είναι μόνο 0,5~2 mg (ανάλογα με τον τύπο φρούτου και λαχανικού). Για εδάφη με σοβαρή ρύπανση απαιτούνται εξαιρετικά υψηλές συγκεντρώσεις PVP (>1%) για την προσρόφηση ορισμένων βαρέων μετάλλων - όμως υψηλές συγκεντρώσεις PVP θα φράξουν τους πόρους του εδάφους, οδηγώντας σε υποξία, πράγμα που θα επιδεινώσει τη ζημιά στις καλλιέργειες.
• Είναι αδύνατο να αφαιρεθούν πλήρως τα βαρέα μέταλλα, και μπορούν μόνο «προσωρινά να ακινητοποιηθούν».
  Η προσρόφηση βαρέων μετάλλων από το PVP είναι «αντιστρεπτή» (θα απορροφηθεί ξανά σε όξινο περιβάλλον ή σε υψηλές συγκεντρώσεις άλλων κατιόντων). Αν το pH του εδάφους σε σοβαρά ρυπασμένη περιοχή μειωθεί αργότερα (π.χ. λόγω όξινης βροχής), τα προσροφημένα βαρέα μέταλλα θα απελευθερωθούν ξανά, προκαλώντας δευτερογενή ρύπανση. Το πρόβλημα δεν μπορεί να επιλυθεί ουσιαστικά (απαιτούνται επαγγελματικές τεχνολογίες όπως «εκπλύσιμο» και «φυτοαποκατάσταση»).

Περίληψη: Βασικά χαρακτηριστικά εδαφών που δεν είναι κατάλληλα για χρήση PVP

Το κλειδί για τον προσδιορισμό αν ένα έδαφος είναι κατάλληλο για PVP είναι αν Το PVP μπορεί να αντιμετωπίσει τα βασικά προβλήματα του εδάφους χωρίς να προκαλέσει αρνητικές παρενέργειες . Τα παρακάτω εδάφη πληρούν τα βασικά χαρακτηριστικά για να θεωρηθούν «μη κατάλληλα»:

• Τα βασικά προβλήματα δεν μπορούν να λυθούν με PVP (όπως «μείωση αλάτων και ρύθμιση pH» σε αλκαλικά εδάφη, «σταθεροποίηση συσσωματωμάτων» σε βαριά αργιλώδη εδάφη και «προσθήκη λιπασμάτων» σε εδάφη που έχουν έλλειψη οργανικής ύλης)
• Μπορούν εύκολα να προκύψουν νέα προβλήματα λόγω των χαρακτηριστικών του PVP (όπως «υποξία» σε βαριά αργιλώδη εδάφη, «απώλεια και σπατάλη» σε αμμώδη εδάφη και «δευτερογενής αποδέσμευση» σε ιδιαίτερα μολυσμένα εδάφη)
• Η οικονομική απόδοση είναι εξαιρετικά χαμηλή (για παράδειγμα, τα βαριά αργιλώδη και τα αμμώδη εδάφη απαιτούν μεγάλη ποσότητα PVP, της οποίας το κόστος είναι πολύ υψηλότερο από τα παραδοσιακά βελτιωτικά).

Η βασική λογική της βελτίωσης του εδάφους είναι να «λαμβάνονται στοχευμένα μέτρα για την αντιμετώπιση των θεμελιωδών προβλημάτων» (όπως η αποστράγγιση αλάτων από αλκαλικά εδάφη και η προσθήκη οργανικών λιπασμάτων σε βαριά αργιλώδη εδάφη). Το PVP είναι μόνο ένα «βοηθητικό μέσο σε ειδικά σενάρια» και δεν μπορεί να αντικαταστήσει τα παραδοσιακά μέτρα βελτίωσης, πόσο μάλλον να χρησιμοποιηθεί για τους ακατάλληλους τύπους εδάφους που αναφέρθηκαν παραπάνω.