¿Qué tipos de suelo no son adecuados para el PVP?

La idoneidad del PVP (polivinilpirrolidona) en el suelo depende en gran medida de las propiedades físicas y químicas (como la composición de partículas, pH, salinidad y contenido de materia orgánica) y problemas fundamentales (como compactación, retención de agua y necesidades de remediación de contaminación). Los siguientes tipos de suelo generalmente no son adecuados para el uso de PVP o requieren restricciones estrictas sobre su uso debido a "la incapacidad del PVP para abordar los problemas fundamentales", "propensión a efectos negativos" o "economía extremadamente deficiente":

1. Suelo salino-alcalino (pH > 8.5, CE > 4 ms/cm): el PVP es ineficaz y puede agravar los daños por sal

El problema fundamental del suelo salino-alcalino es alta concentración de iones salinos (como Na⁺ y Cl⁻ ) y un valor de pH elevado , lo que provoca la dispersión de los coloides del suelo, baja permeabilidad y dificultad para que las raíces de los cultivos absorban agua. El PVP no solo es ineficaz en estos suelos, sino que también puede tener efectos negativos por las siguientes razones:

• El entorno con alto contenido salino destruye la función de adsorción y retención de agua del PVP.
  Una gran cantidad de cationes como Na⁺ y Ca²⁺ en el suelo salino-alcalino competirán con los grupos polares (grupos amida) en la cadena molecular del PVP por los sitios de unión, debilitando la capacidad del PVP para adsorber partículas del suelo. La "película protectora de polímero" que podría haberse formado no puede adherirse de forma estable, y el efecto antiaglomerante resulta completamente ineficaz. Al mismo tiempo, la alta salinidad destruye la estructura tridimensional del hidrogel de PVP, haciendo que su capacidad de retención de agua disminuya más del 50 % (no puede retener la humedad y puede acelerar la evaporación).
• Un valor de pH elevado inhibe la adsorción de metales pesados por parte del PVP (si se requiere remediación).
  Si el suelo salino-alcalino también está contaminado con metales pesados, la adsorción de Pb²⁺ y Cd²⁺ por parte del PVP depende de la "unión mediante enlaces de coordinación", y un valor de pH elevado (>8.5) debilitará la protonación del grupo amida del PVP, reduciendo significativamente su capacidad de coordinación e incluso provocando la desorción de iones metálicos pesados adsorbidos, lo que a su vez aumenta el riesgo de absorción por los cultivos.
• no aborda el problema principal del suelo salino-alcalino y puede agravar el daño por salinidad
  . Carece de la capacidad para reducir los niveles de sal o ajustar el pH. Los métodos clave para mejorar los suelos salino-alcalinos son el lavado y drenaje de sales, la aplicación de yeso/yeso desulfurado para reducir los niveles de alcalinidad y el aumento en la aplicación de fertilizantes orgánicos para mejorar la estructura coloidal. El uso de PVP no solo carece de rentabilidad, sino que sus cadenas poliméricas residuales podrían combinarse con iones de sodio en el suelo, formando complejos sal-polímero que obstruyen los poros del suelo y empeoran aún más la permeabilidad.

2. Arcilla pesada (contenido de arcilla > 40 %): propensa a "anoxia y compactación", el efecto es mucho peor que con mejoradores tradicionales

El problema principal de la arcilla pesada es partículas finas, poros pequeños, baja permeabilidad al aire y acumulación fácil de agua y compactación . La mejora requiere "aumentar la estabilidad de la estructura agregada" (por ejemplo, incrementando la aplicación de fertilizantes orgánicos y biocarbón) en lugar del efecto dispersante a corto plazo del PVP. Las razones por las que la arcilla pesada no es adecuada para el PVP son las siguientes:

• Un exceso de PVP puede obstruir fácilmente los poros y agravar
  los poros estrechos de la arcilla pesada con deficiencia de oxígeno. Si se utiliza PVP (especialmente a una concentración > 0,2 %), sus cadenas poliméricas formarán una "capa de gel sobrecruzada" entre las partículas del suelo, bloqueando completamente los poros capilares y los poros de ventilación. Después del riego, el agua no puede penetrar y las raíces no pueden respirar, lo que provoca en cambio una "compactación anóxica" (las raíces de los cultivos se pudren y las hojas se vuelven amarillas), un problema más grave que el de la arcilla pesada sin tratar.
• El PVP no logra formar agregados estables, y su efecto anti-compactación es de corta duración.
  La razón fundamental de la compactación del suelo arcilloso pesado es la falta de materia orgánica, lo que impide que los coloides del suelo formen agregados estables en el agua. Aunque el PVP puede dispersar partículas a corto plazo, los "microagregados" resultantes son estructuras físicas temporales (que se desintegran con lluvias fuertes o riego) y no pueden reemplazar a los "agregados estables a largo plazo" formados por fertilizantes orgánicos. Después de una o dos semanas de uso, el suelo volverá a compactarse, y los residuos de PVP podrían aumentar su dureza.
• La eficiencia económica es extremadamente baja. Los mejoradores tradicionales son más eficientes.
  El suelo arcilloso pesado requiere una gran cantidad de mejoradores para ser efectivo. Si se utiliza PVP (costo 20-30 yuan/kg), la dosis por mu debe ser de 300-500 kg (concentración 0,2 %) y el costo supera los 6.000 yuan, mucho más alto que el fertilizante orgánico (50-100 yuan/mu) o el biocarbón (200-300 yuan/mu), y además el efecto es peor, por lo que es completamente inviable.

3. Suelo arenoso (contenido de arena > 80 %): el PVP se pierde fácilmente, el efecto es de corta duración y el costo es alto.

El problema principal del suelo arenoso es su poca capacidad de retención de agua y fertilizantes, partículas gruesas y baja capacidad de adsorción , pero no se compacta fácilmente (poros grandes entre partículas). Aunque el PVP puede retener agua en el suelo arenoso durante un corto período de tiempo, generalmente no es adecuado para su uso debido a su "fácil pérdida, necesidad de aplicaciones frecuentes y baja eficiencia económica":

• El PVP tiene baja capacidad de adsorción y se pierde fácilmente con la lluvia/riego.
  Las partículas del suelo arenoso son gruesas (pequeña superficie específica) y tienen una fuerza de unión débil con las moléculas de PVP (principalmente mediante enlaces de hidrógeno débiles). Al regar o llover, el PVP penetra fácilmente en capas profundas del suelo junto con el agua (más allá del rango de absorción de las raíces de los cultivos), lo que provoca una rápida disminución de la concentración de PVP en la capa superficial del suelo; el efecto de retención de agua dura solo de 2 a 3 días, por lo que se requiere reaplicación cada 3 a 5 días, lo cual resulta engorroso.
• Requisitos bajos de anti compactación, la funcionalidad del PVP es redundante.
  Los suelos arenosos tienen poros grandes entre partículas, haciendo prácticamente imposible la "compactación densa" (solo pueden ocurrir pequeñas grietas debido a la sequedad superficial, sin necesidad de PVP). La función principal del PVP (anti compactación) es completamente redundante en suelos arenosos, y su limitada función de retención de agua puede lograrse mediante métodos de bajo costo, como el mulching con paja o la aplicación de ácido húmico, sin necesidad de recurrir al PVP.
• El uso prolongado puede provocar la gelificación de la superficie
  . La aplicación frecuente de PVP en suelos arenosos puede hacer que el PVP que no se ha perdido se acumule en la superficie, formando una "capa delgada de gel"; aunque esta capa puede retener agua, impedirá la entrada de aire al suelo, causando hipoxia radicular superficial (como el ennegrecimiento de las raíces fibrosas superficiales del trigo y el maíz), lo que a su vez afecta el crecimiento de los cultivos.

4. Suelo con contenido extremadamente bajo de materia orgánica (contenido de materia orgánica <0,5%): el PVP no puede funcionar y podría afectar a los microorganismos

El problema principal de los suelos con contenido extremadamente bajo de materia orgánica (como suelos arenosos pobres y suelos desnudos erosionados durante mucho tiempo) es la falta de coloides en el suelo, baja actividad microbiana y una estructura suelta (o suelos compactados sin base para su mejora) . El PVP es ineficaz en este tipo de suelos por las siguientes razones:

• Sin soporte de materia orgánica, el PVP no puede formar microagregados.
  El PVP necesita confiar en los coloides del suelo (como la humus) como "puntos de anclaje" para formar "microagregados", pero el suelo que carece de materia orgánica tiene casi ningún coloide; las cadenas moleculares del PVP no pueden combinarse establemente con las partículas del suelo, y o bien desaparecen con el agua o se dispersan desordenadamente en el suelo, sin poder evitar la compactación ni retener agua.
• Inhibe los microorganismos residuales y agrava el empobrecimiento del suelo.
  El número de microorganismos en un suelo que carece de materia orgánica ya es muy reducido (baja capacidad de descomposición), y las cadenas de alto peso molecular del PVP pueden adherirse a la superficie de los microorganismos, inhibiendo sus actividades metabólicas (como descomponer pequeñas cantidades de materia orgánica y fijar nitrógeno), lo que reduce aún más la fertilidad del suelo y genera un círculo vicioso de "cuanto más se usa, más pobre se vuelve".
• El núcleo de la mejora del suelo consiste en reponer la materia orgánica. El PVP no puede sustituir completamente
  este tipo de suelo. La única forma de mejorar este tipo de suelo es "añadir grandes cantidades de materia orgánica" (como compostaje, devolución de paja al campo y siembra de abonos verdes). Una vez que el contenido de materia orgánica aumenta por encima del 1%, se pueden considerar medidas adicionales de mejora. Usar PVP no solo es rentable, sino que también retrasa el proceso fundamental de mejora.

5. Suelos gravemente contaminados con metales pesados (concentración > 200 mg/kg): la capacidad de adsorción del PVP es insuficiente, lo que puede provocar fácilmente problemas secundarios

PVP solo puede ayudar en la remediación de suelos ligeramente contaminados con metales pesados (concentración <100 mg/kg) y es completamente inadecuado para suelos altamente contaminados (como los suelos alrededor de zonas mineras, con concentraciones de Pb/Cd >200 mg/kg) por las siguientes razones:

• La capacidad de adsorción es limitada y no puede reducir la actividad de los metales pesados.
  La adsorción de metales pesados por parte del PVP depende del anillo de pirrolidona en la cadena molecular. La capacidad de adsorción de un solo gramo de PVP es únicamente de 0,5 a 2 mg (dependiendo del tipo de fruta y verdura). En suelos gravemente contaminados se requieren concentraciones extremadamente altas de PVP (>1%) para adsorber algunos metales pesados, pero altas concentraciones de PVP obstruirán los poros del suelo, provocando hipoxia, lo que agravará el daño a los cultivos.
• Es imposible eliminar completamente los metales pesados, y solo se pueden "fijar temporalmente".
  La adsorción de metales pesados por parte del PVP es "reversible" (se desadsorberá en un entorno ácido o en presencia de altas concentraciones de otros cationes). Si posteriormente el pH del suelo en zonas altamente contaminadas disminuye (por ejemplo, debido a lluvia ácida), los metales pesados adsorbidos volverán a liberarse, causando una contaminación secundaria. El problema no puede resolverse de forma fundamental (se requieren tecnologías especializadas como "lixiviación" y "fitorremediación").

Resumen: Características principales de los suelos no adecuados para el uso de PVP

La clave para determinar si un suelo es adecuado para PVP radica en si PVP puede abordar los problemas principales del suelo sin causar efectos secundarios negativos . Los siguientes suelos cumplen con las características fundamentales de ser "inadecuados":

• Los problemas principales no pueden resolverse mediante PVP (como "reducir la sal y ajustar el pH" en suelos salino-alcalinos, "estabilizar agregados" en suelos arcillosos pesados, y "añadir fertilizante" a suelos con escasez de materia orgánica);
• Pueden surgir fácilmente nuevos problemas debido a las características del PVP (como "hipoxia" en suelos arcillosos pesados, "pérdida y desperdicio" en suelos arenosos, y "liberación secundaria" en suelos altamente contaminados);
• La eficiencia económica es extremadamente baja (por ejemplo, los suelos arcillosos pesados y arenosos requieren una gran cantidad de PVP, cuyo costo es mucho más alto que el de los enmiendas tradicionales).

La lógica fundamental de la mejora del suelo es "adoptar medidas específicas para abordar los problemas fundamentales" (como drenar la sal del suelo salino-alcalino y añadir fertilizante orgánico al suelo arcilloso pesado). El PVP es solo un "medio auxiliar en escenarios especiales" y no puede reemplazar las medidas tradicionales de mejora, mucho menos utilizarse en los tipos de suelo inadecuados mencionados anteriormente.