Milline on PVP roll mullas? Kas see võib takistada mulla tihenemist?

Kui vees lahustuv polümeer kasutatakse PVP-d (polüvinüülpyrrolidooni) peamiselt pinnasealastes rakendustes selle veesisalduse, jaotatavuse ja adsorptsiooni omaduste tõttu. Kuigi see võib aidata pinnase parandamisel, ei ole see pinnaseparanduse tuum- ega peamaterjal. Veepiisakuse vähendamisel on tal teatud abieffekt, kuid selleks tuleb hoolikalt arvestada pinnase omadusi ja õiget kasutamist, ja selle efektiivsus on nõrgem kui traditsiooniliste pinnasestabilisaatorite (nt orgaanilised väetised ja humushape) . Selle konkreetne toimemehhanism, rakendusalad ja piirangud saab uurida järgmistel kolmel aspektil:

1. PVP abilise roll „mulla tihenemise vältimises“: mulla struktuuri parandamine

Mulla tihenemise põhiline põhjus on kehv mullatükkide aggregeerumine ja orgaanilise aine puudus , mis viib tihedale sidumisele osakeste vahel ja poroossuse vähenemisele (raskendades õhu ja vee tungimist). PVP võib seda probleemi veidi leevendada „füüsise adsorptsiooni“ ja „osakeste dispergeerimise“ kaudu. Täpne mehhanism on järgmine:

• Poläärsed rühmad (näiteks amiidid) PVP molekulahelas adsorbeeruvad vesiniksidemetega ja van der Waalsi jõudude kaudu mullatükkide (nt savi ja toorestiku) pindadele, moodustades tükkide välispinnale „polümeerse kaitsekile“. See kile
  vähendab otseseid sidemeid mullatükkide vahel (hoides ära savi osakeste kokkukleepumise elektrostaatiliste efektide tõttu) ning suurendab samal ajal osakeste vahelist libedust, vähendades tihenemise tõenäosust pärast kokkupanekut.
  Näiteks , savi- ja tihenemisele kalduvates muldades võib madala kontsentratsiooniga PVP-töötlemine (0,1–0,5% mulla kuivkaalu alusel) suurendada mullatükkide hajumist 10–15% ja vähendada pinnase kõvadust umbes 20% pärast niisutamist (koos sobiva mullalõtvendusega).
• polümeer
  kettid toimivad „sildadena“, ühendades hajunud mullatükid (nagu liiv ja savikas liiv) õrnalt kokku mikronite suurusteks agregaatideks (mitte aga tihedalt pakitud suurteks kompaktseteks hunnikuteks). Need mikroagregaadid loovad pisikesed poorid, mis hoiavad vett (vähendades aurumise tekitatud tihenemist) ja samas võimaldavad õhul tungida, takistades õhukindla, tihenenud mulla moodustumist.
  Märkus : PVP poolt moodustatud mikroagregaatstruktuur on vähem stabiilne ja ei saa asendada orgaaniliste väetiste ning humushappe poolt moodustatud „veest stabiilseid agregaatide“ (pikkajaliselt erosiooni ja tihenemise vastu resistentsed). See suudab ainult ajutiselt leevendada tihenemist ning nõuab regulaarset täiendamist või kombinatsiooni teiste parandusainetega.
• Vähenda pinnase tihenemist, mida põhjustab vee aurumine
  PVP-l on teatud veehoidmise võime (see suudab imenduda mitu korda oma kaalu jagu vett, moodustades hüdrogeeli), mis võib kinnituda pinnasesse ja aeglustada veeporise kiiret aurustumist. Pinnas on kalduv "kuivama ja pragunema" äksestikuiva veekadu tõttu (näiteks soolased pinnased kuivkliimas). PVP veehoidmise toime võib seda ohtu vähendada ning säilitada pinnase pinnakihis lahtise struktuuri.

2. Muud abifunktsioonid, mida PVP pinnases täidab (mitte-põhilised antikarastusfunktsioonid)

Lisaks tihenemise ennetamisele võib PVP oma omaduste põhjal pinnases täita järgmisi rolli, kuid enamasti on tegemist "abirakendustega", mitte oluliste funktsioonidega:

• Pinnase veesisalduse suurendaja (lühiajaline, väikeselaadne kasutus):
  PVP imendab vett ja moodustab hüdrogeeli, mis aeglaselt vett vabastab, suurendades pinnase niiskusesisaldust. See on eriti sobiv noorematele taimedele, potsitaanidele või väikestele pinnasaladele kuivkliimas (nt. mahlasalviate ja köögiviljatõrmete kasvatamise alusained). Näiteks 0,2%–0,5% PVP lisamine taimede alusse suurendab selle veehoidlikkust 15–25%, vähendades niisutamise sagedust ning takistades liigse niisutamise põhjustatud aluse tihenemist.
  Piirangud : PVP veehoidmise võime on nõrgem kui spetsialiseeritud mulla veekindlate ainete (nt polüakrülaamid (PAM) ja humiinhapped), lisaks selle kõrgem hind teeb selle ebasobivaks lairügulise põllumajandusmaa kasutamiseks.
• Aeglaselt vabanema võiva kandjana väetiste ja pestitsiidide jaoks (kasutegurit suurendades)
  , PVP võib seostada vees lahustuvad väetised (näiteks lämmastik- ja kaaliumväetised) või väga mürgid taimekaitsevahendid pinnases „enkapsuleerimise“ või „adsorptsiooni“ kaudu, aeglustades nende niisutamist ja kadu (hoides ära nende tungimise sügavamatesse pinnasesse vihmavee toimel), saavutades nii „aeglaselt vabanemise“. Näiteks kui PVP segatakse karbamiidiga ja kantakse pinnasesse, saab karbamiidi vabanemise aega pikendada ühest kuni kahest nädalast kolmest kuni neljani nädalani, vähendades toitainete raiskamist ning takistades pinnase soolaseisust, mille põhjustab kontsentreeritud väetise vabanemine (mis omakorda võib kaudselt kaasa aidata pinnase tihenemisele).
• Raskmetallide ioonide adsorptsioon (kergekontamineeritud pinnaste abilahendus): PVP molekulahelal olev pirrolidoonring võib koordineerida raskmetallide ioone (näiteks
  Pb²⁺ , Cu²⁺ ja Cd²⁺ ) pinnases, vähendades nende bio-saadavust (vähendades nende imendumist taimede poolt). See teeb selle sobivaks kerge raskmetallide saastumisega põllumaadele või potitaimepinnasele . Näiteks 0,5%–1% PVP lisamine Pb²⁺ -saastatud pinnasesse võib vähendada taimede raskmetallide imendumist 20%–30%. Siiski see täielikult raskmetalle ei eemalda ja nõuab täiendavaid sanatsioonimeetodeid (näiteks niisutamine ja füto-sanatsioon).

3. Põhiküsimused (piirangud), mida arvestada PVP kasutamisel pinnase parandamiseks

PVP ei ole eriti pinnase parandamiseks loodud materjal. Tal on praktilistes rakendustes ilmsed piirangud ja sellele ei tohiks liialt kindel olla:

• Vähem tõhus kui traditsioonilised lisandid ja kallim, PVP
  põhilised meetodid pinnase kompaktseerumise vältimiseks hõlmavad orgaanilise aine lisamist (näiteks komposti ja põldudesse tagasitoomist), humus- ja biojäätme kasutamist (agregaatide stabiilsuse suurendamiseks) või pinnastöötlemise tavade optimeerimist (üleliigse tihenemise vältimiseks). PVP kontra-tihenemise toime on ainult lühiajaline täiendus, ja selle ühiku hind on oluliselt kõrgem kui orgaaniliste väetiste oma (umbes 5–10 korda orgaaniliste väetiste hinda). See muudab selle ebaõigustatuks suuremõõduliste põllumajandusalade kasutamiseks ning see sobib paremini väiksemate, sihipärasemate rakenduste jaoks (nt idaniku kasvatamine ja potitaimed).
• Liialdamine võib mõjutada mulla läbilaskvust.
  Kui PVP kontsentratsioon on liiga kõrge (nt rohkem kui 1%, põhinedes kuiva mulla kaalul), võivad polümeerahelad moodustada mullatükkide vahele „ülesarnestunud“ geelkihi, mis omakorda blokeerib mullapoorid ja viib läbilaskvuse langusele (sarnaneb „mulla hüpoksiale ja tihenemisele“), eriti savimuldadel. Oht on suurem.
• Keskkonnas lagunemine on piiratud ja annust tuleb kontrollida.
  PVP lagunemiskiirus looduslikus mullas on aeglane (täielik lagunemine võtab mitu kuud kuni mitu aastat, sõltuvalt mikroorganismide aktiivsusest). Pikaajaline liigkasutus võib põhjustada kõrgemolekulaarsete polümeeride kogunemise mulda. Kuigi sellel pole selget toksilisust, võib see mõjutada mullamikroorganismide aktiivsust (näiteks inhibeerida mõningaid orgaanilist ainet lagundavaid baktereid). Tuleb järgida "madala kontsentratsiooni, lühiajalise kasutuse" põhimõtet (üksikdoos ei tohiks ületada 0,5% kuiva mulla massist).
• Pole sobiv kõigi muldade tüüpide jaoks
  • Liivmuld (hep õhuläbilaskvus, kuid halb veehoidmise võime): PVP veehoidmise ja dispergeerimise toimed võivad veidi parandada mulla viljakuse hoidmist, kuid kompaktseerumise ennetamisel on väike mõju (liivmuld ise ei kompaktseeru lihtsalt);
  • Soolase ja leelise mulla (kõrge soola- ja pH-tase): PVP adsorptsiooni võib soolade ioonid häirida, mille tõttu efekt väheneb oluliselt ning see ei suuda parandada mulla soolisust (selleks on vajalikud erilised muudatused, näiteks kips ja desulfuriseeritud kips).

Kokkuvõte

PVP võib aidata mulla tihenemise ennetamisel, lühiajalises niiskuse hoidmises ja aeglasel toitainete vabanemisel , kuid tuleb selgelt välja tuua:

• Selle mõju mulla tihenemisele on „abileeline ja lühiajaline“, palju nõrgem kui traditsiooniliste muudatustega, nagu orgaanilised väetised ja humushape, ja seda ei sobi kasutada mulla tihenemise peamiseks ennetusvahendiks;
• See sobib paremini väikeste ja täpsete kasutuskohtade (nt idanemisalused ja potitaimepõll) jaoks, mitte suuremahuliste põllumajandusalade jaoks;
• Kasutamisel tuleb kontsentratsiooni range kontrolli all hoida (0,1–0,5%), et vältida liigset kasutamist, mis võib viia õhuläbilaskvuse langusele või keskkonnas kogunemiseni.

Kui on vaja pikaajalist ja tõhusat mulla tihenemise ennetamist, siis peetakse võtmeks endiselt „orgaanilise aine kasutuse suurendamist + asjakohast põllumajandust + teaduslikku kastmist“. PVP-d saab kasutada ainult täiendavana erijuhtudel.