Mikä rooli PVP:llä on maaperässä? Voiko se estää maan tiivistymisen?

Vedenliukoisena polymeerinä PVP (polyvinyyli-pyrrolidoni) käytetään ensisijaisesti maaperäsovelluksissa sen vedenpidätys-, dispersio- ja adsorptio ominaisuuksien vuoksi. Vaikka se voi auttaa maaperän parantamisessa, se ei ole keskeinen tai yleisesti käytetty materiaali maaperän parantamiseen. Vaikka sillä on tietty apuvaikutus maan tiivistymisen ehkäisemisessä, tämä edellyttää huolellista harkintaa maan ominaisuuksien suhteen ja asianmukaista käyttöä, ja sen tehokkuus on heikompi kuin perinteisten maanparannusten (kuten orgaanisten lannoitteiden ja humushapon) kanssa . Sen tarkka vaikutusmekanismi, soveltuvat käyttöskenaariot ja rajoitukset voidaan tarkastella seuraavista kolmesta näkökulmasta:

1. PVP:n apurooli "maan tiivistymisen ehkäisemisessä": parantamalla maan rakennetta

Maan tiivistymisen keskeinen syy on huono hiukkasten aggregoituminen ja orgaanisen aineen puute , mikä johtaa tiiviiseen hiukkasten tarttumiseen ja vähentyneeseen huokoisuuteen (ilman ja veden tunkeutumiselle vaikeutuu). PVP voi lievästi parantaa tätä ongelmaa "fysikaalisella adsorptiolla" ja "hiukkasten hajottamisella". Tarkka mekanismi on seuraava:

• Polarit ryhmät (kuten amidit) PVP:n molekyyliketjussa adsorboituvat maan hiukkasten pinnalle (kuten saveen ja savihieteen) vetysidosten ja van der Waalsin voimien kautta, muodostaen "polymeerisuojakalvon" hiukkasten ulkopinnalle. Tämä kalvo
  vähentää suoraa adheesiota maan hiukkasten välillä (estää savihiukkasia tarttumasta yhteen sähköstaattisten vaikutusten vuoksi) samalla lisäämällä hiukkasten välistä liukoisuutta, mikä vähentää tiivistymisen todennäköisyyttä painettaessa.
  Esimerkiksi , saveissa, joissa on taipumus tiivistymiseen, alhaisella PVP-konsentraatiolla (0,1–0,5 % maan kuivapainosta) voidaan lisätä maahiukkasten hajottumista 10–15 %:lla ja vähentää pintakovuutta noin 20 %:lla kastelun jälkeen (yhdessä asianmukaisen maan löyhennyksen kanssa).
• polymeri
  ketjut toimivat "siltoina", yhdistäen varovasti hajonneet maahiukkaset (kuten hiekkaa ja silttiä) mikronkokoisiksi aggregaateiksi (sen sijaan että ne olisivat tiiviisti pakattuja suuria klumppeja). Nämä mikroaggregaatit muodostavat pieniä huokosia, jotka pitävät sisällään vettä (vähentäen haihdunnasta aiheutuvaa tiivistymistä) samalla kun ne mahdollistavat ilman tunkeutumisen, estäen ilmatiiviin maan tiivistymisen.
  Huomautus : PVP:n muodostama mikroaggregaattirakenne on vähemmän stabiili eikä se voi korvata orgaanisten lannoitteiden ja humushapon muodostamia "vesivakaivia aggregaatteja" (pitkäaikainen kestävyys eroosiolle ja tiivistymiselle). Se voi ainoastaan lievittää tiivistymistä lyhyellä aikavälillä, ja sitä täytyy säännöllisesti täydentää tai yhdistää muihin parannusaineisiin.
• Vähennä pinnan tiivistymistä, joka johtuu veden haihtumisesta
  PVP:llä on tietty vedenpidätyskapasiteetti (se voi imeä vettä useita kertoja oman painonsa verran muodostaakseen hydrogeelin), joka voi tarttua maan pintaan ja hidastaa veden nopeaa haihtumista. Maan pinta on altis "kuivumiselle ja halkeamiselle" äkillisen kosteuden menetyksen vuoksi (kuten kuivilla alueilla oleva paljas maa). PVP:n vedenpidätysvaikutus voi vähentää tätä riskiä ja ylläpitää pintamaan löyseää tilaa.

2. Muut PVP:n apufunktiot maassa (ei vastakovettumisen ydin)

Lisäksi maan tiivistymisen ehkäisyn tukemiseen, PVP voi ominaisuuksiensa perusteella täyttää seuraavia tehtäviä maassa, mutta nämä ovat suurimmaksi osaksi "apuhyödyntämisiä", eivätkä ole olennaisia tarpeita:

• Maan vedenpidätysaine (lyhytaikainen, pienimuotoinen käyttö):
  PVP imee vettä ja muodostaa hydrogeelin, joka vapauttaa kosteutta hitaasti, lisäten maan kosteusastetta. Tämä soveltuu erityisesti istutteille, ruukkukasveille tai pienten alueiden maalle kuivilla alueilla (kuten kasvien ja vihannesiemenien alustat). Esimerkiksi 0,2–0,5-prosenttisen PVP:n lisääminen istutusalustaan voi lisätä sen vedenpidätyskykyä 15–25 prosentilla, mikä vähentää kastelun tarvetta ja estää alustan tiivistymisen liiallisen kastelun vuoksi.
  Rajoitukset : PVP:n vedenpidätyskyky on heikompi kuin erityisillä maan vedenpidätysaineilla (kuten polyakryylamidilla (PAM) ja humushapoilla), ja sen korkeampi hinta tekee siitä sopimattoman laajamittaiseen peltoviljelyyn.
• Hidasvapautusaineena lannoitteille ja torjunta-aineille (hyötyosuuden parantaminen)
  , PVP voi immobilisoida vedenliukoisia lannoitteita (kuten typpeä ja kaliumlannoitteita) tai vähämyrkyllisiä torjunta-aineita maassa »kapseloinnin» tai »adsorptiolla», hidastaen niiden huuhtoutumista ja häviämistä (estämällä niiden tunkeutumista syvemmälle maakerroksiin sateen kanssa), saavuttaen näin »hidas vapautus». Esimerkiksi kun PVP sekoitetaan ureaan ja levitetään maahan, urean vapautumisaika voidaan pidentää yhdestä kahteen viikkoon kolmesta neljään viikkoon, vähentäen ravinteiden hukkaa ja estämään maaperän suoloittumista, joka johtuu keskittyneestä lannoitteen vapautumisesta (mikä voi myös epäsuorasti pahentaa maan tiivistymistä).
• Raskasmetallien ionien adsorptio (autettu kevennettyjen saastumaisten maiden kunnostus): PVP:n molekyyliketjun pyrrolidoni-silmu voi adsorboida raskasmetallien ioneja (kuten
  Pb²⁺ , Cu²⁺ ja Cd²⁺ ) maassa koordinaation kautta, vähentäen niiden saatavuutta (vähentäen kasvien ottamista). Tämä tekee siitä soveltuvan maatalousmaalle tai ruukkumaalle, jossa on lievää raskasmetallisaastumista esimerkiksi 0,5–1 %:n PVP-lisäys Pb²⁺-saastuneeseen maaperään voi vähentää kasvien ottamista 20–30 %. Tämä ei kuitenkaan poista raskasmetalleja täysin, ja lisätoimenpiteitä (kuten liuotusta ja kasvibiotoittoa) tarvitaan.

3. Tärkeät huomioon otettavat seikat (rajoitukset) PVP:n käytössä maaperän parantamisessa

PVP ei ole erityisesti maaperän parantamiseen suunniteltu materiaali. Sillä on selkeitä rajoituksia käytännön sovelluksissa, eikä siihen tulisi luottaa liikaa:

• Vähemmän tehokas kuin perinteiset lisäaineet ja kalliimpi, PVP:n
  tärkeimmät keinot maan tiivistymisen ehkäisemiseksi sisältävät orgaanisen aineksen lisäämistä (kuten kompostin käyttöä ja viljelyjätteen palauttamista pellolle), humushapon/biohiilen käyttöönottoa (aggregaattien stabiilisuuden parantamiseksi), tai viljelykäytäntöjen optimointia (liiallisen tiivistymisen välttämiseksi). PVP:n tiivistymistä estävä vaikutus on vain lyhytaikainen lisäys, ja sen yksikköhinta on merkittävästi korkeampi kuin orgaanisten lannoitteiden (noin 5–10-kertainen orgaanisiin lannoitteisiin verrattuna). Tämä tekee siitä taloudellisesti kannattamatonta laajamittaisille peltoalueille, ja se soveltuu paremmin pienempiin, keskittyneempiin käyttökohteisiin (kuten taimien kasvatukseen ja ruukkikasveihin).
• Liiallinen käyttö saattaa vaikuttaa maan läpäisevyyteen.
  Jos PVP-pitoisuus on liian korkea (esim. yli 1 %, perustuen kuivapainoon), sen polymeeriketjut voivat muodostaa "liiallisesti ristisidottua" geelikerrosta maan hiukkasten väliin, mikä puolestaan estää maan huokosia ja johtaa läpäisevyyden heikkenemiseen (samankaltainen kuin "maan hapettomuus ja tiivistyminen"), erityisesti saveissa riski on suurempi.
• Ympäristössä hajoaminen on rajallista, ja annostusta on hallittava.
  PVP:n hajoamisnopeus luonnollisessa maassa on hidas (täydellinen hajoaminen kestää useita kuukausia useisiin vuosiin riippuen mikro-organismien toiminnasta). Pitkäaikainen ylikäyttö saattaa johtaa korkeamolekulaaristen polymeerien kertymiseen maahan. Vaikka sillä ei ole selkeää myrkyllisyyttä, se saattaa vaikuttaa maan mikro-organismien toimintaan (esimerkiksi estämällä jotkin orgaanista ainetta hajottavat bakteerit). On noudatettava periaatetta "matala pitoisuus, lyhytaikainen käyttö" (yksittäinen annos ei saa ylittää 0,5 % maan kuivapainosta).
• Ei sovellu kaikkiin maalajeihin
  • Hiekkamaa (hyvä ilmanläpäisevyys, mutta huono vedenpidätys): PVP:n vedenpidätys- ja dispersiovaikutukset voivat hieman parantaa maan ravinteiden pidätystä, mutta sillä on vähän vaikutusta tiivistymisen ehkäisyyn (hiekkamaa ei itse asiassa tiivisty helposti);
  • Suolapitoiset emäksiset maat (korkea suolapitoisuus, korkea pH): PVP:n adsorptiota voi häiritä suolaiinit, minkä vuoksi vaikutus heikkenee huomattavasti, eikä se kykene parantamaan maan suoloitumisongelmaa (vaaditaan erityisiä kalkituksia, kuten kipsiä tai rikinpoistokalvia).

Tiivistä.

PVP voi vaikuttaa maan tiivistymisen ehkäisemiseen, lyhytaikaiseen kosteuden sitomiseen sekä ravinteiden hitaaseen vapauttamiseen , mutta on selkeästi huomattava, että:

• Sen vaikutus maan tiivistymiseen on "apuvaikutteinen ja lyhytkestoinen", huomattavasti heikompi verrattuna perinteisiin kalkitusaineisiin, kuten orgaanisiin lannoitteisiin ja humushappoihin, eikä sitä tule käyttää keskeisenä aineena maan tiivistymisen estämisessä;
• Sille löytyy parempi sovelluskohta pienimuotoisissa ja hienovaraisissa käyttökohteissa (kuten istutusalustoissa ja ruukkumaassa) pikemminkin kuin laajamittaisessa peltoviljelyssä;
• Käytössä pitoisuus on säädettävä tarkasti (0,1–0,5 %), jotta vältetään liiallinen käyttö, joka saattaa johtaa ilmansulkeutumiseen tai ympäristöön kertymiseen.

Jos tarvitaan pitkäaikaista ja tehokasta maaperän tiivistymisen estämistä, avain on edelleen saavuttaa se lisäämällä orgaanisen aineen käyttöä, yhdistettynä järkevään viljelyyn ja tieteelliseen kasteluun. PVP:ta voidaan käyttää vain täydentävänä keinona erityistilanteissa.