Minkälaiset maalajit eivät sovi PVP:n käyttöön?

PVP:n (polyvinyylipyrrolidonin) soveltuvuus maaperään riippuu hyvin paljon maaperän fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista (kuten hiukkaskoostumus, pH, suolapitoisuus ja orgaanisen aineen määrä) sekä keskeisistä ongelmista (kuten tiivistyminen, vedenpidätyskyky ja saasteiden kunnostustarve). Seuraavat maalajityypit eivät yleensä sovellu PVP:n käyttöön tai niissä vaaditaan tiukkoja rajoituksia sen käytölle "PVP:n kyvyttömyyden vuoksi ratkaisemaan keskeisiä ongelmia", "alttiuden negatiivisille vaikutuksille" tai "erittäin huonolle taloudellisuudelle":

1. Suolo-alkalimaaperä (pH > 8,5, EC > 4 ms/cm): PVP ei ole tehokas ja voi pahentaa suuriskistä vahinkoa

Suolo-alkalimaaperän keskeinen ongelma on korkea suolaiinitaso (kuten Na⁺ ja Cl⁻ ) ja korkea pH-arvo , mikä johtaa maan kolloidihajonneisuuteen, huonoon läpäisevyyteen ja vaikeuttaa viljelykasvien juurien veden imeytymistä. PVP ei ole vain tehoton tällaisissa maissa, vaan sillä saattaa olla myös negatiivisia vaikutuksia seuraavista syistä:

• Suolaiset olosuhteet tuhoavat PVP:n adsorptio- ja vedenpidätyskyvyn.
  Suolapitoisessa maassa olevat suuret määrät kationeja, kuten Na⁺ ja Ca²⁺, kilpailevat PVP-molekyylin polaariryhmien (amidiryhmien) kanssa sitoutumispaikoista maan hiukkasten pinnalla, heikentäen näin PVP:n kykyä sitoutua maahiukkasiin. Näin muodostuva "polymeerinen suojakalvo" ei tartu stabiilisti, ja rakeistumisen estovaikutus jää täysin toteutumatta. Samanaikaisesti suolaisuus tuhoaa PVP-hydrogeelin kolmiulotteisen rakenteen, mikä aiheuttaa sen vedenpidätyskyvyn laskun yli 50 %:lla (se ei pysty sitomaan kosteutta ja saattaa jopa kiihdyttää kosteuden haihtumista).
• Korkea pH-arvo estää PVP:n raskasmetallien adsorptiokyvyn (jos maaperän kunnostusta vaaditaan).
  Jos suolo-alkalimaat ovat myös saastuneet raskasmetalleilla, PVP:n adsorptio Pb²⁺- ja Cd²⁺-ioneista perustuu "koordinaatiobondisidontaan", ja korkea pH-arvo (>8.5) heikentää PVP:n amidiryhmän protonoitumista, merkittävästi vähentää koordinaatiokykyä ja voi jopa aiheuttaa adsorboituneiden raskasmetallien desorptiota, mikä puolestaan lisää riskiä kasvien ottaa metalleja vastaan.
• ei ratkaise suolo-alkalimaan ydinkysymystä ja saattaa pahentaa suolavahinkoa
  . Sillä ei ole kykyä alentaa suolapitoisuuksia tai säätää pH:ta. Suolo-alkalimaan parantamiseen keskeiset menetelmät ovat suolan huuhtoutus ja valumisveden poisto, kipsin/rikinpoistokipsin käyttö alkaliteetin alentamiseksi sekä orgaanisten lannoitteiden lisäys kolloidirakenteen parantamiseksi. PVP:n käyttö ei ainoastaan ole kustannustehokasta, vaan sen jäämät polymeeriketjut voivat myös yhdistyä maassa olevien natriumionien kanssa muodostaen suola-polymeerikomplekseja, jotka tukkivat maan huokoset ja entisestään heikentävät läpäisevyyttä.

2. Raskas savi (savisisältö > 40 %): altis "hapettomuudelle ja tiivistymiselle", vaikutus on paljon pahempi kuin perinteisten parannusaineiden kohdalla

Raskaan savimaan keskeinen ongelma on hienot hiukkaset, pienet huokoset, huono ilmanläpäisevyys ja helposti tapahtuva veden kertyminen sekä tiistuminen . Parannusta edellyttää "aggregaattirakenteen vakauttamisen tehostaminen" (esimerkiksi orgaanisten lannoitteiden ja biohiilen käytön lisääminen) pikemminkin kuin PVP:n lyhytvaikutteinen hajottava vaikutus. Syitä, joiden vuoksi raskas savi ei sovi PVP-käyttöön, ovat seuraavat:

• Liiallinen PVP voi helposti tukkia huokoset ja pahentaa
  hapettomien raskaiden saven kapeat huokoset. Jos PVP:tä käytetään (erityisesti pitoisuudella yli 0,2 %), sen polymeeriketjut muodostavat "liikakytkeytymisen gelikerroksen" maan hiukkasten väliin, täysin estäen kapillaarihuokoset ja ilmastointihuokoset. Kastelun jälkeen vesi ei pääse läpi ja juuret eivät voi hengittää, vaan aiheuttavat pikemminkin "anoksian tiivistymisen" (kasvin juuret mätänevät ja lehdet kellastuvat), mikä on vakavampaa kuin käsittelemättömän raskaan saven ongelma.
• PVP ei muodosta stabiileja aggregaatteja, eikä sen tiivistymisenestovaikutus kestä kauan.
  Raskaiden savea-maaperän tiivistymisen perimmäinen syy on orgaanisen aineen puute, joka estää maan kolloidien muodostamasta veteen kestäviä rakeita. Vaikka PVP voi hajottaa partikkeleita lyhyellä tähtäimellä, tuloksena olevat "mikrorakeet" ovat väliaikaisia fysikaalisia rakenteita (ne hajoavat voimakkaan sateen tai kastelun yhteydessä) eivätkä ne voi korvata orgaanisten lannoitteiden muodostamia "pitkäaikaisesti stabiileja rakeita". Yhden tai kahden viikon käytön jälkeen maa tiivistyy uudelleen, ja PVP-jäämät voivat lisätä sen kovuutta.
• Taloudellinen tehokkuus on erittäin huono. Perinteiset parannusaineet ovat tehokkaampia.
  Raskas savea vaatii suuren määrän parannusaineita ollakseen tehokas. Jos käytetään PVP:tä (kustannus 20–30 yuan/kg), annos per mou tarvitsee 300–500 kg (konsentraatio 0,2 %), ja kustannus ylittää 6 000 yuania, mikä on paljon enemmän kuin orgaanisen lannoitteen (50–100 yuan/mou) tai biotulen (200–300 yuan/mou) kustannus, ja vaikutus on huonompi, joten se on täysin epäkäytännöllistä.

3. Hiekkapohjainen maa (hiekkaa > 80 %): PVP menetetään helposti, vaikutus on lyhytkestoinen ja kustannukset ovat korkeat.

Ydinongelma hiekkapohjaisessa maassa on sen heikko veden ja lannoitteenpidätyskyky, karkeat hiukkaset ja heikko adsorptiokyky , mutta sitä ei helposti tiivistetä (suuret huokoset hiukkasten välissä). Vaikka PVP voi pidättää vettä hiekkamaassa lyhyeksi aikaa, sitä ei yleensä voida käyttää sen 'helposti menetettävyyden, usein toistettavien sovellusten ja huonon taloudellisen tehokkuuden' vuoksi:

• PVP:llä on heikko adsorptiokyky, ja se menetetään helposti sateen tai kastelun mukana.
  Hiekkapohjan hiukkaset ovat karkeat (pieni pinta-ala) ja niillä on heikko sitoutumisvoima PVP-molekyyleihin (pääasiassa heikkojen vetysidosten varassa). Kun maata kastellaan tai sataa, PVP pääsee helposti veden mukana syvemmälle maaperään (kasvien juurien imeytysalueen ulkopuolelle), mikä aiheuttaa PVP:n pitoisuuden nopean laskun pintamaassa – kosteussitomisvaikutus kestää vain 2–3 päivää, ja toistuva käyttö joka 3–5 päivässä on tarpeen, mikä on hankalaa.
• Alhaiset vaatimukset tiivistymisen estolle, PVP:n toiminnallisuus on tarpeetonta.
  Hiekkapohjissa hiukkasten väliset huokoset ovat suuret, joten "tiivis tiivistyminen" on käytännössä mahdotonta (ainoastaan pinnan kuivuudesta johtuva pieni halkeilu voi esiintyä, ilman PVP:n tarvetta). PVP:n ydinominaisuus (tiivistymisen esto) on täysin tarpeeton hiekkapohjissa, ja sen rajallinen kosteussitomisominaisuus voidaan saavuttaa edullisilla menetelmillä, kuten olkimuljauksella ja humushapon käytöllä, ilman PVP:tä.
• Pitkäaikainen käyttö voi johtaa pintakerroksen geelautumiseen
  pVP:n usein hiekkamaalle soveltaminen voi aiheuttaa PVP:n kertymisen pinnalle menetystä vaille, muodostaen ohuen geelikerroksen – vaikka tämä kerros voi sitoa vettä, se estää ilman pääsyn maahan, mikä aiheuttaa pintarootien hypoksian (kuten vehnän ja maissin pintakuidunjuurten mustumisen), ja vaikuttaa näin kasvien kasvuun.

4. Maat, joissa orgaanisen aineen pitoisuus on erittäin alhainen (orgaanisen aineen pitoisuus <0,5 %): PVP ei toimi ja saattaa vaikuttaa mikro-organismeihin

Erittäin alhaisen orgaanisen aineen pitoisuuden maissa (kuten köyhyssä, tuulesta hiekkamaassa ja pitkään eroosion altistuneissa paljasmaissa) ydinongelma on maan kolloidien puute, alhainen mikrobiologinen toiminta ja löysä rakenne (tai tiivistynyt maa, jolle ei ole parannusperustetta) . PVP ei ole tehokas tällaisissa maissa seuraavista syistä:

• Ilman orgaanista ainetta PVP ei voi muodostaa mikroaggregaatteja.
  PVP:n on luotava mikroaggregaateiksi käyttäen maan kolloideja (kuten humusta) "ankkipisteinä", mutta orgaanista ainetta vaille jääneessä maassa on lähes olemassa kolloideja – PVP:n molekyyliketjut eivät voi yhdistyä stabiilisti maapartikkeleihin, vaan ne joko kulkeutuvat pois vedessä tai leviävät epäjärjestyksessä maahan, eivätkä siten pysty estämään tiivistymistä tai pidättämään vettä.
• Estää jäljellä olevia mikro-organismeja ja pahentaa maan köyhtymistä.
  Orgaanista ainetta vaille jääneen maan mikro-organismien määrä on jo hyvin pieni (heikko hajotuskyky), ja PVP:n suurimolekyyliset ketjut voivat kiinnittyä mikro-organismien pintaan estäen niiden aineenvaihduntaa (kuten pienten orgaanisten aineiden hajottamista ja typen sidontaa), mikä vähentää entisestään maan viljelysarvoa ja luo pahenevan kehän: "mitä enemmän sitä käytetään, sitä huonommaksi maa muuttuu."
• Maan parantamisen ydin on orgaanisen aineen täydentäminen. PVP ei voi täysin korvata sitä
  tätä tyyppiä olevaa maata. Ainoa tapa parantaa tätä maalajia on lisätä siihen suuria määriä orgaanista ainetta (kuten kompostia, viljelysajan jälkeistä viljelmiä ja viherlannoitusta). Kun orgaanisen aineen pitoisuus nousee yli 1 %:n, voidaan harkita lisätoimenpiteitä. PVP:n käyttö ei ainoastaan ole kustannustehokasta, vaan se myös viivästyttää perussyiden korjaamiseen tähtäävää prosessia.

5. Vakavasti raskasmetallipilaantunut maa (raskasmetallipitoisuus > 200 mg/kg): PVP:n adsorptiokyky on riittämätön, mikä voi helposti johtaa toissijaisiin ongelmiin

PVP voi ainoastaan auttaa lievästi raskasmetalleilla saastuneiden maiden pientä raskasmetallipitoisuutta (<100 mg/kg) (pitoisuus <100 mg/kg) ja se ei sovi lainkaan voimakkaasti saastuneisiin maihin (kuten kaivosten läheisyydessä oleviin maihin, joissa Pb/Cd-pitoisuus > 200 mg/kg) seuraavista syistä:

• Adsorptiokyky on rajallinen eikä se pysty vähentämään raskasmetallien aktiivisuutta.
  PVP:n raskasmetallien adsorptio perustuu molekyyliketjun pyrrolidonirenkaaseen. Yhden gramman PVP:n adsorptiokyky on vain 0,5–2 mg (riippuen hedelmästä tai vihanneksesta). Vakavasti saastutettuun maahan tarvitaan erittäin korkeita PVP-pitoisuuksia (>1 %) osan raskasmetallien sitomiseksi – mutta korkeat PVP-pitoisuudet tukkivat maan huokoset, mikä johtaa happikadokseen ja pahentaa kasvivaurioita.
• Raskasmetallit on mahdotonta poistaa täysin, niitä voidaan ainoastaan "tilapäisesti sidota".
  PVP:n raskasmetallien adsorptio on "käänteistä" (se voi desorboida happamassa ympäristössä tai suurissa määrin muissa kationeissa). Jos vakavasti saastuneen maan pH-arvo laskee myöhemmin (esimerkiksi hapan sade), sitoutuneet raskasmetallit vapautuvat uudelleen, mikä aiheuttaa toissijaista saastumista. Ongelmaa ei voida ratkaista perimmiltään (vaaditaan ammattimaisia tekniikoita, kuten "huuhtoutuminen" ja "kasvibiotoimet"),

Yhteenveto: Maaperän keskeiset ominaisuudet, joissa PVP:n käyttö ei ole sopivaa

Avain siihen, voidaanko maaperää pitää soveltuvana PVP:lle, on siinä, Voiko PVP ratkaista maaperän keskeiset ongelmat aiheuttamatta negatiivisia sivuvaikutuksia . Seuraavat maaperätyypit täyttävät keskeiset kriteerit "soveltumattomuudelle":

• Keskeisiä ongelmia ei voida ratkaista PVP:llä (kuten suolojen vähentäminen ja pH:n säätäminen emäksisessä maassa, rakeiden stabilointi raskaassa saveessa sekä lannoituksen lisääminen orgaanisen aineen puutteessa olevaan maahan);
• Uusia ongelmia voi helposti syntyä PVP:n ominaisuuksien vuoksi (kuten hapenpuute raskaassa saveessa, hukkaantuminen ja tuhlaaminen hiekkamaissa sekä toissijainen vapautuminen voimakkaasti saastuneissa maissa);
• Taloudellinen tehokkuus on erittäin huono (esimerkiksi raskas savi- ja hiekkamaa vaativat suuria määriä PVP:tä, jonka kustannus on paljon korkeampi kuin perinteisten parannusaineiden).

Maaperän parantamisen keskeinen logiikka on "ryhtyä kohdennettuihin toimiin perustavanlaatuisten ongelmien ratkaisemiseksi" (kuten suolojen poistaminen hapan-suurimaiseen maahan ja orgaanisen lannoitteen lisääminen raskaaseen saveen). PVP on vain "apukeino erityistilanteissa" eikä se voi korvata perinteisiä parannustoimenpiteitä, kuten ei myöskään sovellu yllä mainittuihin epäsoveliaisiin maalajeihin.