Quels types de sol ne conviennent pas au PVP ?

L'aptitude du PVP (polyvinylpyrrolidone) dans le sol dépend fortement des propriétés physiques et chimiques (telles que la composition des particules, le pH, la salinité et la teneur en matière organique) et des problèmes fondamentaux (tels que la compaction, la rétention d'eau et les besoins en remédiation de la pollution). Les types de sol suivants ne conviennent généralement pas à l'utilisation du PVP ou nécessitent des restrictions strictes quant à son utilisation en raison de « l'incapacité du PVP à résoudre les problèmes fondamentaux », de « risques d'effets négatifs » ou de « rentabilité extrêmement faible » :

1. Sol saline-alcalin (pH > 8,5, CE > 4 ms/cm) : le PVP est inefficace et peut aggraver les dommages causés par le sel

Le problème fondamental du sol saline-alcalin est la forte concentration en ions salins (tels que Na⁺ et Cl⁻ ) et et une valeur de pH élevée , ce qui entraîne une dispersion des colloïdes du sol, une faible perméabilité et une difficulté pour les racines des cultures à absorber l'eau. Le PVP n'est pas seulement inefficace dans de tels sols, mais peut également avoir des effets négatifs pour les raisons suivantes :

• L'environnement fortement salin détruit l'adsorption et la fonction de rétention d'eau du PVP.
  Une grande quantité de cations tels que Na⁺ et Ca²⁺ dans le sol salin-alcalin entrera en compétition avec les groupes polaires (groupes amides) de la chaîne moléculaire du PVP pour les sites de fixation, affaiblissant ainsi la capacité du PVP à adsorber les particules du sol. Le « film protecteur polymère » qui aurait pu se former ne peut pas adhérer de manière stable, et l'effet anti-agglomérant devient totalement inefficace. Par ailleurs, une forte salinité détruit la structure tridimensionnelle de l'hydrogel de PVP, entraînant une baisse de plus de 50 % de sa capacité de rétention d'eau (il ne parvient pas à retenir l'humidité et peut même accélérer son évaporation).
• Un pH élevé inhibe l'adsorption des métaux lourds par le PVP (si une remédiation est nécessaire).
  Si le sol salin-alcalin est également contaminé par des métaux lourds, l'adsorption de Pb²⁺ et de Cd²⁺ par la PVP dépend de « liaisons de coordination », et une valeur de pH élevée (>8,5) affaiblit la protonation du groupe amide de la PVP, réduit considérablement sa capacité de coordination, voire provoque la désorption des ions métalliques lourds adsorbés, augmentant ainsi le risque d'absorption par les cultures.
• ne parvient pas à résoudre le problème fondamental des sols salins-alcalins et peut aggraver les dommages causés par le sel
  . Il ne possède pas la capacité de réduire les niveaux de sel ou de réguler le pH. Les approches clés pour améliorer les sols salins-alcalins consistent à lessiver et drainer le sel, à appliquer du gypse/gypse désulfuré pour réduire les niveaux d'alcalinité, et à augmenter l'apport d'engrais organiques afin d'améliorer la structure colloïdale. L'utilisation de la PVP n'est pas seulement coûteuse, mais ses chaînes polymériques résiduelles peuvent également se combiner avec les ions sodium présents dans le sol, formant des complexes sel-polymère qui obstruent les pores du sol et altèrent davantage sa perméabilité.

2. Argile lourde (teneur en argile > 40 %) : sujette à « anoxie et tassement », l'effet est bien pire que celui des améliorants traditionnels

Le problème fondamental de l'argile lourde est la présence de particules fines, de petits pores, une faible perméabilité à l'air, et une accumulation facile d'eau et de tassement . L'amélioration nécessite « le renforcement de la stabilité de la structure agrégée » (par exemple en augmentant l'apport d'engrais organiques et de biochar), plutôt qu'un effet dispersant à court terme comme celui du PVP. Les raisons pour lesquelles l'argile lourde n'est pas adaptée au PVP sont les suivantes :

• Un excès de PVP peut facilement obstruer les pores et aggraver
  les pores étroits de l'argile lourde déficiente en oxygène. Si le PVP est utilisé (en particulier à une concentration > 0,2 %), ses chaînes polymériques formeront une « couche de gel sur-réticulée » entre les particules du sol, bloquant complètement les pores capillaires et les pores d'aération. Après arrosage, l'eau ne peut pas pénétrer et les racines ne peuvent pas respirer, entraînant plutôt un « tassement anoxique » (les racines des cultures pourrissent et les feuilles jaunissent), ce qui est plus grave que le problème de l'argile lourde non traitée.
• Le PVP ne parvient pas à former des agrégats stables, et son effet anti-tassement est de courte durée.
  La raison fondamentale de la compaction des sols argileux lourds est le manque de matière organique, ce qui empêche les colloïdes du sol de former des agrégats stables à l'eau. Bien que le PVP puisse disperser temporairement les particules, les « microagrégats » ainsi formés sont des structures physiques temporaires (qui se désintègrent sous une pluie abondante ou après un arrosage) et ne peuvent pas remplacer les « agrégats stables à long terme » formés par les engrais organiques. Après une à deux semaines d'utilisation, le sol se tassera de nouveau, et les résidus de PVP pourraient augmenter sa dureté.
• L'efficacité économique est extrêmement faible. Les améliorants traditionnels sont plus performants.
  Les sols argileux lourds nécessitent une grande quantité d'améliorants pour être efficaces. Si l'on utilise du PVP (coût : 20-30 yuans/kg), la dose par mu doit atteindre 300 à 500 kg (concentration 0,2 %), ce qui entraîne un coût supérieur à 6 000 yuans, bien plus élevé que celui des engrais organiques (50-100 yuans/mu) ou du biocharbon (200-300 yuans/mu), avec un effet moindre ; cette solution est donc totalement irréaliste.

3. Sols sableux (teneur en sable > 80 %) : le PVP est facilement perdu, son effet est de courte durée et son coût est élevé.

Le problème fondamental des sols sableux est leur faible capacité de rétention d'eau et d'engrais, leurs particules grossières et leur faible capacité d'adsorption , mais ils ne sont pas facilement compactés (pores importants entre les particules). Bien que le PVP puisse retenir l'eau dans le sol sableux pendant une courte période, son utilisation n'est généralement pas adaptée en raison de sa « facilité à être perdu, la nécessité d'applications fréquentes et une faible efficacité économique » :

• Le PVP a une faible capacité d'adsorption et est facilement lessivé par la pluie/l'irrigation.
  Les particules de sol sableux sont grossières (faible surface spécifique) et ont une faible force d'adhérence avec les molécules de PVP (principalement basée sur des liaisons hydrogène faibles). Lors de l'arrosage ou sous l'effet de la pluie, le PVP pénètre facilement en profondeur dans le sol avec l'eau (au-delà de la zone d'absorption des racines des cultures), ce qui entraîne une chute rapide de la concentration de PVP dans le sol superficiel : l'effet de rétention d'eau ne dure que 2 à 3 jours, et une application répétée tous les 3 à 5 jours est nécessaire, ce qui est fastidieux.
• Exigences faibles en matière de résistance à la compaction, la fonctionnalité du PVP est redondante.
  Les sols sableux présentent de grands pores interparticulaires, rendant la « compaction dense » pratiquement impossible (seules de légères fissurations dues à la sécheresse de surface peuvent survenir, sans nécessiter de PVP). La fonction principale du PVP (anti-compaction) est totalement redondante dans les sols sableux, et sa fonction limitée de rétention d'eau peut être obtenue par des méthodes peu coûteuses telles que le paillage de paille ou l'application d'acide humique, sans avoir recours au PVP.
• Une utilisation prolongée pourrait entraîner une gélification de la surface
  une application fréquente du PVP dans les sols sableux peut entraîner l'accumulation en surface du PVP non perdu, formant une « couche de gel mince » — bien que cette couche puisse retenir l'eau, elle entrave la pénétration de l'air dans le sol, provoquant une hypoxie racinaire superficielle (comme le noircissement des racines fibreuses superficielles du blé et du maïs), ce qui affecte à son tour la croissance des cultures.

4. Sols avec une teneur extrêmement faible en matière organique (teneur en matière organique <0,5 %) : le PVP ne peut pas fonctionner et peut affecter les micro-organismes

Le problème fondamental des sols présentant une teneur extrêmement faible en matière organique (comme les sols sableux pauvres et érodés par le vent, ou les sols nus ayant subi une érosion prolongée) est le manque de colloïdes dans le sol, une faible activité microbienne et une structure lâche (ou des sols compactés sans base pour l'amélioration) . Le PVP est inefficace dans ces sols pour les raisons suivantes :

• Sans soutien en matière organique, le PVP ne peut pas former de microagrégats.
  Le PVP doit s'appuyer sur les colloïdes du sol (comme l'humus) en tant que « points d'ancrage » pour former des « microagrégats », mais le sol pauvre en matière organique contient presque pas de colloïdes : les chaînes moléculaires du PVP ne peuvent pas se combiner de manière stable avec les particules du sol, et disparaissent soit avec l'eau, soit se dispersent de façon désordonnée dans le sol, sans pouvoir empêcher la compaction ou retenir l'eau.
• Inhibe les micro-organismes résiduels et aggrave l'appauvrissement du sol.
  Le nombre de micro-organismes dans un sol pauvre en matière organique est déjà très faible (capacité de décomposition réduite), et les chaînes macromoléculaires du PVP peuvent s'attacher à la surface des micro-organismes, inhibant leurs activités métaboliques (telles que la décomposition de faibles quantités de matière organique et la fixation de l'azote), réduisant ainsi davantage la fertilité du sol et créant un cercle vicieux selon lequel « plus on l'utilise, plus le sol s'appauvrit ».
• Le cœur de l'amélioration du sol consiste à reconstituer la matière organique. Le PVP ne peut pas remplacer complètement
  ce type de sol. La seule façon d'améliorer ce type de sol consiste à « ajouter de grandes quantités de matière organique » (comme le compostage, le retour de la paille aux champs et la culture d'engrais verts). Une fois que la teneur en matière organique atteint plus de 1 %, d'autres mesures d'amélioration peuvent être envisagées. L'utilisation de PVP n'est pas seulement rentable, mais retarde également le processus d'amélioration fondamental.

5. Sols fortement contaminés par les métaux lourds (concentration en métaux lourds > 200 mg/kg) : la capacité d'adsorption du PVP est insuffisante, ce qui peut facilement entraîner des problèmes secondaires

Le PVP ne peut qu'aider au remédiation des sols légèrement contaminés par les métaux lourds (concentration <100 mg/kg) et est totalement inadapté aux sols fortement contaminés (tels que les sols autour des zones minières, avec des concentrations en Pb/Cd >200 mg/kg) pour les raisons suivantes :

• La capacité d'adsorption est limitée et ne permet pas de réduire l'activité des métaux lourds.
  L'adsorption des métaux lourds par le PVP dépend de l'anneau de pyrrolidone présent sur la chaîne moléculaire. La capacité d'adsorption d'un seul gramme de PVP est seulement de 0,5 à 2 mg (selon le type de fruit et de légume). Les sols fortement pollués nécessitent des concentrations extrêmement élevées de PVP (>1 %) pour adsorber certains métaux lourds – mais de fortes concentrations de PVP peuvent obstruer les pores du sol, entraînant une hypoxie qui aggrave les dommages aux cultures.
• Il est impossible d'éliminer complètement les métaux lourds ; on ne peut que les « fixer temporairement ».
  L'adsorption des métaux lourds par le PVP est « réversible » (elle se produit dans un environnement acide ou en présence de fortes concentrations d'autres cations). Si le pH du sol diminue par la suite dans un sol fortement pollué (par exemple à cause des pluies acides), les métaux lourds adsorbés seront à nouveau libérés, provoquant une pollution secondaire. Le problème ne peut pas être résolu fondamentalement (des technologies spécialisées telles que le « lessivage » et la « phytoremédiation » sont nécessaires).

Résumé : Caractéristiques principales des sols inadaptés à l'utilisation du PVP

La clé pour déterminer si un sol est adapté au PVP réside dans la capacité du PVP À résoudre les problèmes fondamentaux du sol sans provoquer d'effets secondaires négatifs . Les sols suivants présentent les caractéristiques essentielles d’« inadéquation » :

• Les problèmes fondamentaux ne peuvent pas être résolus par le PVP (par exemple « abaisser le taux de sel et ajuster le pH » dans les sols salins-alcalins, « stabiliser les agrégats » dans les sols argileux lourds, et « ajouter de l'engrais » dans les sols pauvres en matière organique) ;
• De nouveaux problèmes peuvent facilement apparaître en raison des caractéristiques du PVP (par exemple « hypoxie » dans les sols argileux lourds, « lessivage et gaspillage » dans les sols sableux, et « libération secondaire » dans les sols fortement contaminés) ;
• L'efficacité économique est extrêmement faible (par exemple, les sols argileux lourds et sableux nécessitent une grande quantité de PVP, dont le coût est bien supérieur à celui des amendements traditionnels).

La logique fondamentale de l'amélioration des sols consiste à « prendre des mesures ciblées pour résoudre les problèmes fondamentaux » (par exemple, drainer le sel des sols salins-alcalins et ajouter de l'engrais organique aux sols argileux lourds). Le PVP n'est qu'un « moyen auxiliaire dans des scénarios particuliers » et ne peut pas remplacer les mesures traditionnelles d'amélioration, encore moins être utilisé pour les types de sols inadaptés mentionnés ci-dessus.