Quali tipi di suolo non sono adatti per il PVP?

L'idoneità del PVP (polivinilpirrolidone) nel suolo dipende fortemente dalle caratteristiche del suolo proprietà fisiche e chimiche (come composizione delle particelle, pH, salinità e contenuto di materia organica) e problemi principali (come compattazione, ritenzione idrica e necessità di bonifica dell'inquinamento). I seguenti tipi di suolo in genere non sono adatti all'uso del PVP o richiedono restrizioni rigorose sul suo utilizzo a causa dell'"incapacità del PVP di risolvere i problemi principali", "tendenza a effetti negativi" o "economicità estremamente scarsa":

1. Suolo salino-alcalino (pH＞8,5, EC＞4 ms/cm): il PVP è inefficace e può aggravare i danni da salinità

Il problema principale del suolo salino-alcalino è alta concentrazione di ioni salini (ad esempio Na⁺ e Cl⁻ ) e un elevato valore di pH , il che porta alla dispersione dei colloidi del suolo, scarsa permeabilità e difficoltà per le radici delle colture ad assorbire l'acqua. Il PVP non è solo inefficace in questi terreni, ma può anche avere effetti negativi per i seguenti motivi:

• L'ambiente ad alto contenuto salino distrugge la funzione di adsorbimento e ritenzione idrica del PVP.
  Una grande quantità di cationi come Na⁺ e Ca²⁺ nel suolo salino-alcalino competono con i gruppi polari (gruppi ammidici) sulla catena molecolare del PVP per i siti di legame, indebolendo la capacità del PVP di adsorbire le particelle del suolo. Il "film protettivo polimerico" che si sarebbe potuto formare non riesce ad attaccarsi stabilmente, rendendo completamente inefficace l'effetto antiaggregazione. Allo stesso tempo, l'elevato contenuto salino distrugge la struttura tridimensionale dell'idrogel di PVP, provocando una riduzione della capacità di ritenzione idrica superiore al 50% (non riesce a trattenere l'umidità e può accelerare l'evaporazione).
• Un elevato valore di pH inibisce l'adsorbimento da parte del PVP dei metalli pesanti (se richiesto un intervento di bonifica).
  Se il suolo salino-alcalino è anche contaminato da metalli pesanti, l'adsorbimento di Pb²⁺ e Cd²⁺ da parte del PVP dipende dal "legame coordinativo", e un elevato valore di pH (>8.5) riduce la protonazione del gruppo ammidico del PVP, diminuendo notevolmente la capacità di coordinazione e causando persino la desorbimento degli ioni metallici pesanti adsorbiti, aumentando così il rischio di assorbimento da parte delle colture.
• non riesce a risolvere il problema principale del suolo salino-alcalino e può aggravare i danni da salinità
  . Non ha la capacità di ridurre i livelli di sale o regolare il pH. Gli approcci principali per migliorare i suoli salino-alcalini sono il lavaggio e lo drenaggio del sale, l'applicazione di gesso/gesso desolforato per ridurre i livelli di alcalinità e l'aumento dell'impiego di fertilizzanti organici per migliorare la struttura colloidale. L'uso del PVP non è solo antieconomico, ma le sue catene polimeriche residue possono anche combinarsi con gli ioni sodio nel suolo, formando complessi sale-polimero che otturano i pori del suolo e ne compromettono ulteriormente la permeabilità.

2. Argilla pesante (contenuto di argilla > 40%): soggetta a "anossia e compattazione", l'effetto è molto peggiore rispetto ai miglioratori tradizionali

Il problema principale dell'argilla pesante è particelle fini, pori piccoli, scarsa permeabilità all'aria e facile accumulo d'acqua e compattazione . Il miglioramento richiede "il potenziamento della stabilità della struttura aggregata" (ad esempio aumentando l'applicazione di fertilizzanti organici e biochar) piuttosto che l'effetto dispersivo a breve termine del PVP. I motivi per cui l'argilla pesante non è adatta al PVP sono i seguenti:

• Un eccesso di PVP può facilmente ostruire i pori e aggravare
  i pori stretti dell'argilla pesante carente di ossigeno. Se si utilizza PVP (soprattutto a una concentrazione > 0,2%), le sue catene polimeriche formeranno uno "strato gelatinoso eccessivamente reticolato" tra le particelle del suolo, bloccando completamente i pori capillari e i pori di ventilazione. Dopo l'irrigazione, l'acqua non riesce a penetrare e le radici non possono respirare, causando invece un "compattamento anossico" (le radici delle colture marciscono e le foglie ingialliscono), un problema più grave rispetto a quello dell'argilla pesante non trattata.
• Il PVP non riesce a formare aggregati stabili e il suo effetto anti-compattamento è di breve durata.
  Il motivo fondamentale del compattamento del terreno argilloso pesante è la mancanza di materia organica, che impedisce ai colloidi del suolo di formare aggregati stabili all'acqua. Mentre il PVP può disperdere le particelle a breve termine, gli "aggregati microscopici" risultanti sono strutture fisiche temporanee (che si disintegrano con forti piogge o irrigazioni) e non possono sostituire gli "aggregati stabili a lungo termine" formati dai fertilizzanti organici. Dopo una o due settimane di utilizzo, il terreno si ricompatterà nuovamente e il residuo di PVP potrebbe aumentarne la durezza.
• L'efficienza economica è estremamente scarsa. Gli ammendanti tradizionali sono più efficienti.
  Il terreno argilloso pesante richiede una grande quantità di ammendanti per essere efficace. Se si utilizza PVP (costo 20-30 yuan/kg), il dosaggio per mu deve essere di 300-500 kg (concentrazione 0,2%), con un costo superiore ai 6.000 yuan, molto più alto rispetto al fertilizzante organico (50-100 yuan/mu) o alla biochar (200-300 yuan/mu), e l'effetto è peggiore; pertanto, è del tutto impraticabile.

3. Terreno sabbioso (contenuto di sabbia > 80%): il PVP si perde facilmente, l'effetto è di breve durata e il costo è elevato.

Il problema principale del terreno sabbioso è la scarsa capacità di ritenzione idrica e fertilizzante, le particelle grossolane e la debole capacità di adsorbimento , ma non si compatta facilmente (grandi pori tra le particelle). Anche se il PVP può trattenere l'acqua nel terreno sabbioso per un breve periodo, in generale non è adatto all'uso a causa della "facile perdita, necessità di applicazioni frequenti e scarsa efficienza economica":

• Il PVP ha una debole capacità di adsorbimento e si perde facilmente con la pioggia/l'irrigazione.
  Le particelle del suolo sabbioso sono grossolane (piccola superficie specifica) e hanno una debole forza di legame con le molecole di PVP (principalmente basata su deboli legami a idrogeno). Quando si innaffia o piove, il PVP penetra facilmente nel terreno profondo insieme all'acqua (oltre il raggio di assorbimento delle radici delle colture), causando un rapido calo della concentrazione di PVP nel suolo superficiale: l'effetto di ritenzione idrica dura solo 2-3 giorni ed è necessario un riapplicazione ogni 3-5 giorni, il che risulta scomodo.
• Bassi requisiti di anti-compattamento, la funzionalità del PVP è ridondante.
  I suoli sabbiosi presentano ampi pori interparticellari, rendendo praticamente impossibile una "compattazione densa" (possono verificarsi solo lievi fessurazioni dovute alla siccità superficiale, senza necessità di PVP). La funzione principale del PVP (anti-compattamento) è completamente ridondante nei suoli sabbiosi, e la sua limitata funzione di ritenzione idrica può essere ottenuta mediante metodi a basso costo come la pacciamatura con paglia o l'applicazione di acido umico, senza dover ricorrere al PVP.
• L'uso prolungato potrebbe portare alla gelificazione della superficie
  . L'applicazione frequente di PVP in terreni sabbiosi può causare l'accumulo in superficie del PVP non perso, formando uno "strato gelatinoso sottile" - sebbene questo strato possa trattenere l'acqua, ostacolerà l'ingresso dell'aria nel terreno, causando ipossia radicale superficiale (ad esempio annerimento delle radici fibrose superficiali di grano e mais), il che a sua volta influisce sulla crescita delle colture.

4. Terreno con contenuto estremamente basso di sostanza organica (contenuto di sostanza organica <0,5%): il PVP non può funzionare e potrebbe influire sui microrganismi

Il problema principale dei terreni con contenuto estremamente basso di sostanza organica (come terreni sabbiosi poveri o suoli nudi erosi da lungo tempo) è la mancanza di colloidi nel terreno, una bassa attività microbica e una struttura sciolta (oppure terreni compatti senza base per il miglioramento) . Il PVP è inefficace in questi terreni per i seguenti motivi:

• Senza il supporto della materia organica, il PVP non può formare microaggregati.
  Il PVP deve fare affidamento sui colloidi del suolo (come l'humus) come "punti di ancoraggio" per formare "microaggregati", ma il suolo carente di materia organica ha quasi nessun colloidale - le catene molecolari del PVP non possono combinarsi stabilmente con le particelle del suolo, e o scompaiono con l'acqua o si disperdono in modo disordinato nel terreno, incapaci di prevenire il compattamento o trattenere l'acqua.
• Inibisce i microrganismi residui e aggrava l'impoverimento del suolo.
  Il numero di microrganismi nel suolo carente di materia organica è già molto ridotto (scarsa capacità di decomposizione), e le catene ad alto peso molecolare del PVP potrebbero aderire alla superficie dei microrganismi, inibendone le attività metaboliche (come la decomposizione di piccole quantità di materia organica e la fissazione dell'azoto), riducendo ulteriormente la fertilità del suolo e creando un circolo vizioso di "più lo usi, più diventa povero".
• Il cuore del miglioramento del suolo è reintegrare la materia organica. Il PVP non può sostituirla completamente
  questo tipo di suolo. L'unico modo per migliorare questo tipo di suolo è "aggiungere grandi quantità di materia organica" (ad esempio compostaggio, reintegro della paglia nei campi e coltivazione di sovesci). Una volta che il contenuto di materia organica aumenta oltre l'1%, si possono prendere in considerazione ulteriori misure di miglioramento. L'uso del PVP non è solo economico, ma ritarda anche il processo fondamentale di miglioramento.

5. Suoli gravemente contaminati da metalli pesanti (concentrazione di metalli pesanti > 200 mg/kg): la capacità di adsorbimento del PVP è insufficiente, il che può facilmente portare a problemi secondari

Il PVP può soltanto contribuire al ripristino di suoli leggermente contaminati da metalli pesanti (concentrazione <100 mg/kg) ed è completamente inadatto per suoli fortemente contaminati (ad esempio suoli nelle aree minerarie, con concentrazioni di Pb/Cd >200 mg/kg) per i seguenti motivi:

• La capacità di adsorbimento è limitata e non riesce a ridurre l'attività dei metalli pesanti.
  L'adsorbimento dei metalli pesanti da parte del PVP dipende dall'anello di pirrolidone sulla catena molecolare. La capacità adsorbente di un singolo grammo di PVP è soltanto 0,5~2 mg (a seconda del tipo di frutta e verdura). I terreni fortemente inquinati richiedono concentrazioni estremamente elevate di PVP (>1%) per adsorbire alcuni metalli pesanti, ma alte concentrazioni di PVP possono ostruire i pori del suolo, causando ipossia, il che aggraverebbe i danni alle colture.
• È impossibile rimuovere completamente i metalli pesanti; si può soltanto "fissarli temporaneamente".
  L'adsorbimento dei metalli pesanti da parte del PVP è "reversibile" (può desorbirsi in un ambiente acido o in presenza di alte concentrazioni di altri cationi). Se successivamente il pH del suolo in aree fortemente inquinate diminuisce (ad esempio a causa della pioggia acida), i metalli pesanti adsorbiti verranno nuovamente rilasciati, causando inquinamento secondario. Il problema non può essere risolto in modo definitivo (sono necessarie tecnologie specializzate come "lisciviazione" e "fitoremediation").

Riepilogo: Caratteristiche fondamentali dei suoli non adatti all'uso di PVP

La chiave per determinare se un terreno è adatto al PVP è se Il PVP può risolvere i problemi principali del terreno senza causare effetti collaterali negativi . I seguenti tipi di terreno presentano le caratteristiche fondamentali di essere "inadatti":

• I problemi principali non possono essere risolti con il PVP (ad esempio "ridurre il sale e regolare il pH" nei terreni salini-alcalini, "stabilizzare gli aggregati" nei terreni argillosi pesanti e "aggiungere fertilizzante" nei terreni poveri di materia organica);
• Possono facilmente insorgere nuovi problemi a causa delle caratteristiche del PVP (ad esempio "ipossia" nei terreni argillosi pesanti, "perdita e spreco" nei terreni sabbiosi e "rilascio secondario" nei terreni fortemente contaminati);
• L'efficienza economica è estremamente scarsa (ad esempio, i terreni argillosi pesanti e quelli sabbiosi richiedono una grande quantità di PVP, il cui costo è molto superiore a quello degli ammendanti tradizionali).

La logica fondamentale del miglioramento del suolo è quella di "adottare misure mirate per affrontare i problemi alla radice" (ad esempio, drenare il sale dal suolo salino-alcalino e aggiungere fertilizzante organico al terreno argilloso pesante). Il PVP è soltanto un "mezzo ausiliario in scenari particolari" e non può sostituire le misure tradizionali di miglioramento, men che meno essere utilizzato per i tipi di suolo inadatti sopra citati.