Apakah peranan PVP dalam tanah? Bolehkah ia mencegah pemadatan tanah?

Sebagai polimer larut air, PVP (polivinilpirrolidon) terutamanya digunakan dalam aplikasi tanah disebabkan oleh pengekalan air, ketaraian, dan penyerapan sifat-sifat. Walaupun ia boleh membantu dalam penambahbaikan tanah, ia bukan bahan utama atau arus perdana untuk penambahbaikan tanah. Walaupun ia mempunyai kesan bantuan tertentu dalam mencegah pemadatan tanah, ini memerlukan pertimbangan teliti terhadap ciri-ciri tanah dan penggunaan yang betul, serta keberkesanannya lebih lemah berbanding perapi tanah tradisional (seperti baja organik dan asid humik) . Mekanisme tindakan khususnya, senario aplikasi, dan batasannya boleh diterokai daripada tiga perspektif berikut:

peranan sampingan PVP dalam "mencegah pemadatan tanah": dengan memperbaiki struktur tanah

Punca utama pemadatan tanah ialah agregasi zarah tanah yang lemah dan kekurangan bahan organik , yang menyebabkan pelekatannya zarah-zarah secara rapat dan mengurangkan kebolehporosan (menjadikan udara dan air sukar menembusi). PVP boleh sedikit memperbaiki masalah ini melalui "penyerapan fizikal" dan "penyebaran zarah". Mekanisme khususnya adalah seperti berikut:

• Kumpulan berkutub (seperti amida) pada rantaian molekul PVP diserap ke permukaan zarah tanah (seperti liat dan lanau) melalui ikatan hidrogen dan daya van der Waals, membentuk "lapisan pelindung polimer" di permukaan luar zarah. Lapisan ini
  mengurangkan pelekatan langsung antara zarah-zarah tanah (mengelakkan zarah liat daripada menggumpal akibat kesan elektrostatik) sambil juga meningkatkan kebolehlinciran antara zarah, mengurangkan kemungkinan pemadatan selepas mampatan.
  Contohnya , dalam tanah liat yang cenderung memadat, rawatan PVP kepekatan rendah (0.1%–0.5% berdasarkan berat kering tanah) boleh meningkatkan serakan zarah tanah sebanyak 10%–15% dan mengurangkan kekerasan permukaan kira-kira 20% selepas penyiraman (dengan penggegaran tanah yang sesuai).
• polimer
  rantai bertindak sebagai "penghubung," yang perlahan-lahan menggabungkan zarah tanah yang tersebar (seperti pasir dan lanau) menjadi gumpalan bersaiz mikron (berbanding gumpalan besar yang padat). Gumpalan mikro ini mencipta liang-liang halus yang mengekalkan air (mengurangkan pemadatan akibat penyejatan) sambil membenarkan udara menembusi, mengelakkan tanah daripada menjadi padat akibat ketiadaan udara.
  Nota : Struktur mikroagregat yang terbentuk oleh PVP kurang stabil dan tidak dapat menggantikan "gumpalan yang stabil terhadap air" (rintangan jangka panjang terhadap hakisan dan pemadatan) yang dibentuk oleh baja organik dan asid humik. Ia hanya mampu memberi lega jangka pendek terhadap pemadatan dan memerlukan penambahan berkala atau gabungan dengan bahan tambahan lain.
• Kurangkan pemadatan permukaan yang disebabkan oleh penyejatan air
  PVP mempunyai keupayaan rintangan air yang tertentu (ia boleh menyerap air beberapa kali ganda beratnya sendiri untuk membentuk hidrogel), yang boleh melekat pada permukaan tanah dan memperlahankan penyejatan air yang pantas. Permukaan tanah mudah mengalami "kekeringan dan retak" disebabkan kehilangan air secara tiba-tiba (seperti tanah gondol di kawasan kering). Kesan ketahanan air PVP boleh mengurangkan risiko ini dan mengekalkan keadaan tanah permukaan yang longgar.

2. Fungsi bantuan lain PVP dalam tanah (bukan inti anti-pengerasan)

Selain membantu mencegah pemadatan tanah, PVP juga boleh, berdasarkan sifat-sifatnya, memainkan peranan berikut dalam tanah, tetapi ini kebanyakannya merupakan "aplikasi bantuan" dan bukan keperluan asas:

• Agen Penahan Air Tanah (Aplikasi Jangka Pendek, Skala Kecil):
  PVP menyerap air untuk membentuk hidrogel yang membebaskan lembapan secara perlahan, meningkatkan kandungan kelembapan tanah. Ini sangat sesuai untuk anak benih, pokok pasu, atau kawasan kecil tanah di kawasan kering (seperti substrat anak benih sukulen dan sayur-sayuran). Sebagai contoh, penambahan 0.2%–0.5% PVP ke dalam substrat anak benih boleh meningkatkan kapasiti tahan air sebanyak 15%–25%, mengurangkan kekerapan penyiraman dan mencegah pemadatan substrat yang disebabkan oleh terlalu banyak air.
  Keterhadan : Keupayaan keterikan air PVP adalah lebih lemah berbanding ejen keterikan air tanah khusus (seperti poliakrilamida (PAM) dan asid humik), dan kosnya yang lebih tinggi menjadikannya tidak sesuai untuk aplikasi di kawasan pertanian skala besar.
• Sebagai pembawa perlahan bagi baja dan racun perosak (meningkatkan kecekapan guna)
  , PVP boleh melumpuhkan baja terlarut dalam air (seperti baja nitrogen dan kalium) atau racun perosak beracun rendah di dalam tanah melalui "enkapsulasi" atau "penyerapan", memperlahankan pencucian dan kehilangan mereka (mengelakkan daripada meresap ke lapisan tanah yang lebih dalam bersama air hujan), mencapai pelepasan "perlahan". Sebagai contoh, apabila PVP dicampurkan dengan urea dan disapu pada tanah, tempoh pembebasan urea boleh dipanjangkan daripada satu hingga dua minggu kepada tiga hingga empat minggu, mengurangkan pembaziran nutrien dan mencegah pengasinan tanah yang disebabkan oleh pelepasan baja yang pekat (yang juga secara tidak langsung boleh memburukkan pemadatan tanah).
• Penyerapan Ion Logam Berat (Rawatan Bantuan untuk Tanah Terkontaminasi Ringan): Gelang pirrolidon pada rantaian molekul PVP boleh menyerap ion logam berat (seperti
  Pb²⁺ , Cu²⁺ , dan Cd²⁺ ) dalam tanah melalui koordinasi, mengurangkan ketersediaan biologi mereka (mengurangkan penyerapan oleh tanaman). Ini menjadikannya sesuai untuk tanah pertanian atau tanah pasu yang mengalami pencemaran logam berat ringan . Sebagai contoh, menambahkan 0.5%–1% PVP ke dalam tanah yang tercemar Pb²⁺ boleh mengurangkan penyerapan tanaman sebanyak 20%–30%. Walau bagaimanapun, ini tidak sepenuhnya menghilangkan logam berat dan memerlukan teknik pemulihan tambahan (seperti pelixatan dan fitopemulihan).

3. Pertimbangan Utama (Kekangan) untuk Menggunakan PVP bagi Meningkatkan Tanah

PVP bukan bahan khusus yang direka untuk penambahbaikan tanah. Ia mempunyai batasan yang jelas dalam aplikasi praktikal dan harus dielakkan daripada bergantung berlebihan kepadanya:

• Kurang berkesan berbanding bahan tambahan tradisional dan lebih mahal, PVP
  pendekatan utama untuk mencegah pemadatan tanah termasuk menambah bahan organik (seperti kompos dan memulangkan jerami ke ladang), menggunakan asid humik/arang bio (untuk meningkatkan kestabilan agregat), atau mengoptimumkan amalan pengolahan tanah (untuk mengelakkan pemadatan berlebihan). Kesan anti-pemadatan PVP hanyalah suplemen jangka pendek, dan harga seunitnya jauh lebih tinggi berbanding baja organik (kira-kira 5-10 kali ganda harga baja organik). Ini menjadikannya tidak ekonomikal untuk aplikasi di kawasan pertanian skala besar dan lebih sesuai untuk aplikasi kecil yang lebih fokus (seperti penanaman anak benih dan pokok dalam pasu).
• Penggunaan berlebihan boleh menjejaskan ketelusan tanah.
  Jika kepekatan PVP terlalu tinggi (contohnya, melebihi 1%, berdasarkan berat kering tanah), rantaian polimernya mungkin membentuk lapisan gel "terlebih-silang-paut" antara zarah-zarah tanah, yang seterusnya menyumbat liang-liang tanah dan menyebabkan penurunan ketelusan (serupa dengan "hipoksia tanah dan pemadatan"), terutamanya pada tanah liat. Risikonya lebih tinggi.
• Keterlarutan persekitaran adalah terhad, dan dos perlu dikawal.
  Kadar degradasi PVP dalam tanah semula jadi adalah perlahan (penguraian lengkap mengambil masa beberapa bulan hingga beberapa tahun, bergantung kepada aktiviti mikroorganisma). Penggunaan berlebihan dalam jangka panjang boleh menyebabkan pengumpulan polimer bermolekul tinggi dalam tanah. Walaupun tidak mempunyai toksik yang jelas, ia boleh menjejaskan aktiviti mikroorganisma tanah (seperti menghambat beberapa bakteria yang menguraikan bahan organik). Adalah perlu untuk mengikuti prinsip "kepekatan rendah, penggunaan jangka pendek" (dos tunggal tidak sepatutnya melebihi 0.5% daripada berat kering tanah).
• Tidak sesuai untuk semua jenis tanah
  • Tanah pasir (ketersampaian udara yang baik tetapi keupayaan menahan air lemah): Kesan ketahanan air dan serakan PVP boleh sedikit meningkatkan keupayaan tanah mengekalkan kesuburan, tetapi mempunyai kesan yang kecil dalam mencegah pemadatan (tanah pasir secara semula jadi sukar dimampatkan);
  • Tanah salin-alkali (garam tinggi, pH tinggi): Penyerapan PVP mungkin diganggu oleh ion garam, kesannya sangat berkurangan, dan tidak dapat memperbaiki masalah pengasinan tanah (diperlukan bahan pemulih khas seperti gipsum dan gipsum desulfurisasi).

Ringkas

PVP boleh memainkan peranan dalam mencegah pemadatan tanah, mengekalkan air dalam jangka pendek, dan melepaskan nutrien secara perlahan , tetapi harus dinyatakan dengan jelas bahawa:

• Kesannya terhadap pemadatan tanah adalah "bantuan dan jangka pendek", jauh lebih rendah berbanding bahan pemulih tradisional seperti baja organik dan asid humik, serta tidak sesuai dijadikan bahan utama untuk mencegah pemadatan tanah;
• Lebih sesuai untuk skenario berskala kecil dan halus (seperti substrat benih dan tanah pasu) berbanding kawasan pertanian berskala besar;
• Kepekatan mesti dikawal dengan ketat (0.1%~0.5%) semasa digunakan untuk mengelakkan penggunaan berlebihan yang boleh menyebabkan penurunan ketelusan udara atau pengumpulan persekitaran.

Jika pencegahan mampatan tanah yang jangka panjang dan berkesan diperlukan, kuncinya masih terletak pada pencapaian melalui "penambahan aplikasi bahan organik + perladangan yang munasabah + pengairan secara saintifik". PVP hanya boleh digunakan sebagai kaedah tambahan dalam senario khusus.