Welke bodemtypes zijn niet geschikt voor PVP?

De geschiktheid van PVP (polyvinylpyrrolidon) in bodem is sterk afhankelijk van de fysieke en chemische eigenschappen van de bodem en chemische eigenschappen (zoals deeltjescompositie, pH, zoutgehalte en organische stofinhoud) en kernproblemen (zoals verdringing, waterretentie en behoefte aan verontreinigingsremediatie). De volgende soorten bodem zijn over het algemeen ongeschikt voor het gebruik van PVP of vereisen strikte beperkingen voor het gebruik vanwege "PVP's onvermogen om kernproblemen aan te pakken", "gevoeligheid voor negatieve effecten" of "extreem slechte economische haalbaarheid":

1. Zout-zure bodem (pH > 8,5, EC > 4 ms/cm): PVP is niet effectief en kan zoutschade verergeren

Het kernprobleem van zout-zure bodem is hoge concentratie zoutionen (zoals Na⁺ en Cl⁻ ) en een hoge pH-waarde , wat leidt tot dispersie van bodemcolloïden, slechte doorlatendheid en moeilijkheden voor gewortels om water op te nemen. PVP is in dergelijke gronden niet alleen ondoeltreffend, maar kan ook negatieve effecten hebben om de volgende redenen:

• Een omgeving met hoog zoutgehalte verstoort de adsorptie- en waterretentiefunctie van PVP.
  Een grote hoeveelheid kationen zoals Na⁺ en Ca²⁺ in zout-zure gronden zal concurreren met de polaire groepen (amidgroepen) op de PVP-moleculeketen om bindingsplaatsen, waardoor de capaciteit van PVP om bodemdeeltjes te adsorberen verzwakt. De "polymeerbeschermende film" die had kunnen ontstaan, kan zich niet stabiel hechten, en het anti-verklontingeffect is volledig onwerkzaam. Tegelijkertijd zal een hoog zoutgehalte de driedimensionale structuur van het PVP-hydrogel verstoren, waardoor de waterretentiecapaciteit met meer dan 50% daalt (het kan vocht niet vasthouden en kan verdamping juist versnellen).
• Een hoge pH-waarde remt de adsorptie van zware metalen door PVP (indien sanering vereist is).
  Als zout-zure grond ook verontreinigd is met zware metalen, is de adsorptie van Pb²⁺ en Cd²⁺ door PVP afhankelijk van "coördinatiebinding", en zal een hoge pH-waarde (>8,5) de protonering van de amidegroep van PVP verzwakken, waardoor het coördinatievermogen sterk afneemt en zelfs desorptie van geadsorbeerde zware metalen kan optreden, wat op zijn beurt het risico op opname door gewassen verhoogt.
• lost het kernprobleem van zout-zure grond niet op en kan zoutschade verergeren
  . Het heeft geen vermogen om het zoutgehalte te verlagen of de pH aan te passen. De belangrijkste methoden om zout-zure gronden te verbeteren zijn uitspoelen en afvoeren van zout, toepassing van gips/ontzwavelingsgips om het alkalige gehalte te verlagen, en meer gebruik van organische meststoffen om de colloïdale structuur te verbeteren. Het gebruik van PVP is niet alleen kosteneffectief, maar de resterende polymeerketens kunnen ook binden met natriumionen in de grond, waarbij zout-polymeercomplexen ontstaan die poriën in de grond dichtstoppen en de doorlatendheid verder verstoren.

2. Zware klei (kleigehalte > 40%): gevoelig voor "anoxie en verhitting", het effect is veel erger dan bij traditionele verbeteraars

Het kernprobleem van zware klei is fijne deeltjes, kleine poriën, slechte luchtdoorlatendheid en neiging tot waterverzaking en verdichting . Verbetering vereist "het versterken van de stabiliteit van de aggregaatstructuur" (zoals verhoogde toepassing van organische meststoffen en biochar) in plaats van het kortdurende disperserende effect van PVP. De redenen waarom zware klei niet geschikt is voor PVP zijn als volgt:

• Te veel PVP kan poriën gemakkelijk verstoppen en verergeren
  de kleine poriën van zuurstofarme, zware klei. Als PVP wordt gebruikt (vooral bij een concentratie > 0,2%), vormen de polymeerketens een "overgekoppelde gellaag" tussen de bodemdeeltjes, waardoor de capillaire en ventilatieporiën volledig worden geblokkeerd. Na het water geven kan het water niet doordringen en kunnen de wortels niet ademen, wat juist leidt tot "anoxische verdichting" (wortelrot bij gewassen en geel wordende bladeren), wat ernstiger is dan het probleem van onbehandelde zware klei.
• PVP slaagt er niet in stabiele aggregaten te vormen, en het anti-verdichtingseffect is van korte duur.
  De fundamentele reden voor verdichting van zware kleigrond is een gebrek aan organische stof, waardoor bodemcolloïden geen waterstabiele aggregaten kunnen vormen. Hoewel PVP op korte termijn deeltjes kan verspreiden, zijn de resulterende "microaggregaten" tijdelijke fysieke structuren (die uiteenvallen bij zware regenval of irrigatie) en kunnen zij de "langdurig stabiele aggregaten" die worden gevormd door organische meststoffen niet vervangen. Na één tot twee weken zal de grond opnieuw verdichten, en het PVP-residu kan de hardheid verder vergroten.
• De economische efficiëntie is uiterst slecht. Traditionele verbeteraars zijn efficiënter.
  Voor zware kleigrond is een grote hoeveelheid verbeteraars nodig om effect te hebben. Als PVP wordt gebruikt (kosten 20-30 yuan/kg), is een dosering van 300-500 kg per mu (concentratie 0,2%) vereist, wat de kosten op meer dan 6.000 yuan brengt. Dit is veel hoger dan bij organische mest (50-100 yuan/mu) of biochar (200-300 yuan/mu), terwijl het effect slechter is, waardoor het volledig onpraktisch is.

3. Zandgrond (zandgehalte > 80%): PVP gaat gemakkelijk verloren, het effect is van korte duur en de kosten zijn hoog.

Het kernprobleem met zandgrond is haar slechte water- en meststofretentiecapaciteit, grove deeltjes en zwakke adsorptiecapaciteit , maar ze wordt niet gemakkelijk verdicht (grote poriën tussen de deeltjes). Hoewel PVP tijdelijk water kan vasthouden in zandgrond, is het over het algemeen niet geschikt voor gebruik vanwege de "gemakkelijke verliezen, frequente toepassingsvereisten en slechte economische efficiëntie":

• PVP heeft een zwakke adsorptiecapaciteit en gaat gemakkelijk verloren bij regen/irrigatie.
  Zandgronddeeltjes zijn grof (klein specifiek oppervlak) en hebben een zwakke bindingkracht met PVP-moleculen (voornamelijk afhankelijk van zwakke waterstofbruggen). Bij het begieten of regenval dringt PVP gemakkelijk met water door naar de diepere grondlagen (buiten het opnamebereik van gewortelwortels), waardoor de PVP-concentratie in de oppervlaktelaag snel daalt – het vochtbehoudseffect duurt slechts 2 tot 3 dagen en herhaalde toepassing om de 3 tot 5 dagen is vereist, wat omslachtig is.
• Lage eisen voor anti-verdichting, de functionaliteit van PVP is overbodig.
  Zandgronden hebben grote poriën tussen de deeltjes, waardoor "dichte verdichting" vrijwel onmogelijk is (alleen kleine scheuren als gevolg van oppervlakkige droogte kunnen optreden, zonder behoefte aan PVP). De kernfunctie van PVP (anti-verdichting) is volledig overbodig in zandgronden, en de beperkte functie van vochtbehoud kan worden bereikt via goedkope methoden zoals strodeklaag of toediening van humuszuren, zonder afhankelijkheid van PVP.
• Langdurig gebruik kan leiden tot gellering van het oppervlak
  . Herhaalde toepassing van PVP in zandgrond kan ervoor zorgen dat het PVP dat niet verloren is gegaan zich ophoopt op het oppervlak, waarbij een "dunne gel-laag" ontstaat - hoewel deze laag water kan vasthouden, belemmert deze de doorgang van lucht naar de grond, wat leidt tot zuurstofgebrek bij oppervlaktes van wortels (zoals het zwart worden van de oppervlakkige vezelachtige wortels van tarwe en maïs), waardoor op zijn beurt de gewasgroei wordt beïnvloed.

4. Grond met extreem laag gehalte aan organische stof (organische stof <0,5%): PVP kan niet functioneren en kan micro-organismen beïnvloeden

Het kernprobleem van gronden met extreem laag gehalte aan organische stof (zoals arme, door de wind meegevoerde zandgronden en kale gronden die langdurig zijn uitgespoeld) is een gebrek aan grondcolloïden, lage microbiële activiteit en een losse structuur (of verdichte gronden zonder basis voor verbetering) . PVP is in dergelijke gronden niet effectief om de volgende redenen:

• Zonder ondersteuning van organische stof kan PVP geen microaggregaten vormen.
  PVP moet afhankelijk zijn van bodemcolloïden (zoals humus) als "ankerpunten" om "microaggregaten" te vormen, maar bodem die arm is aan organische stof bevat bijna geen colloïden – de PVP-molecuulketens kunnen zich niet stabiel binden aan bodemdeeltjes en verdwijnen ofwel met het water of verspreiden zich ongeordend in de bodem, waardoor ze niet in staat zijn verdichting tegen te gaan of water vast te houden.
• Remt resterende micro-organismen en verergert de verarming van de bodem.
  Het aantal micro-organismen in een organische stof-arme bodem is al zeer laag (zwakke afbreekcapaciteit), en de hoge molecuulketens van PVP kunnen zich hechten aan het oppervlak van micro-organismen, waardoor hun stofwisselingsprocessen (zoals het afbreken van kleine hoeveelheden organische stof en het fixeren van stikstof) worden geremd. Dit verlaagt de bodemvruchtbaarheid verder en leidt tot een vicieuze cirkel van 'hoe meer je er van gebruikt, hoe armer de bodem wordt'.
• De kern van bodemverbetering is het aanvullen van organische stof. PVP kan dit niet volledig vervangen.
  dit type grond. De enige manier om dit type grond te verbeteren is door "grote hoeveelheden organisch materiaal toe te voegen" (zoals composteren, het terugbrengen van stro naar het veld en het verbouwen van groenbemesters). Zodra het gehalte aan organisch materiaal boven de 1% stijgt, kunnen aanvullende verbetermaatregelen worden overwogen. Het gebruik van PVP is niet alleen kosteneffectief, maar vertraagt ook het kernverbeteringsproces.

5. Ernstig zwaarmetaalverontreinigde grond (zwaarmetaalconcentratie > 200 mg/kg): de adsorptiecapaciteit van PVP is onvoldoende, wat gemakkelijk kan leiden tot secundaire problemen

PVP kan alleen helpen bij de sanering van licht zwaarmetaalverontreinigde gronden (concentratie <100 mg/kg) en is volledig ongeschikt voor sterk verontreinigde gronden (zoals gronden rond mijngebieden, met Pb/Cd-concentraties >200 mg/kg) om de volgende redenen:

• De adsorptiecapaciteit is beperkt en kan de activiteit van zware metalen niet verlagen.
  De adsorptie van zware metalen door PVP is afhankelijk van de pyrrolidonering in de moleculaire keten. De adsorptiecapaciteit van één gram PVP bedraagt slechts 0,5~2 mg (afhankelijk van het type fruit en groente). Ernstig verontreinigde grond vereist extreem hoge concentraties PVP (>1%) om enkele zware metalen te kunnen adsorberen – maar hoge concentraties PVP zullen de poriën in de grond blokkeren, wat leidt tot zuurstofgebrek en zo gewasschade verergert.
• Het is onmogelijk om zware metalen volledig te verwijderen; men kan ze slechts "tijdelijk fixeren".
  De adsorptie van zware metalen door PVP is "omkeerbaar" (het zal desorberen in een zure omgeving of bij hoge concentraties van andere kationen). Als de pH van de grond in sterk verontreinigde gebieden later daalt (bijvoorbeeld door zure regen), worden de geadsorbeerde zware metalen opnieuw vrijgegeven, wat secundaire verontreiniging veroorzaakt. Het probleem kan hiermee niet fundamenteel worden opgelost (hiervoor zijn professionele technologieën zoals "uitspoeling" en "fytoremediatie" vereist).

Samenvatting: Kernkenmerken van gronden die niet geschikt zijn voor gebruik van PVP

De sleutel tot bepalen of een bodem geschikt is voor PVP is of PVP de kernproblemen van de bodem kan oplossen zonder negatieve bijwerkingen te veroorzaken . De volgende bodems voldoen aan de kernkenmerken van "ongeschikt":

• Kernproblemen kunnen niet worden opgelost door PVP (zoals "zoutgehalte verlagen en pH aanpassen" in zout-zure gronden, "aggregaten stabiliseren" in zware kleigronden, en "bemesting toevoegen" aan gronden die arm zijn aan organische stof);
• Er kunnen gemakkelijk nieuwe problemen ontstaan door de kenmerken van PVP (zoals "zuurstoftekort" in zware kleigronden, "verlies en verspilling" in zandgronden, en "secundaire afgifte" in sterk vervuilde gronden);
• De economische efficiëntie is uiterst laag (bijvoorbeeld vereisen zware klei- en zandgronden een grote hoeveelheid PVP, waarvan de kosten veel hoger zijn dan die van traditionele verbeteringsmiddelen).

De kernlogica van bodemverbetering is om "gerichte maatregelen te nemen om de fundamentele problemen aan te pakken" (zoals het verwijderen van zout uit zoutachtige alkalische grond en het toevoegen van organische mest aan zware kleigrond). PVP is slechts een "hulpmiddel in speciale situaties" en kan niet de traditionele verbeteringsmaatregelen vervangen, laat staan worden gebruikt voor de hierboven genoemde ongeschikte bodemtypen.