Jakie typy gleb nie są odpowiednie do stosowania PVP?

Zdatność PVP (poliwinylopirydynonu) w glebie zależy w dużym stopniu od właściwości fizycznych i chemicznych gleby (takich jak skład cząstek, pH, zasolenie i zawartość materii organicznej) oraz podstawowych problemów (takich jak zagęszczenie, retencja wody i potrzeby rekultywacji zanieczyszczeń). Następujące typy gleb są ogólnie nieodpowiednie do stosowania PVP lub wymagają ścisłych ograniczeń co do jego stosowania ze względu na "niemożność PVP w rozwiązywaniu kluczowych problemów", "poddatność na negatywne skutki" lub "wyjątkowo niską opłacalność":

1. Gleby solno-zasadowe (pH > 8,5, EC > 4 ms/cm): PVP jest nieskuteczny i może nasilić uszkodzenia spowodowane przez sól

Głównym problemem gleb solno-zasadowych jest wysoka zawartość jonów soli (np. Na⁺ i Cl⁻ ) i oraz wysokie pH , co prowadzi do dyspersji koloidów glebowych, złej przepuszczalności oraz trudności w pobieraniu wody przez korzenie roślin. PVP nie tylko nie jest skuteczne na takich glebach, ale może również wykazywać negatywne efekty z następujących powodów:

• Środowisko o wysokim stężeniu soli niszczy funkcję adsorpcji i retencji wody przez PVP.
  Duża ilość kationów, takich jak Na⁺ i Ca²⁺, w glebach solnych będzie konkurować z grupami polarnymi (grupami amidowymi) na łańcuchu cząsteczkowym PVP o miejsca wiązania, osłabiając zdolność PVP do adsorbowania cząstek gleby. Formowana mogłaby być „polimerowa warstwa ochronna”, która nie może się stabilnie przyczepić, a działanie przeciw zagęszczaniu jest całkowicie nieskuteczne. Jednocześnie wysokie stężenie soli niszczy trójwymiarową strukturę hydrożelu PVP, powodując spadek jego pojemności retencyjnej o ponad 50% (nie potrafi zatrzymywać wilgoci i może przyspieszać jej parowanie).
• Wysoka wartość pH hamuje adsorpcję metali ciężkich przez PVP (jeśli wymagana jest rekultywacja).
  Jeśli gleba solna-zasadowa jest również zanieczyszczona metalami ciężkimi, adsorpcja jonów Pb²⁺ i Cd²⁺ przez PVP zależy od "wiązań koordynacyjnych", a wysoka wartość pH (>8,5) osłabia protonację grup amidowych PVP, znacząco zmniejszając zdolność koordynacyjną, a nawet powodując desorpcję zaadsorbowanych jonów metali ciężkich, co zwiększa ryzyko wchłaniania tych pierwiastków przez rośliny uprawne.
• nie rozwiązuje podstawowego problemu gleb solno-zasadowych i może nasilić szkody spowodowane solą
  . Nie posiada zdolności obniżania poziomu soli ani regulowania pH. Kluczowymi metodami poprawy gleb solno-zasadowych są wypłukiwanie i odprowadzanie soli, stosowanie gipsu/gipsu odsiarczającego w celu obniżenia poziomu alkali oraz zwiększanie dawek nawozów organicznych w celu poprawy struktury koloidalnej. Stosowanie PVP nie tylko nie jest opłacalne, ale pozostałe łańcuchy polimerowe mogą również wiązać się z jonami sodu w glebie, tworząc kompleksy sól-polimer, które zapychają porowatość gleby i dodatkowo pogarszają przepuszczalność.

2. Ciężka glina (zawartość gliny > 40%): skłonna do "anoksji i zagęszczenia", skutki są znacznie gorsze niż przy użyciu tradycyjnych poprawiaczy

Głównym problemem ciężkiej gliny jest drobne cząstki, małe porowatość, słaba przepuszczalność powietrza oraz skłonność do gromadzenia wody i zagęszczania się . Poprawa wymaga "wzmacniania stabilności struktury agregatowej" (np. zwiększenia dawkowania nawozów organicznych i biocharu), a nie krótkotrwałego efektu dyspergującego PVP. Powody, dla których ciężka glina nie nadaje się do stosowania PVP, są następujące:

• Zbyt duże ilości PVP mogą łatwo zatykać porowatość i nasilać
  wąskie porowatości ciężkiej gliny ubogiej w tlen. Jeśli stosuje się PVP (szczególnie w stężeniu powyżej 0,2%), jego łańcuchy polimerowe utworzą „przeciężoną siatką warstwę żelową” pomiędzy cząstkami gleby, całkowicie blokując porowatość kapilarną i przepuszczalność powietrza. Po podlaniu woda nie może przeniknąć, a korzenie nie mogą oddychać, co prowadzi do „kompresji beztlenowej” (korzenie roślin gnią, a liście żółkną), co jest poważniejsze niż problem nieleczonej ciężkiej gliny.
• PVP nie tworzy stabilnych agregatów, a jego działanie przeciw zagęszczaniu jest krótkotrwałe.
  Podstawową przyczyną zagęszczenia ciężkich gliniastych gleb jest brak materii organicznej, co uniemożliwia koloidom glebowym tworzenie trwałych agregatów odpornych na działanie wody. Choć PVP może rozproszyć cząstki w krótkim okresie, powstające „mikroagregaty” są tymczasowymi strukturami fizycznymi (rozpadającymi się pod wpływem ulewy lub nawadniania) i nie mogą zastąpić „długotrwałych stabilnych agregatów” tworzonych przez nawozy organiczne. Po jednym do dwóch tygodni użytkowania gleba ponownie ulegnie zagęszczeniu, a pozostałość PVP może zwiększyć jej twardość.
• Efektywność ekonomiczna jest bardzo niska. Tradycyjne środki poprawiające działają skuteczniej.
  Ciężka glina wymaga dużej ilości środków poprawiających, aby osiągnąć efekt. Jeśli użyje się PVP (koszt 20–30 yuan/kg), dawka na mu musi wynosić 300–500 kg (stężenie 0,2%), a koszt przekracza 6000 yuan, co jest znacznie wyższe niż koszt nawozu organicznego (50–100 yuan/mu) lub biowęgla (200–300 yuan/mu), przy jednoczesnej gorszej skuteczności, przez co rozwiązanie to jest całkowicie nierealne.

3. Gleba piaskowa (zawartość piasku > 80%): PVP jest łatwo tracone, efekt jest krótkotrwały, a koszt wysoki.

Głównym problemem gleby piaskowej jest słaba zdolność zatrzymywania wody i nawozów, gruboziarnista struktura oraz słaba pojemność adsorpcyjna , jednak nie ulega łatwo zagęszczeniu (duże przestrzenie porowe między cząsteczkami). Chociaż PVP może przez krótki czas zatrzymywać wodę w glebie piaskowej, zazwyczaj nie nadaje się do stosowania ze względu na „łatwość utraty, konieczność częstego stosowania i niską opłacalność":

• PVP charakteryzuje się słabą pojemnością adsorpcyjną i jest łatwo wypłukiwane podczas deszczu/irygacji.
  Cząstki piasku są grube (mała powierzchnia właściwa) i słabo wiążą się z cząsteczkami PVP (głównie za pośrednictwem słabych wiązań wodorowych). Podczas podlewania lub opadów deszczu PVP łatwo przedostaje się wraz z wodą w głąb gleby (poza zakres pochłaniania przez korzenie roślin uprawnych), co powoduje szybkie spadki stężenia PVP w warstwie powierzchniowej – efekt retencji wody utrzymuje się jedynie przez 2–3 dni, konieczne jest ponowne nanoszenie co 3–5 dni, co jest uciążliwe.
• Niskie wymagania dotyczące zapobiegania zagęszczeniu, funkcjonalność PVP jest nadmiarowa.
  W piaskach występują duże porowatości międzycząsteczkowe, przez co „gęste zagęszczenie” jest praktycznie niemożliwe (może występować jedynie niewielkie pęknięcie spowodowane wysychaniem powierzchni, bez potrzeby stosowania PVP). Główne zadanie PVP (zapobieganie zagęszczeniu) jest całkowicie zbędne w piaskach, a jego ograniczona funkcja retencji wody może być osiągnięta tanimi metodami, takimi jak mulczowanie słomą czy stosowanie kwasu humusowego, bez konieczności używania PVP.
• Długotrwałe stosowanie może prowadzić do żelowania powierzchni
  . Częste stosowanie PVP w glebach piaszczystych może prowadzić do gromadzenia się nieutraconego PVP na powierzchni, tworząc „cienką warstwę żelową” – choć ta warstwa może zatrzymywać wodę, to utrudnia ona dostęp powietrza do gleby, powodując niedotlenienie korzeni przy powierzchni (np. czernienie powierzchniowych korzeni wiązkowych pszenicy i kukurydzy), co z kolei wpływa negatywnie na wzrost roślin.

4. Gleby o bardzo niskiej zawartości materii organicznej (zawartość materii organicznej <0,5%): PVP nie może działać skutecznie i może wpływać na mikroorganizmy

Głównym problemem gleb o bardzo niskiej zawartości materii organicznej (takich jak ubogie, przewiewane gleby piaszczyste oraz długotrwałej erozji wystawione gleby nagie) jest brak koloidów glebowych, niska aktywność mikrobiologiczna oraz luźna struktura (lub gleby zbite, pozbawione podstaw do poprawy) . PVP jest nieskuteczne w takich glebach z następujących powodów:

• Bez wsparcia materii organicznej PVP nie może tworzyć mikroskopijnych agregatów.
  PVP musi polegać na koloidach glebowych (takich jak humus) jako "punktach kotwiczenia", aby tworzyć "mikrozagregaty", ale gleba uboga w materię organiczną ma niemal brak koloidów – łańcuchy cząsteczkowe PVP nie mogą się trwale wiązać z cząstkami gleby i albo uchodzą z wodą, albo chaotycznie się rozpraszają w glebie, nie mogąc zapobiegać zagęszczaniu ani zatrzymywać wody.
• Hamuje pozostałe mikroorganizmy i nasila upośledzenie gleby.
  Liczba mikroorganizmów w glebie ubogiej w materię organiczną jest już bardzo mała (słabe zdolności rozkładu), a wysokocząsteczkowe łańcuchy PVP mogą przyłączać się do powierzchni mikroorganizmów, hamując ich czynności metaboliczne (takie jak rozkład niewielkich ilości materii organicznej czy asymilacja azotu), co dalsze obniża żyzność gleby i prowadzi do złego koła typu „im więcej się tego stosuje, tym bardziej się pogarsza”.
• Podstawą poprawy jakości gleby jest uzupełnianie materii organicznej. PVP nie może jej całkowicie zastąpić
  ten typ gleby. Jedynym sposobem na poprawę tego typu gleby jest «dodanie dużej ilości materii organicznej» (takiej jak kompostowanie, nawóz ze słomy oraz uprawa roślin plonujących na zielony nawóz). Dopiero gdy zawartość materii organicznej wzrośnie powyżej 1%, można rozważyć dodatkowe działania naprawcze. Stosowanie PVP jest nie tylko opłacalne, ale również opóźnia proces podstawowej poprawy.

5. Gleby silnie skażone metalami ciężkimi (stężenie metali ciężkich > 200 mg/kg): pojemność adsorpcyjna PVP jest niewystarczająca, co może łatwo prowadzić do problemów wtórnych

PVP może jedynie wspomagać rekultywację słabo skażonych metalem ciężkim gleb (stężenie <100 mg/kg) i jest całkowicie nieodpowiedni dla gleb silnie skażonych (np. gleby wokół obszarów górniczych, o stężeniu Pb/Cd >200 mg/kg) z następujących powodów:

• Pojemność adsorpcyjna jest ograniczona i nie może zmniejszyć aktywności metali ciężkich.
  Adsorpcja metali ciężkich przez PVP zależy od pierścienia pirrolidonu w łańcuchu cząsteczkowym. Pojemność adsorpcyjna jednego grama PVP wynosi zaledwie 0,5–2 mg (w zależności od rodzaju warzywa lub owocu). W przypadku silnie zanieczyszczonych gleb wymagane są ekstremalnie wysokie stężenia PVP (>1%), aby zaadsorbować niektóre metale ciężkie – jednak wysokie stężenia PVP mogą zatykać porowatość gleby, prowadząc do niedotlenienia, co pogorszy uszkodzenie upraw.
• Niemożliwe jest całkowite usunięcie metali ciężkich, można je jedynie „tymczasowo zablokować”.
  Adsorpcja metali ciężkich przez PVP jest „odwracalna” (może ulec desorpcji w kwasowym środowisku lub przy wysokich stężeniach innych kationów). Jeśli wartość pH gleby w silnie zanieczyszczonym obszarze obniży się później (np. na skutek deszczu kwaśnego), zaadsorbowane metale ciężkie zostaną ponownie uwolnione, powodując wtórną kontaminację. Problemu tego nie da się rozwiązać fundamentalnie (wymagane są profesjonalne technologie takie jak „wymywanie” czy „fitoremedyjacja”).

Podsumowanie: Główne cechy gleb niesprawnych do stosowania PVP

Kluczem do ustalenia, czy dany grunt jest odpowiedni dla PVP, jest to, czy PVP może rozwiązać podstawowe problemy gruntu bez powodowania negatywnych skutków ubocznych . Następujące gleby spełniają podstawowe cechy „nieodpowiednich”:

• Podstawowych problemów nie można rozwiązać za pomocą PVP (na przykład "obniżenie zawartości soli i regulacja pH" w glebach solnych i alkalicznych, "stabilizacja agregatów" w ciężkich glinach oraz "dodanie nawozu" do gleb ubogich w materię organiczną);
• Nowe problemy mogą łatwo powstać z powodu charakterystyki PVP (na przykład "hipoksja" w ciężkich gliniastych glebach, "utrata i marnowanie" w piaskowych glebach oraz "wtórne uwalnianie" w silnie zanieczyszczonych glebach);
• Efektywność ekonomiczna jest bardzo niska (na przykład ciężkie gliny i piaskowe gleby wymagają dużej ilości PVP, której koszt jest znacznie wyższy niż tradycyjnych środków poprawiających).

Główna zasada poprawy gleby polega na „podejmowaniu celowych działań w celu rozwiązania podstawowych problemów” (na przykład odprowadzanie soli z gleb solnych i alkalicznych oraz dodawanie nawozów organicznych do ciężkich gleb gliniastych). PVP jest jedynie „środkiem pomocniczym w szczególnych sytuacjach” i nie może zastąpić tradycyjnych metod poprawy, a tym bardziej nie nadaje się do stosowania w przypadku wyżej wymienionych niewłaściwych typów gleb.