Ce rol joacă PVP-ul în sol? Poate preveni compactarea solului?

Ca polimer solubil în apă, PVP (polivinilpiridinonă) este utilizat în principal în aplicații pentru sol datorită proprietăților sale de retenție a apei, dispersabilitate și adsorbție proprietăți. Deși poate contribui la îmbunătățirea solului, nu este un material esențial sau principal pentru îmbunătățirea solului. Deși are un anumit efect auxiliar în prevenirea compactării solului, acest lucru necesită o analiză atentă a caracteristicilor solului și o utilizare corectă, iar eficacitatea sa este mai slabă decât a îmbunătățitorilor tradiționali de sol (cum ar fi îngrășămintele organice și acidul humic) . Mecanismul său specific de acțiune, scenariile aplicabile și limitările pot fi explorate din următoarele trei perspective:

rolul auxiliar al PVP în „prevenirea compactării solului”: prin îmbunătățirea structurii solului

Cauza principală a compactării solului este agregarea slabă a particulelor de sol și lipsa materiei organice , ceea ce duce la aderența strânsă între particule și la reducerea porozității (făcând dificilă pătrunderea aerului și a apei). PVP poate ușor îmbunătăți această problemă prin „adsorbție fizică” și „dispersare a particulelor”. Mecanismul specific este următorul:

• Grupurile polare (cum ar fi amidele) de pe lanțul molecular al PVP se adsorb pe suprafețele particulelor de sol (cum ar fi argila și nisipul coloidal) prin legături de hidrogen și forțe van der Waals, formând un „film protector polimeric” pe suprafața exterioară a particulelor. Acest film
  reduce aderența directă între particulele de sol (împiedicând particulele de argilă să se aglomereze din cauza efectelor electrostatice), în același timp crescând lubrifierea interparticulelor, reducând probabilitatea de compactare ulterioară.
  De exemplu , în solurile argiloase predispuși la compactare, tratamentul cu PVP de concentrație scăzută (0,1%-0,5% în funcție de greutatea uscată a solului) poate crește dispersia particulelor de sol cu 10%-15% și poate reduce duritatea suprafeței cu aproximativ 20% după udare (cu afânarea corespunzătoare a solului).
• polimer
  lanțurile acționează ca niște „punti”, conectând ușor particulele de sol disperse (cum ar fi nisipul și praful) în agregate de dimensiuni micronice (în loc de grumazi mari, strâns împachetați). Aceste microagregate creează pori minuscui care rețin apa (reducând compactarea provocată de evaporare), permițând în același timp pătrunderea aerului, prevenind transformarea solului etanș într-unul compactat.
  Notă : Structura de microagregate formată de PVP este mai puțin stabilă și nu poate înlocui agregatele „stabile în apă” (rezistență pe termen lung la eroziune și compactare) formate de îngrășămintele organice și acidul humic. Aceasta poate oferi doar o ușurare temporară a compactării și necesită reînnoiri regulate sau combinarea cu alte amendamente.
• Reduce compactarea superficială provocată de evaporarea apei
  PVP are o anumită capacitate de retenție a apei (poate absorbi apă de mai multe ori greutatea sa proprie pentru a forma un hidrogel), ceea ce îi permite să adere la suprafața solului și să încetinească evaporarea rapidă a apei. Suprafața solului este predispusă la „uscare și crăpare” din cauza pierderii bruște a umidității (cum ar fi solul descoperit în zonele aride). Efectul de retenție a apei al PVP poate reduce acest risc și poate menține starea afânată a stratului superficial de sol.

2. Alte funcții auxiliare ale PVP în sol (non-nucleu anti-întărire)

Pe lângă faptul că ajută la prevenirea compactării solului, PVP poate juca, pe baza caracteristicilor sale, următoarele roluri în sol, dar acestea sunt în mare parte „aplicații auxiliare”, nu nevoi esențiale:

• Agent de retenție a apei în sol (aplicare pe termen scurt, la scară mică):
  PVP absoarbe apa formând un hidrogel care eliberează încet umiditatea, crescând conținutul de umiditate al solului. Aceasta este deosebit de potrivită pentru răsaduri, plante în ghivece sau mici suprafețe de sol din regiunile aride (cum ar fi suporturile pentru răsaduri de suculente și legume). De exemplu, adăugarea de 0,2%–0,5% PVP în suportul pentru răsaduri poate crește capacitatea sa de retenție a apei cu 15%–25%, reducând frecvența udării și prevenind compactarea suportului cauzată de udarea excesivă.
  Limitări : Capacitatea de retenție a apei a PVP este mai slabă decât cea a agenților specializați de retenție a apei din sol (cum ar fi poliacrilamida (PAM) și acizii humici), iar costul său mai mare nu îl recomandă pentru aplicarea la scară largă în terenurile agricole.
• Ca purtător cu eliberare lentă pentru îngrășăminte și pesticide (creșterea utilizării)
  , PVP poate imobiliza îngrășămintele solubile în apă (cum ar fi îngrășămintele azotoase și potasice) sau pesticidele cu toxicitate scăzută în sol prin „încapsulare” sau „adsorbție”, încetinindu-le spălarea și pierderea (împiedicându-le să pătrundă în straturile mai profunde ale solului odată cu apa de ploaie), realizând astfel un „eliberare lentă”. De exemplu, atunci când PVP este amestecat cu uree și aplicat în sol, perioada de eliberare a ureei poate fi prelungită de la una-două săptămâni la trei-patru săptămâni, reducând risipa de nutrienți și prevenind salinizarea solului cauzată de eliberarea concentrată a îngrășămintelor (ceea ce poate, indirect, agrava și compactarea solului).
• Adsorbția ionilor de metale grele (remediarea asistată a solurilor ușor contaminate): Inelul pirrolidonic de pe lanțul molecular al PVP poate adsorbi ionii de metale grele (cum ar fi
  Pb²⁺ , Cu²⁺ și Cd²⁺ ) din sol prin coordinare, reducându-le biodisponibilitatea (reducând absorbția de către culturi). Acest lucru îl face potrivit pentru terenuri agricole sau soluri din ghivece cu contaminare ușoară cu metale grele . De exemplu, adăugarea de 0,5%–1% PVP în sol contaminat cu Pb²⁺ poate reduce absorbția de către culturi cu 20%–30%. Totuși, acest lucru nu elimină complet metalele grele și necesită tehnici suplimentare de remediere (cum ar fi splăcarea sau fitoremedierea).

3. Considerente cheie (limitări) privind utilizarea PVP pentru îmbunătățirea solului

PVP nu este un material special conceput pentru îmbunătățirea solului. Acesta are limitări evidente în aplicațiile practice și trebuie evitată dependența excesivă față de el:

• Mai puțin eficient decât amendamentele clasice și mai scump, PVP
  principalele metode de prevenire a compactării solului includ completarea cu materie organică (cum ar fi compostul și întoarcerea paielelor în câmp), aplicarea acidului humic/biochar (pentru a spori stabilitatea agregatelor), sau optimizarea practicilor de lucrare a solului (pentru a evita compactarea excesivă). Efectul anti-compacție al PVP este doar un supliment pe termen scurt, iar prețul său unitar este semnificativ mai mare decât cel al îngrășămintelor organice (aproximativ de 5-10 ori mai mare decât cel al îngrășămintelor organice). Acest lucru îl face neeconomic pentru utilizarea pe suprafețe mari de teren agricol și este mai potrivit pentru aplicații mai mici și mai concentrate (cum ar fi cultivarea răsadurilor și plantele în ghivece).
• Utilizarea excesivă poate afecta permeabilitatea solului.
  Dacă concentrația de PVP este prea ridicată (de exemplu, mai mult de 1%, în funcție de greutatea uscată a solului), lanțurile sale polimerice pot forma un strat gelatinos „supra-cross-linkat” între particulele de sol, care la rândul său blochează porii solului și duce la o scădere a permeabilității (similar cu „hipoxia și compactarea solului”), mai ales în solurile argiloase. Riscul este mai mare.
• Degradabilitatea ambientală este limitată, iar doza trebuie controlată.
  Rata de degradare a PVP în solul natural este lentă (degradarea completă durează câteva luni până la câțiva ani, în funcție de activitatea microorganismelor). Utilizarea excesivă pe termen lung poate duce la acumularea polimerilor cu masă moleculară mare în sol. Deși nu are o toxicitate clară, poate afecta activitatea microorganismelor din sol (de exemplu, inhibând unele bacterii care descompun materia organică). Este necesar să se urmeze principiul „concentrație scăzută, utilizare pe termen scurt” (doza unică nu trebuie să depășească 0,5% din greutatea uscată a solului).
• Nu este potrivit pentru toate tipurile de sol
  • Sol nisipos (permeabilitate bună la aer, dar retenție slabă a apei): efectele PVP asupra retenției de apă și dispersiei pot îmbunătăți ușor retenția fertilității solului, dar au un efect redus în prevenirea compactării (solul nisipos nu este ușor de compactat)
  • Soluri saline-alkaline (sare ridicată, pH ridicat): Adsorbția PVP poate fi perturbată de ionii de sare, efectul fiind foarte redus, și nu poate îmbunătăți problema salinizării solului (sunt necesare amendamente speciale, cum ar fi gipsul sau gipsul desulfurat).

Rezumați

PVP poate juca un rol în prevenirea compactării solului, reținerea apei pe termen scurt și eliberarea treptată a nutrienților , dar trebuie clarificat că:

• Efectul său asupra compactării solului este «auxiliar și pe termen scurt», mult inferior amendamentelor tradiționale precum îngrășămintele organice și acidul humic, și nu este potrivit ca material principal pentru prevenirea compactării solului;
• Este mai potrivit pentru scene mici și delicate (cum ar fi suporturi pentru răsaduri și pământ de ghiveci) decât pentru terenuri agricole mari;
• Concentrația trebuie strict controlată (0,1%~0,5%) în timpul utilizării, pentru a evita folosirea excesivă care ar putea duce la o permeabilitate redusă la aer sau la acumulare în mediu.

Dacă este necesară o prevenire pe termen lung și eficientă a împuținării solului, cheia rămâne obținerea acestui lucru prin „mărirea aplicării materiei organice + agricultură rațională + irigație științifică”. PVP poate fi utilizat doar ca mijloc suplimentar în scenarii speciale.