Ce tipuri de sol nu sunt potrivite pentru PVP?

Potrivirea PVP (polivinilpiridinonă) în sol este foarte dependentă de proprietățile fizice și chimice ale solului (cum ar fi compoziția particulelor, pH-ul, salinitatea și conținutul de materie organică) și de problemele esențiale (cum ar fi compactarea, retenția de apă și nevoile de remediere a poluării). Următoarele tipuri de sol nu sunt în general potrivite pentru utilizarea PVP sau necesită restricții stricte privind utilizarea acestuia din cauza „incapacității PVP de a aborda problemele esențiale”, „tendinței de a produce efecte negative” sau „eficienței economice extrem de slabe”:

1. Soluri saline-alkaline (pH > 8,5, EC > 4 ms/cm): PVP este ineficient și poate agrava deteriorarea cauzată de sare

Problema esențială a solurilor saline-alkaline este concentrația mare de ioni de sare (cum ar fi Na⁺ și Cl⁻ ) și un pH ridicat , ceea ce duce la dispersia coloizilor din sol, permeabilitate slabă și dificultăți pentru rădăcinile culturilor de a absorbi apa. PVP nu este doar ineficient în astfel de soluri, ci poate avea și efecte negative din următoarele motive:

• Mediul cu conținut ridicat de sare distruge funcția de adsorbție și retenție a apei a PVP.
  O cantitate mare de ioni pozitivi precum Na⁺ și Ca²⁺ din solul saramuros va concura cu grupările polare (grupările amidice) de pe lanțul molecular al PVP pentru situsurile de legare, slăbind capacitatea PVP de a adsorbi particulele de sol. "Filmul protector polimeric" care ar fi putut fi format nu se poate atașa stabil, iar efectul antiaglomerant este complet ineficient. În același timp, sarea înaltă va distruge structura tridimensională a hidrogelului PVP, determinând scăderea capacității sale de retenție a apei cu peste 50% (nu poate reține umiditatea și poate accelera evaporația acesteia).
• Un pH ridicat inhibă adsorbția de metale grele de către PVP (dacă este necesară remedierea).
  Dacă solul sarea-alkali este contaminat și cu metale grele, adsorbția de Pb²⁺ și Cd²⁺ de către PVP depinde de „legătura coordinativă”, iar o valoare ridicată a pH-ului (>8.5) va slăbi protonarea grupului amidic al PVP, reducând semnificativ capacitatea de coordonare și putând chiar cauza desorbția ionilor de metale grele adsorbiți, ceea ce crește riscul absorbției acestora de către culturi.
• nu abordează problema principală a solului sarea-alkali și poate agrava deteriorarea cauzată de sare
  . Nu are capacitatea de a reduce nivelul de sare sau de a ajusta pH-ul. Principalele metode pentru îmbunătățirea solurilor sarea-alkali sunt spălarea și drenarea sării, aplicarea gipsului/gipsului desulfurat pentru reducerea nivelului de alcalinitate și creșterea aplicării îngrășămintelor organice pentru îmbunătățirea structurii coloidale. Utilizarea PVP nu este doar costisitoare, dar lanțurile sale polimerice reziduale pot combina și cu ioni de sodiu din sol, formând complecși salini-polimerici care obturează porii solului și afectează în continuare permeabilitatea.

2. Argilă grea (conținut de argilă > 40%): predispusă la „anoxie și compactare”, efectul fiind mult mai grav decât al îmbunătățitorilor tradiționali

Problema principală a argilei grele este particule fine, pori mici, permeabilitate slabă la aer și acumulare ușoară de apă și compactare . Îmbunătățirea necesită „sporirea stabilității structurii agregatelor” (de exemplu, creșterea aplicării îngrășămintelor organice și a biocharului), mai degrabă decât efectul dispersant pe termen scurt al PVP. Motivele pentru care argila grea nu este potrivită pentru PVP sunt următoarele:

• O cantitate excesivă de PVP poate bloca ușor porii și agrava
  porii înguști ai argilei grele sărace în oxigen. Dacă se folosește PVP (mai ales la o concentrație > 0,2%), lanțurile sale polimerice vor forma un "strat gelificat excesiv de reticulat" între particulele de sol, blocând complet porii capilari și porii de ventilație. După udare, apa nu poate pătrunde, iar rădăcinile nu pot respira, ceea ce duce, dimpotrivă, la „compresiune anoxică” (rădăcinile culturilor putrezesc și frunzele se îngălbenesc), o problemă mai gravă decât cea a argilei grele netratate.
• PVP nu reușește să formeze agregate stabile, iar efectul său anti-compacție este de scurtă durată.
  Motivul fundamental al compactării solului argilos greu este lipsa materiei organice, ceea ce împiedică coloizii solului să formeze agregate stabile la apă. Deși PVP poate dispersa particulele pe termen scurt, „microagregatele” rezultate sunt structuri fizice temporare (care se dezintegrează în cazul ploilor abundente sau a irigației) și nu pot înlocui „agregatele stabilizate pe termen lung” formate de îngrășămintele organice. După una sau două săptămâni de utilizare, solul se va compacta din nou, iar reziduurile de PVP pot crește duritatea acestuia.
• Eficiența economică este extrem de slabă. Îmbunătățitorii tradiționali sunt mai eficienți.
  Solul argilos greu necesită o cantitate mare de îmbunătățitori pentru a fi eficient. Dacă se utilizează PVP (cost 20-30 yuan/kg), doza pe mu trebuie să fie de 300-500 kg (concentrație 0,2%), iar costul depășește 6.000 yuan, ceea ce este mult mai mare decât cel al îngrășămintelor organice (50-100 yuan/mu) sau al bioantracitei (200-300 yuan/mu), iar efectul este mai slab, astfel că această soluție este complet nepractică.

3. Sol nisipos (conținut de nisip > 80%): PVP este ușor de pierdut, efectul este de scurtă durată și costul este ridicat.

Problema principală a solului nisipos este capacitatea sa slabă de retenție a apei și îngrășămintelor, particulele grosiere și capacitatea slabă de adsorbție , dar nu se compactează ușor (pori mari între particule). Deși PVP poate reține apa în solul nisipos pentru o perioadă scurtă de timp, în general nu este potrivit pentru utilizare din cauza „pierderii ușoare, necesității aplicări frecvente și eficienței economice reduse”:

• PVP are o capacitate slabă de adsorbție și este ușor de pierdut prin ploaie/irigație.
  Particulele de sol nisipos sunt grosiere (suprafață specifică mică) și au o forță slabă de legătură cu moleculele de PVP (în principal prin intermediul unor legături de hidrogen slabe). La udare sau ploaie, PVP-ul pătrunde ușor în straturile adânci ale solului împreună cu apa (dincolo de zona de absorbție a rădăcinilor culturilor), ceea ce determină o scădere rapidă a concentrației de PVP în stratul superficial al solului – efectul de retenție a apei durează doar 2-3 zile, fiind necesară aplicarea repetată la fiecare 3-5 zile, ceea ce este incomod.
• Cerințe reduse privind rezistența la compactare, funcționalitatea PVP-ului este redundantă.
  Solurile nisipoase au pori mari între particule, făcând „compactarea densă” practic imposibilă (pot apărea doar crăpături minore datorită uscăciunii superficiale, fără a fi nevoie de PVP). Funcția principală a PVP-ului (rezistența la compactare) este complet redundantă în solurile nisipoase, iar funcția sa limitată de retenție a apei poate fi obținută prin metode ieftine, cum ar fi acoperirea cu paie sau aplicarea acidului humic, fără a depinde de PVP.
• Utilizarea pe termen lung poate duce la gelificarea suprafeței
  . Aplicarea frecventă a PVP în soluri nisipoase poate duce la acumularea la suprafață a PVP-ului care nu a fost pierdut, formând un "strat subțire de gel" — deși acest strat poate reține apa, va împiedica pătrunderea aerului în sol, provocând hipoxie radiculară la suprafață (cum ar fi înnegririle rădăcinilor fibroase superficiale ale grâului și porumbului), ceea ce afectează ulterior creșterea culturilor.

4. Sol cu conținut extrem de scăzut de substanțe organice (conținut de materie organică <0,5%): PVP nu poate funcționa și poate afecta microorganismele

Problema principală a solurilor cu conținut extrem de scăzut de substanțe organice (cum ar fi solurile nisipoase sărăcăcioase și erodate de vânt sau solurile goale erodate de mult timp) este lipsa coloizilor din sol, activitatea microbială redusă și o structură slabă (sau soluri compactate fără bază pentru îmbunătățire) . PVP este ineficient în astfel de soluri din următoarele motive:

• Fără sprijinul substanțelor organice, PVP nu poate forma microagregate.
  PVP trebuie să se bazeze pe coloizii din sol (cum ar fi humusul) ca „puncte de ancorare” pentru a forma „microagregate”, dar solul lipsit de materie organică are aproape niciun coloid – lanțurile moleculare ale PVP nu pot combina stabil cu particulele de sol și fie dispar odată cu apa, fie se răspândesc dezordonat în sol, fiind incapabile să prevină compactarea sau să rețină apa.
• Inhibă microorganismele reziduale și agravează împuținarea solului.
  Numărul microorganismelor dintr-un sol lipsit de materie organică este deja foarte mic (capacitate slabă de descompunere), iar lanțurile macromoleculare ale PVP pot adera la suprafața microorganismelor, inhibându-le activitățile metabolice (cum ar fi descompunerea unor cantități mici de materie organică și fixarea azotului), reducând astfel fertilitatea solului și formând un cerc vicios de tipul „cu cât utilizezi mai mult, cu atât devine mai slab”.
• Nucleul îmbunătățirii solului constă în completarea materiei organice. PVP nu poate înlocui complet
  acest tip de sol. Singura modalitate de a îmbunătăți acest tip de sol este să „adaugați cantități mari de materie organică” (cum ar fi compostarea, returnarea paielelor în câmp și plantarea de îngrășăminte verzi). Odată ce conținutul de materie organică crește la peste 1%, se pot lua în considerare măsuri suplimentare de îmbunătățire. Utilizarea PVP nu este doar rentabilă, dar poate întârzia procesul esențial de îmbunătățire.

5. Soluri grav contaminate cu metale grele (concentrația metalului greu > 200 mg/kg): capacitatea de adsorbție a PVP este insuficientă, ceea ce poate duce ușor la probleme secundare

PVP poate contribui doar la remedierea solurilor ușor contaminate cu metale grele (concentrație <100 mg/kg) și este complet nepotrivit pentru solurile puternic contaminate (cum ar fi solurile din jurul zonelor miniere, cu concentrații de Pb/Cd >200 mg/kg) din următoarele motive:

• Capacitatea de adsorbție este limitată și nu poate reduce activitatea metalelor grele.
  Adsorbția PVP a metalelor grele depinde de inelul de pirrolidon de pe lanțul molecular. Capacitatea de adsorbție a unui singur gram de PVP este doar de 0,5~2 mg (în funcție de tipul de fruct sau legumă). Solurile grav poluate necesită concentrații extrem de ridicate de PVP (>1%) pentru a adsorbi unele metale grele – dar concentrațiile ridicate de PVP vor bloca porii solului, ducând la hipoxie, ceea ce va agrava deteriorarea culturilor.
• Este imposibil să elimini complet metalele grele, ci doar să le "fixezi temporar".
  Adsorbția PVP a metalelor grele este "reversibilă" (se va desorba într-un mediu acid sau în prezența unor concentrații mari de alți cationi). Dacă ulterior pH-ul solului din zonele grav poluate scade (de exemplu, din cauza ploilor acide), metalele grele adsorbite vor fi eliberate din nou, provocând o poluare secundară. Problema nu poate fi rezolvată fundamental (sunt necesare tehnologii profesionale precum "lixivierea" și "fitoremedierea").

Rezumat: Caracteristicile esențiale ale solurilor care nu sunt potrivite pentru utilizarea PVP

Cheia pentru a determina dacă un sol este potrivit pentru PVP este dacă PVP poate aborda problemele principale ale solului fără a cauza efecte secundare negative . Următoarele tipuri de sol îndeplinesc caracteristicile esențiale de a fi "nepotrivite":

• Problemele principale nu pot fi rezolvate prin PVP (cum ar fi „reducerea salinității și ajustarea pH-ului” în solurile saline-alkaline, „stabilizarea agregatelor” în solurile argiloase grele și „adăugarea de îngrășăminte” în solurile sărace în materie organică);
• Pot apărea ușor probleme noi datorită caracteristicilor PVP (cum ar fi „hipoxia” în solurile argiloase grele, „pierderile și risipa” în solurile nisipoase și „eliberarea secundară” în solurile puternic contaminate);
• Eficiența economică este extrem de scăzută (de exemplu, solurile argiloase grele și cele nisipoase necesită o cantitate mare de PVP, al cărei cost este mult mai mare decât cel al amendamentelor tradiționale).

Logica de bază a îmbunătățirii solului este să „ia măsuri specifice pentru a aborda problemele fundamentale” (cum ar fi scurgerea saramurii din solurile saline-alkaline și adăugarea de îngrășământ organic în solurile argiloase grele). PVP este doar un „mijloc auxiliar în scenarii speciale” și nu poate înlocui măsurile tradiționale de îmbunătățire, cu atât mai mult nu poate fi utilizat pentru tipurile de sol nepotrivite menționate mai sus.