Cila është parimi specifik i funksionimit të PVP-së në tokë?

Bërësia e funksionit të PVP-së (polivinilpirolidon) në tokë qëndron në strukturën e saj molekulare (grupe polare dhe zinxhirë polimerik) dhe vetitë fiziko-kimike (tretshmëria në ujë, adsorpcioni dhe ruajtja e lagështisë) . Përmes "interaksioneve midis molekulave" ose "manipulimit të formës fizike" me grimcat e tokës, ujin, lëndët ushqyese dhe ndotësit, ajo përmirëson në mënyrë tërthore strukturën fizike të tokës, gjendjen e lagështisë, disponueshmërinë e lëndëve ushqyese dhe aktivitetin e ndotësve. Mekanizmi specifik shpjegohet sipas skenarëve kryesorë funksional, duke sqaruar efektet në nivel molekular dhe në nivelin e tokës hap pas hapi:

1. Parimi i asistencës për parandalimin e ngjeshjes së tokës: rregullimi i agregimit dhe lidhjes së grimcave të tokës

Esencia e ngjeshjes së tokës është që grimcat e tokës (veçanërisht grimcat e argjilës) grumbullohen ngushtë si pasojë e tërheqjes elektrostatike, bashkëngjitjes së pllakës së ujit dhe faktorëve të tjerë, gjë që rezulton në uljen e porozitetit . PVP e ndërpret këtë proces duke "shpërndarë grimcat dhe formuar mikrostrukturë". Parimet specifike janë si më poshtë:

• Adsorbsioni molekular dhe modifikimi i sipërfaqes së grimcave: Zvogëlon bashkëngjitjen direkte të grimcave.
  Unaza e pirrolidones (e cila përmban grup amidi polar -CONH-) në zinxhirin molekular të PVP-së ka veti të forta hidrofile dhe adsorbuese. Ajo mund të ngjitet ngushtë në sipërfaqen e grimcave të tokës (grimca argjile, silikate) përmes "lidhjeve të hidrogjenit" ose "forcave të van der Valles", duke formuar një film mbrojtës polimerik ultra të hollë (në shkallë nanometrike) :
  • Ky film "izolon" grimcat e tjera të tokës, duke i parandaluar ato të formojnë agregate të mëdha për shkak të atraksionit elektrostatik (grimcat e argjilës janë me ngarkesë negative dhe thithin lehtë kationet dhe afrohen njëra-tjetrës) ose bashkëngjitjes së films së ujit (filmi i ujit zhduket gjatë thatjes dhe grimcat vijnë në kontakt direkte).
  • Në të njëjtën kohë, efekti i "pengesës sterike" i zinxhirit molekular të PVP-së do të bëjë që grimcat e tokës të adsorbuar të shtynë njëra-tjetrën, të zvogëlojnë mundësinë e agregimit, të ruajnë shpërndarjen e grimcave (të ngjashme me efektin e "lëndës lubrifikuese") dhe të zvogëlojnë fortësinë e kompaktimit pas ngjeshjes.
• Lidhja me zinxhir polimerik: ndërtimi i një strukture mikro-agregati të lirshme dhe rritja e poreve të tokës.
  Struktura e zinxhirit të gjatë polimerik e PVP-së (pesha molekulare zakonisht është 10,000-1 milion Da) mund të veçojë si një "urë molekulare" për t'u lidhur pak grimca të shpërndara të tokës (grimca rëre, grimca push) në mikro-agregate të madhësisë mikron (diametër 10-100μm) :
  • Këto mikroagregate nuk janë grumbuj të ngjeshur ngushtë, por një strukturë poroze e formuar nga zinxhirët e PVP-së të lidhur butë. Midis agregateve formohen një numër i madh "porash kapilare" dhe "porash ajrimi". Porat kapilare mbajnë lagështinë, ndërsa porat e ajrimit lejojnë qarkullimin e ajrit, duke parandaluar që tokën të bëhet e mbyllur dhe e ngjeshur.
  • Shënim: Mikroagregatet janë "struktura fizike të përkohshme" me stabilitet të dobët (mund të çahen në shi të fortë ose irrugacion të shpeshtë). Ata nuk mund të zëvendësojnë "agregatet e qëndrueshëm në ujë" të formuara nga plehrat organike (të formuara nga cementimi i lëndës organike dhe të rezistueshme ndaj erozionit në afat të gjatë). Ata mund të lehtësojnë vetëm ngjeshjen për një kohë të shkurtër.
• Mbajtja e ujit dhe kontrolli i avullimit: parandaloni tharjen dhe ngurtësimin e tokës sipërfaqësore.
  Grupi hidrofilik (grup amidik) i PVP-së mund të thithë ujin e lirë në tokë për të formuar një hidrogel (përmbajtja e ujit mund të arrijë 10-20 herë peshin e tij) dhe ngjiten në sipërfaqen e tokës:
  • Hidrogeli mund të lirojë ngadalë ujin, ngadalësoni avhatjen e shpejtë të ujit nga shtresa e sipërme e tokës (veçanërisht në kushte tharjeje ose temperaturash të larta);
  • Shkaku kryesor i ngjeshjes së sipërfaqes së tokës është "humbja e papritur e ujit që çon në zvogëlimin dhe ngjitjen e grimcave". Efekti i ruajtjes së ujit të PVP-së mund të rujë gjendjen e lagësht të sipërfaqes së tokës, të zvogëlojë formimin e çarjeve nga thatësia dhe të parandalojë ngjeshjen në mënyrë të tjera.

2. Parimi i Ruajtjes së Ujit në Tokë: Mekanizmi i Hidrogelit për „Ruajtje-Lirim të Ngadalshëm“ të Ujit

Funksioni i ruajtjes së ujit të PVP-së në tokë thellësisht arrihet përmes „ruajtjes“ dhe „lirimit të ngadalshëm“ të ujit nëpërmjet „adsorbimit fizik + inkapsulimit me gël“, duke përmirësuar kështu efektivitetin e lagështisë në tokë. Parimet specifike janë si më poshtë:

• Thithje e lagështisë në nivel molekular: Bllokon ujin e lirë
  Grupi amid (-CONH-) në zinxhirin molekular të PVP-së është një grup i fortë hidrofilik që mund të lidhet me molekulat e lira të ujit në tokë (ujë i cili nuk adsorbohet nga grimcat e tokës) përmes "lidhjeve të hidrogjenit", duke "fiksuar" ujin rreth zinxhirit polimerik për të formuar një "shtresë uji të lidhur";
  • Ky ujë i lidhur nuk humbet lehtësisht përmes transpirimit apo gravitetit dhe mund të ruhet në tokë për një kohë të gjatë, duke i lejuar rrënjët e kulturave të absorbojnë ngadalë atë (duke parandaluar ujin e zakonshëm të lirë të avullitet shpejt ose të penerojë në shtresa më të thella të tokës).
• Formimi i makro-hidrogelit: ndërtimi i një "rezervuari uji"
  Kur përqendrimi i PVP-së arrin një prag të caktuar (zakonisht 0,1%-0,5%, bazuar në peshën e thatë të tokës), zinxhirat molekulare të PVP-së pasi të kenë absorbuar ujin do të kryqëzohen mes vete për të formuar një strukturë tridimensionale të hidrogelit (e ngjashme me një shponga):
  • Hidrogeli mund të "enkapsulon" një sasi të madhe uji (që përbën 80%-90% të pesha e tij), duke formuar një "rezervuar mikro ujor" në tokë;
  • Kur nuk ka mjaftueshëm ujë në sipërfaqen e tokës, hidrogeli do të lëshojë ngadalë ujin për shkak të ndryshimit të presionit osmozik, do të rimbushë solucionin e tokës, do të ruajë një mjedis të lagësht rreth rrënjëve dhe do të zvogëlojë stresin nga thatësia te kultivat.
• Zvogëloni avullimin e lagështisë së tokës: Efekti i pengesës fizike
  Hidrogeli mbulon sipërfaqen e thërrmijave të tokës ose plotëson porat duke formuar një "membranë gjysmëpërshuese" që parandalon difuzimin e lagështisë brenda tokës në atmosferë dhe zvogëlon shkallën e avullimit - të dhënat eksperimentale tregojnë se shtimi i 0.3% PVP në tokë mund të zvogëlojë avullimin mesatar ditore të ujit nga 15%-25% (në krahasim me tokën e patrajtuar).

3. Parimi i lëshimit të ngadalshëm të ushqyesve/insekticideve: Mekanizmi i "enkapsulimit-adsorbicionit me kontroll të lëshimit" në zinxhirin polimerik

PVP mund të përdoret si një "transportues me lëshim të ngadaltë" për ushqyesit e tretshëm në ujë (si urea, plehra kali) ose për insekticide me toxicitet të ulët në tokë, duke zvogëluar humbjen nga lixivimi dhe zgjatur kohën e veprimit. Parimi është si më poshtë:

• Kapsulizim fizik: pengimi i migrimit të shpejtë të ushqyesve.
  Zinxhiri polimerik i PVP-së mund të kapsulizojë molekulat e ushqyesve/mjetve insekticide të tretshëm në ujë në strukturën e saj tridimensionale përmes efektit të "përfshirjes", duke formuar një formë "mikrokapsule":
  • Ky shtresë mbrojtëse mund të parandalojë që ushqyesit/insekticidet të përfshihen shpejt thellë në tokë me ujin e shiut ose me ujin e irrigacionit (duke shmangur humbjen nga lixivimi) dhe gjithashtu mund të zvogëlojë shpëtimin e tyre direkt në atmosferë (si shpëtimi i amoniakut nga plehrat azotike);
  • Vetëm kur uji në tokë përmes strukturës së paketimit hahet ngadalë, ose kur mikroorganizmat shkrihen lehtësisht zinxhirët e PVP-së, do të çlirohen ngadalë ushqimet/pesticidet në tretësirën e tokës për t'u thithur nga kulturat apo për të shprehur efikasitetin e tyre.
• Adsorbsion kimik: Forcon forcën e lidhjes midis ushqimeve dhe tokës.
  Të amid grupi i PVP-së mund të adsorbojë dhe të lidhet me jonet ushqyese (si NH₄⁺, K⁺, PO₄³⁻) përmes "lidhjeve të hidrogjenit" ose "efekteve elektrostatike", dhe t'i fiksojë ato në sipërfaqen e grimcave të tokës (përmes PVP-së si një "urë"):
  • Ky adsorbsion mund të zvogëlojë "lëvizshmërinë" e ushqimeve dhe të parandalojë humbjen e tyre poshtë për shkak të gravitetit;
  • Kur përqendrimi i ushqimeve në tokë zvogëlohet (absorbohen dhe konsumohen nga kulturat), ekuilibri i adsorbsionit thyhet, dhe jonet ushqyese do të çlidhen ngadalë dhe të rikthehen në tretësirën e tokës, duke arritur "çlirimin sipas nevojës".
• Çlirim i ndjeshëm ndaj mjedisit: Përshtatje me kushtet e tokës
  Tretshmëria në ujë dhe shkalla e lidhjes kryqake e PVP-së ndikohen nga mjedisi i tokës (si pH, temperaturë dhe lagështi):
  • Kur toka është e lagur, zinxhirët e PVP-së fryhen dhe shpejtësia e lëshimit të ushqyesve të inkapsuluar rritet; kur toka është e thatë, zinxhirët tkurren dhe shpejtësia e lëshimit ngadalëson, duke parandaluar sasi tepër të ushqyesve kur bimi nuk i ka nevojë.
  • Në tokë të acidit (pH < 6,0), protonimi i grupit amid të PVP-së përmirësohet, aftësia e thithjes së ushqyesve kationikë (si K⁺) përmirësohet dhe periudha e lëshimit të ngadalshëm zgjatet.

4. Parimet e thithjes së joneve të metaleve të rënda: lidhja me anë të lidhjeve koordinative dhe mekanizmi i neutralizimit të ngarkesës

PVP mund të ndihmojë në riparimin e tokave që janë pak të ndotura me metale të rënda (si Pb²⁺, Cu²⁺ dhe Cd²⁺), duke zvogëluar disponueshmërinë biologjike të tyre (duke ulur absorbimin nga bimësit). Parimet janë si më poshtë:

• Lidhja me anë të lidhjeve koordinative:
  Unaza e pirrolidones (e cila përmban atome azoti) në molekulën PVP që fikson jonet e metaleve të rënda ka një "çift elektronesh të vetmuar" dhe mund të formojë një lidhje të qëndrueshme "koordinative" me kationet e metaleve të rënda (si Pb²⁺, Cu²⁺) për të formuar një kompleks të papërthyer në ujë:
  • Ky kompleks do të adsorbohet në sipërfaqen e grimcave të tokës ose do të mbetet në sipërfaqen e tokës gjatë sedimentimit të PVP-së dhe nuk mund të absorbohet nga rrënjët e kurrizoreve (lëvizshmëria biologjike e reduktuar);
  • Eksperimentet kanë treguar se 0,5% PVP mund të zvogëlojë lëvizshmërinë biologjike të Pb²⁺ në tokë nga 20%-30% (e verifikuar duke detektuar sasinë e akumulimit të Pb në rrënjët e kurrizoreve).
• Neutralizimi i ngarkesës: ulja e lëvizshmërisë së joneve të metaleve të rënda.
  Grimcat e argjilës në tokë zakonisht janë me ngarkesë negative dhe ngjitjen lehtë me jonet pozitive të metaleve të rënda (si Cd²⁺). Megjithatë, kjo ngjitje mund të zëvendësohet lehtë nga kationet e tjerë në tokë (si Ca²⁺ dhe Mg²⁺), gjë që çon në rivetëzimin e metaleve të rënda.
  • Grupi amid i PVP-së është i ngarkuar pozitivisht pas protonimit dhe mund të kombinohet me ngarkesën negative të grimcave të argjilës. Në të njëjtën kohë, jonet e metaleve të rënda të koordinuara janë të "bllokuar" në kompleksin e argjilë-PVP, duke zvogëluar mundësinë e zëvendësimit nga katione të tjerë dhe duke ulur lëvizshmërinë e metaleve të rënda.

Përfundo

Eshtë e thellësishme roli i PVP-së në tokë që ajo përdor "grupet polare" dhe "zinxhirët polimerikë" në strukturën e saj molekulare për "adsorbim fizik", "lidhje kimike" ose "rregullim morfologjik" me grimcat, ujin, ushqimet dhe ndotësit në tokë , duke arritur në fund:

• Përmirësimi i strukturës fizike të tokës (ndihmon në parandalimin e shtypjes së tokës);
• Përmirësimi i efektivitetit të ujit (ruajtja e ujit);
• Zgjatja e kohës së veprimit të ushqimeve/pesticideve (lëshim i ngadaltë);
• Zvogëlimi i rrezikut biologjik të metaleve të rënda (adsorbim dhe imobilizim).

Duhet theksuar se këto parime bazohen tërësisht në rolin "aksesor" të PVP-së - efekti i saj varet nga përdorimi i një koncentracioni të ulët, nuk mund të zëvendësojë fertilizatorët organikë, agjentët special për ruajtjen e ujit, kondicionuesit e tokës etj., dhe është i përshtatshëm vetëm për skenare specifike (si p.sh. riprodhimi i fidanëve, bimët në kasa, dhe riparimi i tokave me kontaminim të lehtë).