Који је специфичан принцип рада ПВП-а у тлу?

Основна функција ПВП-а (поливинилпиролидона) у тлу лежи у његовом молекуларна структура (поларне групе и полимерни ланаци) и физичко-хемијска својства (растворљивост у води, адсорпција и задржавање воде) - Да ли је то истина? Кроз "интермолекуларне интеракције" или "манипулацију физичког облика" са честицама земљишта, водом, хранљивим материјама и загађивачима, индиректно побољшава физичку структуру земљишта, статус влаге, доступност хранљивих материја и активност загађивача. Специфични механизам је подељен по основним функционалним сценаријама, који постепено објашњавају ефекте на молекуларном нивоу и нивоу тла:

1. у вези са Принцип помоћи у спречавању компектације тла: регулисање агрегирања и везивања честица тла

Суштина компекције тла је да честице земљишта (посебно глине) су чврсто агрегиране због електростатичке привлачности, адхезије водене филме и других фактора, што резултира смањеним пористошћу - Да ли је то истина? ПВП прекида овај процес "распршивањем честица и изградњом микроструктура". Специфични принципи су следећи:

• Молекуларна адсорпција и модификација површине честица: смањује директну адхезију честица.
  Пиролидонски прстен (који садржи поларну амидну групу -CONH-) на молекуларном ланцу ПВП има јаку хидрофиличност и адсорпционе особине. Може се чврсто адсорбовати на површини честица тла (глине, честица блата) кроз "водородне везе" или "ван дер Ваалсове силе", формирајући ултратънки заштитни филм од полимера (наноскала) :
  • Овај филм "изолира" суседне честице земљишта, спречавајући их да формирају велике агрегате због електростатичке привлачности (глиненске честице су негативно наелектрисане и лако апсорбују кације и приближавају се једни другима) или адхезије водног филма (водни филм
  • Истовремено, "ефект стеричне препреке" молекулског ланца ПВП узрокује да се адсорбоване честице земљишта одбијају, смањују вероватноћу агрегације, одржавају дисперзију честица (сличан ефекту "мастила") и смањују тврдоћу компактације након компа
• Полимерски ланци: изградња лабаве структуре микроагрегата и повећање порова у земљишту.
  Длинцепено полимерна структура пВП (молекуларна тежина је обично 10.000-1 милион Да) може да делује као "молекуларни мост" да мало повеже диспериране фине честице земљишта (частице песка, честице блата) у микроагрегате величине микрона (дијаметар 10-100μm) :
  • Ови микроагрегати нису чврсто агрегирани груди, већ порна структура формирана лагано повезаним ПВП ланацима. У овом случају, у случају да се укупни материјал одбележе као ватрен, то је потребно да се уједносница избаци у ватрену плочу. Капиларни пори задржавају влагу, док проветривачки пори омогућавају циркулацију ваздуха, спречавајући да тло постане ваздушно чврсто и компактно.
  • Напомена: Микроагрегати су "физичке привремене структуре" са слабом стабилношћу (можу се распаднути у јаким кишама или честим наводњавањем). Они не могу заменити "водно стабилне агрегате" које формирају органска ђубрива (формирана цементирањем органске материје и отпорна на ерозију у дугорочном периоду). Они могу само у краткорочно време олакшати запљешћење.
• Контрола задржавања воде и испаравања: спречавање сушења и тврдоће површинског тла.
  Хидрофилна група (амидна група) ПВП-а може апсорбовати слободну воду у тлу да би формирала хидрогел (унош воде може достићи 10-20 пута своју тежину) и прилепљују се површини тла:
  • Хидрогел може полако ослобађати воду, успоравајући брзо испаравање површинске воде у земљишту (посебно у окружењу суше или високих температура);
  • Главни узрок запљене површине тла је "унемирен губитак воде што доводи до смањења честица и прилепљења". Ефекат задржавања воде ПВП-а може одржавати влажно стање површинског тла, смањити формирање сувих пукотина и индиректно спречити компактирање.

2. Уколико је потребно. Принцип задржавања воде у земљишту: Хидрогелови ретенција-повољно ослобађање механизам воде

Функција задржавања воде у земљишту је у суштини да се постигне "држање" и "повољно ослобађање" воде кроз "физичку адсорпцију + гелову инкапсулацију", чиме се побољшава ефикасност влаге у земљишту. Специфични принципи су следећи:

• Адсорпција влаге на молекуларном нивоу: блокирање слободне воде
  Амидна група (-CONH-) на молекуларном ланцу ПВП је јака хидрофилна група која се може комбиновати са слободним молекулама воде у тлу (водом која није адсорбована честицама тла) путем "водородних веза", "укључујући" воду око полимерског ланца како би
  • Ова везана вода се не лако губи транспирацијом или гравитацијом и може се задржати у тлу дуго времена, омогућавајући коренима биљки да је полако апсорбују (пречекајући обичну слободну воду да брзо испарава или продире у дубоке слојеве тла).
• Макрохидрогелно формирање: изградња "резервоара за складиштење воде"
  Када концентрација ПВП достигне одређени праг (обично 0,1% - 0,5%, засновано на сувој тежини тла), молекуларни ланаци ПВП-а након апсорбовања воде ће се међусобно повезати и формирати тридимензионална мрежна структура од хидрогела (сличан сунџи):
  • Хидрогел може да "закапсулира" велику количину воде (које чине 80%-90% сопствене тежине), формирајући "микроводни резервоар" у тлу;
  • Када нема довољно воде на површини тла, хидрогел ће полако ослобађати воду због разлике осмотског притиска, надокнадити раствор тла, одржавати влажно окружење око корена и смањити стрес суше на усеву.
• Смањење испарења влаге у земљишту: Физички ефекат баријере
  Хидрогел покрива површину честица тла или испуњава поре да би формирао "полупропусну мембрану" која спречава дифузију влаге унутар тла у атмосферу и смањује стопу испаравања - експериментални подаци показују да додавање 0,3% ПВП у тло може смањити

3. Уколико је потребно. Принцип спорог ослобађања хранљивих материја/пестицида: Механизам полимерског ланца "инкапсулација-адсорпција-контролисано ослобађање"

ПВП се може користити као "носилац спорог ослобађања" за хранљиве материје растворљиве у води (као што су уреја, калийско ђубриво) или ниско-токсичне пестициде у тлу, смањујући њихов губитак излувања и продужујући период деловања Принцип је следећи:

• Физичко укопчавање: спречава брзо миграцију хранљивих материја.
  Полимерни ланац ПВП-а може да уплете водно растворљиве хранљиве материје/молекуле пестицида у своју тродимензионалну мрежну структуру кроз ефекат "заплетене" форме, формирајући облик "микрокапсуле":
  • Овај слој може спречити брзо продирање хранљивих материја/пестицида дубоко у тло дождењом водом или водом за наводњавање (избегавање губитка излувања) и такође може смањити њихову директну испаљивање у атмосферу (као што је испаљивање амонијака
  • Само када вода у земљишту полако прође у структуру паковања или када микроорганизми благо деградирају ланце ПВП, хранљиве материје/пестициде ће се постепено ослобађати у раствор у земљишту како би се култури апсорбовале или оствариле њихову ефикасност.
• Хемијска адсорпција: Повећава силу везања између хранљивих материја и тла.
  У амид група ПВП-а може да адсорбује и веже се са јонима хранљивих материја (као што су НХ4+, К+, ПО43−) путем "водородних веза" или "електростатичких ефеката" и фиксира их на површини честица земљишта (преко ПВП-а
  • Ова адсорпција може смањити "мобилност" хранљивих материја и спречити њихов губитак према доле због гравитације;
  • Када концентрација хранљивих материја у тлу опада (абсорбује се и конзумира од стране усева), равнотежа адсорпције се нарушава, а јони хранљивих материја ће полако дезорбционирати и поново ући у раствор у тлу, постижући "ослобађање по потражњи".
• Ослобођење које одговара на животну средину: прилагођавање условима тла
  На растворљивост у води и степен усмеређивања ПВП-а утичу околина тла (као што су рН, температура и влажност):
  • Када је земљиште влажно, ПВП ланци се надувају и брзина ослобађања инкапсулисаних хранљивих материја убрзава; када је земљиште суво, ланци се смањују и брзина ослобађања успорава, спречавајући прекомерну акумулацију хранљивих материја када их
  • У киселом тлу (pH < 6,0) повећава се протонација амидне групе ПВП-а, побољшава се адсорпцијска способност катионских хранљивих материја (као што је К+), а период спорог ослобађања је дуже.

4. Уколико је потребно. Принципи адсорпције јона тешке метале: координација везања и неутрализација наплате

ПВП може помоћи у ремисијацији земљишта која су мало загађена тешка метала (као што су Пб2+, Цу2+ и Цд2+), смањујући њихову биодоступност (снижавајући апсорпцију усева). Принципи су следећи:

• Ове обавезе о координацији:
  Пиролидонски прстен (који садржи атоме азота) у молекули ПВП који фиксира јоне тешких метала има "самотни пар електрона" и може формирати стабилну "координациону везу" са катионима тешких метала (као што су Пб2+, Цу2+
  • Овај комплекс ће се адсорбовати на површини честица земљишта или остати на површини земљишта са седиментацијом ПВП-а и не може се апсорбовати коренима биљке (снижена биодоступност);
  • Експерименти су показали да 0,5% ПВП може смањити биодоступност Пб2+ у тлу за 20% - 30% (проверена откривањем акумулације Пб у коренима усева).
• Неутрализација наплате: смањење мобилности јона тећих метала.
  Чистице глине у земљишту су обично негативно наелектрисане и лако адсорбују позитивно наелектрисане тешке метале (као што је Цд2 +). Међутим, ова адсорпција се лако замењује другим катионима у тлу (као што су Ca2+ и Mg2+), што резултира реактивацијом тешких метала.
  • Амидна група ПВП-а је позитивно наелектрисана након протонације и може се комбиновати са негативним наелектрисањем глинених честица. Истовремено, њени координисани јони тешких метала су "заврзани" у комплексу глине-ПВП, смањујући вероватноћу замене другим катионима и смањујући мобилност тешких метала.

Резюмирајте

Суштина улоге ПВП-а у тлу је да је користи "поларне групе" и "полимерске ланце" у својој молекуларној структури за "физичку адсорпцију", "хемијску везивање" или "морфолошку регулација" са честицама, водом, хранљивим материјама и загађивачима у тлу , што ће на крају постићи:

• Побољшавање физичке структуре тла (помагају спречавање запљене тла);
• Побољшање ефикасности воде (задржавање воде);
• Продужавање периода дејства хранљивих материја/пестицида (повољно ослобађање);
• Смањити биолошки ризик од теških метала (адсорпција и иммобилизација).

Треба напоменути да су ови принципи засновани на "помоћној" улози ПВП-а - његов ефекат зависи од употребе ниске концентрације, и не може заменити органска ђубрива, специјалне агенсе за задржавање воде, усвајаче тла итд., и погодан је само за специфичне сценарије