Које врсте земљишта нису погодне за PVP?

Pogodnost PVP-a (polivinilpirolidona) za zemljište u velikoj meri zavisi od fizičkih i hemijskih svojstava zemljišta (kao što su sastav čestica, pH, salinitet i sadržaj organske materije) i osnovnih problema (kao što su zbijenost, zadržavanje vode i potrebe za remedijacijom zagađenja). Sledeće vrste zemljišta uglavnom nisu pogodne za upotrebu PVP-a ili zahtevaju stroge ograničenja u korišćenju zbog "neprikladnosti PVP-a za rešavanje osnovnih problema", "sklonosti negativnim efektima" ili "izuzetno loše ekonomičnosti":

1. Zemljište sa visokim nivoom soli i alkalnosti (pH > 8,5, EC > 4 ms/cm): PVP nije efikasan i može pogoršati oštećenje usled soli

Osnovni problem zemljišta sa visokim nivoom soli i alkalnosti je visok sadržaj jona soli (na primer Na⁺ и Cl⁻ ) и visoka vrednost pH , што доводи до дисперзије колоида у земљишту, лоше пропустности и тешкоћа код апсорпције воде код коренова биљака. ПВП није само неефикасан на таквим земљиштима, већ може имати и негативне ефекте из следећих разлога:

• Средина са високом концентрацијом соли оштећује функцију адсорпције и задржавања воде код ПВП-а.
  Велика количина катиона као што су Na⁺ и Ca²⁺ у слано-алкалном земљишту ће конкурисати поларним групама (амидним групама) на молекулском ланцу ПВП-а за везивна места, ослабљујући способност ПВП-а да везује честице земљишта. „Заштитни полимерни филм“ који би требало да се формира не може се стабилно припојити, те је ефекат спречавања грушица потпуно неефикасан. Уз то, висока концентрација соли уништава тродимензионалну структуру ПВП хидрогела, услед чега његова способност задржавања воде опадне за више од 50% (не може задржати влагу и може убрзати испаравање).
• Висока вредност pH инхибира адсорпцију тешких метала код ПВП-а (уколико је потребно очишћавање).
  Ако је солона-алкална земљишта истовремено загађена тешким металима, адсорпција Pb²⁺ и Cd²⁺ помоћу ПВП-а зависи од „везивања координационих веза“, а висока вредност pH (>8,5) ће ослабити протонизацију амидне групе ПВП-а, значајно смањити координациону способност, а чак може довести и до десорпције адсорбованих јона тешких метала, чиме се повећава ризик апсорпције код култура.
• не уклања основни проблем солоне-алкалне земље и може погоршати штету од соли
  . Не поседује способност смањења нивоа соли или регулације pH. Кључни приступи у побољшању солоне-алкалне земље су исипавање и одводњавање соли, примена гипса/десулфираног гипса ради смањења алкалности и повећана употреба органских ђубрива за побољшање колоидне структуре. Употреба ПВП-а није само економична, већ његове полимерне ланце који остају у земљишту могу се комбиновати са јонима натријума у земљишту, стварајући комплексе сол-полимер који запушавају поре земљишта и даље угрожавају пропустљивост.

2. Тешка глина (садржај глине > 40%): склона „аноксији и запечаћивању“, ефекат је много гори него код традиционалних побољшавача

Основни проблем тешке глине је фине честице, мала пора, лоша пропустљивост ваздуха и лако накупљање воде и запечаћивање . Побољшање захтева „повећање стабилности агрегатне структуре“ (на пример, повећање примене органских ђубрива и биограђа) уместо краткотрајног диспергирајућег ефекта PVP-а. Разлози због којих се тешка глина не погодна за PVP су следећи:

• Превелика количина PVP-а може лако затворити поре и погоршати
  уским порима тешке глине са дефицитом кисеоника. Ако се користи ПВП (посебно у концентрацији > 0,2%), његови полимерни ланаци формирају "препрекретни слој гела" између честица земљишта, потпуно блокирајући капиларне поре и вентилационе поре. Након заливања, вода не може проћи и корени не могу дисати, већ уместо тога доводи до "аноксичне компресије" (корен косе се гнили и лишће се пожјелудило), што је озбиљније од проблема необрађене тешке глине.
• ПВП не успева да формира стабилне агрегате, а његов антикомпакциони ефекат је краткотрајан.
  Основни разлог за зbijanje глиненог тешког земљишта је недостатак органских материја, због чега колоиди у земљишту не могу да створе водом стабилне агрегате. Иако PVP може краткороно да распорсди честице, добијени „микроагрегати“ су привремене физичке структуре (распадају се приликом јачих киша или наводњавања) и не могу да замене „долгорочне стабилне агрегате“ које формирају органска ђубрива. Након једне до две недеље коришћења, земљиште ће се поново збити, а остатак PVP-а може повећати његову чврстоћу.
• Економска ефикасност је изузетно лоша. Традиционална побољшавања су ефикаснија.
  Тешко глинено земљиште захтева велику количину побољшавача како би било ефектно. Ако се користи PVP (цена 20–30 јуан/кг), доза по му мора бити 300–500 кг (концентрација 0,2%), а трошак прелази 6.000 јуана, што је много више од органске торове (50–100 јуан/му) или биоугља (200–300 јуан/му), при чему је ефекат гори, па је стога у потпуности непрактично.

3. Peskovito tlo (sadržaj peska > 80%): PVP se lako gubi, efekat je kratkotrajan, a cena visoka.

Osnovni problem peskovitog tla je slaba sposobnost zadržavanja vode i đubriva, grubih čestica i slaba adsorpciona sposobnost , ali se ne sabija lako (velike pore između čestica). Iako PVP privremeno može zadržati vlagu u peskovitom tlu, opšte pravilo je da se ne preporučuje zbog „lakog gubitka, potrebe za čestim nanošenjem i loše ekonomske isplativosti“:

• PVP ima slabu adsorpcionu sposobnost i lako se gubi pri kiši/navodnjavanju.
  Честице песковитог земљишта су крупне (мала специфична површина) и имају слабу везивну силу са PVP молекулима (првенствено ослањајући се на слабе водоничне везе). Приликом наводњавања или кише, PVP лако продире у дубоко земљиште заједно са водом (изван домета апсорпције коренова биљака), што доводи до брзог пада концентрације PVP-а у површинском слоју земљишта – ефекат задржавања воде траје само 2 до 3 дана, те је потребно поновно применити сваких 3 до 5 дана, што је незгодно.
• Ниске захтеве за антизбијање, функционалност PVP-а је излишња.
  Песковито земљиште има велике поре између честица, због чега је „густо збијање“ практично немогуће (може доћи до мањих пукотина услед сушњавости површине, али без потребе за PVP). Основна функција PVP-а (спречавање збијања) потпуно је излишња на песковитом земљишту, док се његова ограничена функција задржавања воде може постићи нискотрошковним методама као што су прекривање сламом и примена хуминских киселина, без зависности од PVP-а.
• Дугорочно коришћење може довести до желатинизације површине
  честа употреба ПВП-а у песковитом земљишту може довести до тога да се ПВП који није изгубљен накупља на површини, формирајући „танки гел слој“ – иако овај слој може задржавати воду, он ће спречити продор ваздуха у земљиште, изазивајући хипоксију корена на површини (на пример потамњење површинских влакнастих корена пшенице и кукуруза), што негативно утиче на раст биљака.

4. Земљиште са веома ниским садржајем органских материја (садржај органских материја <0,5%): ПВП не може деловати и може утицати на микроорганизме

Основни проблем земљишта са веома ниским садржајем органских материја (као што су ситна, ветром разнета песковита земљишта и гола земљишта која су дуго времена еродирала) је недостатак земљишних колоида, низак ниво микробне активности и ретка структура (или запаљено земљиште без основе за побољшање) . ПВП је неефикасан у таквом земљишту по следећим разлозима:

• Без подршке органских материја, ПВП не може формирати микроагрегате.
  PVP мора да се ослања на колоиде у земљишту (као што је хумус) као „тачке анкеровања“ да би формирао „микроагрегате“, али земљиште које нема органских материја готово да нема колоида — ланци PVP молекула се не могу стабилно комбиновати са честицама земљишта и или одлазе са водом или се хаотично распршавају у земљишту, нису у стању да спрече запечаћеност или задрже воду.
• Уздржава остатак микроорганизама и погоршава осиромашење земљишта.
  Број микроорганизама у земљишту које нема органских материја већ је веома мали (слаба способност разградње), а велики молекулски ланци PVP-а се могу припојити површини микроорганизама, сузбијајући њихове метаболичке активности (као што је разградња малих количина органских материја и фиксација азота), додатно смањујући плодност земљишта и стварајући порочну вртлог од „што више користиш, постаје све горе“.
• Срж побољшања земљишта је надокнада органских материја. PVP не може потпуно заменити
  овакав тип земљишта. Једини начин да се побољша овакав тип земљишта је да се дода „велика количина органског материјала“ (као што је компост, враћање сламе на ниву и сецкање зеленог ђубрива). Када садржај органског материјала порасте изнад 1%, могу се размотрити додатне мере побољшања. Коришћење PVP-а је не само економично него и одлаже процес основног побољшања.

5. Земљиште тешко загађено тешким металима (концентрација тешких метала > 200 mg/kg): капацитет апсорпције PVP-а је недовољан, што може лако довести до секундарних проблема

PVP може само помоћи у рехабилитацији благо загађеног земљишта тешким металима (концентрација <100 mg/kg) и потпуно је непогодан за високо загађено земљиште (на пример, земљиште око рудника са концентрацијом Pb/Cd >200 mg/kg) из следећих разлога:

• Капацитет апсорпције је ограничен и не може смањити активност тешких метала.
  PVP-ina adsorpcija teških metala zavisi od pirolidonskog prstena na molekularnom lancu. Kapacitet adsorpcije jednog grama PVP-a iznosi samo 0,5~2 mg (u zavisnosti od vrste voća i povrća). Kod zemljišta sa jakim zagađenjem potrebne su ekstremno visoke koncentracije PVP-a (>1%) da bi se adsorbovali neki teški metali – ali visoke koncentracije PVP-a mogu začepljivati poroznost zemljišta, što dovodi do hipoksije i pogoršava oštećenje useva.
• Potpuno uklanjanje teških metala je nemoguće, a može se samo „privremeno fiksirati“.
  PVP-ina adsorpcija teških metala je „reverzibilna“ (desorbovaće se u kiseloj sredini ili prisustvu visokih koncentracija drugih katjona). Ako pH vrednost zemljišta sa jakim zagađenjem kasnije opadne (na primer, usled kisele kiše), adsorbovani teški metali ponovo će biti oslobađeni, što izaziva sekundarno zagađenje. Problem se time ne rešava temeljito (potrebne su stručne tehnologije kao što su „isperavanje“ i „fitoremedijacija“).

Zaključak: Osnovne karakteristike zemljišta koja nisu pogodna za upotrebu PVP-a

Кључ за одређивање да ли је земљиште погодно за PVP је то да ли PVP може решити основне проблеме земљишта без негативних споредних ефеката . Следећа земљишта испуњавају основне карактеристике „непогодности“:

• Основни проблеми се не могу решити PVP-ом (на пример, „смањење соли и подешавање pH“ у соленом земљишту, „стабилизација агрегата“ у тешком глиновитом земљишту и „додавање ђубрива“ земљишту које недостаје органских материја);
• Нови проблеми се лако могу појавити због карактеристика PVP-а (на пример, „хипоксија“ у тешким глиновитим земљиштима, „губитак и бацање“ у песковитим земљиштима и „секундарно ослобађање“ у високо загађеним земљиштима);
• Економска ефикасност је изузетно лоша (на пример, тешка глина и песковита земљишта захтевају велику количину PVP-а, чији трошак је много већи од традиционалних додатака).

Основна логика побољшања земљишта је „примена циљаних мера за решавање основних проблема“ (на пример, испирање соли из солене земље и додавање органских ђубрива глиновитом тешком земљишту). PVP је само „помоћни средствo у специјалним ситуацијама“ и не може заменити традиционалне методе побољшавања, а камоли се користити за непогодне типове земљишта наведене изнад.