Vilka jordtyper är inte lämpliga för PVP?

Lämpligheten av PVP (polyvinylpyrrolidon) i jord är starkt beroende av jordens fysikaliska och kemiska egenskaper (såsom partikelsammansättning, pH, salthalt och halt av organiskt material) och centrala problem (såsom täthet, vattenhållighet och behov av föroreningsrensning). Följande typer av jord är i allmänhet olämpliga för användning av PVP eller kräver strikta restriktioner på dess användning på grund av "PVP:s oförmåga att hantera kärnproblem", "benägenhet för negativa effekter" eller "extremt dålig ekonomi":

1. Sötsur jord (pH > 8,5, EC > 4 ms/cm): PVP är ineffektivt och kan förvärra saltskador

Det centrala problemet med sötsur jord är höga halter av saltjoner (såsom Na⁺ och Cl⁻ ) och och ett högt pH-värde , vilket leder till dispersion av jordkolloider, dålig genomsläpplighet och svårigheter för grödornas rötter att ta upp vatten. PVP är inte bara ineffektivt i sådana jordar, utan kan också ha negativa effekter av följande skäl:

• Miljö med hög salthalt förstör PVP:s adsorptions- och vattenhållande funktion.
  Stora mängder kationer som Na⁺ och Ca²⁺ i salt-surtjord kommer att konkurrera med de polära grupperna (amidgrupper) på PVP-molekylkedjan om bindningsplatser, vilket försvagar PVP:s förmåga att adsorbera jordpartiklar. Den "polymeriska skyddsfilm" som annars hade bildats kan inte fästa sig stabilt, och anti-agglomereringseffekten blir helt ineffektiv. Samtidigt kommer hög salthalt att förstöra den tredimensionella strukturen i PVP-hydrogelen, vilket leder till att dess vattenhållande kapacitet sjunker med mer än 50 % (den kan inte spärra in fukt och kan snarare påskynda fuktförlust genom avdunstning).
• Högt pH-värde hämmar PVP:s förmåga att adsorbera tungmetaller (om sanering krävs).
  Om salin-alkalisk jord också är förorenad med tungmetaller beror PVP:s adsorption av Pb²⁺ och Cd²⁺ på "koordinationsbindningsbindning", och ett högt pH-värde (>8,5) kommer att försvaga protoneringen av PVP:s amidgrupp, avsevärt minska koordinationsförmågan och till och med orsaka desorption av adsorberade tungmetalljoner, vilket i sin tur ökar risken för upptag av tungmetaller i grödor.
• hanterar inte det centrala problemet med salin-alkalisk jord och kan förvärra saltskador
  . Den har inte förmåga att sänka saltkoncentrationer eller justera pH. De viktigaste metoderna för att förbättra salin-alkaliska jordar är utvaskning och avläggning av salt, användning av gips/desulfurerad gips för att sänka alkalihalten samt ökad användning av organiska gödningsmedel för att förbättra kolloidstrukturen. Användning av PVP är inte bara kostnadseffektivt, utan dess återstående polymerkedjor kan också kombineras med natriumjoner i jorden och bilda salt-polymerkomplex som täppta jordens porer och ytterligare försämrar permeabiliteten.

2. Tung lera (lerhalt > 40 %): benägen till "syrebrist och komprimering", effekten är långt värre än med traditionella förbättringsmedel

Det centrala problemet med tung lera är finpartiklar, små porer, dålig luftgenomsläpplighet samt lätt bildning av vattenansamling och komprimering . Förbättring kräver "förstärkning av stabiliteten i aggregatstrukturen" (till exempel genom ökad användning av organiska gödningsmedel och biokol) snarare än den kortsiktiga spridande effekten av PVP. Anledningarna till att tung lera inte är lämplig för PVP är följande:

• Övermåttligt PVP kan lätt täppa till porer och förvärra
  de smala porerna i syrefattig tung lera. Om PVP används (särskilt vid en koncentration > 0,2 %) kommer dess polymerkedjor att bilda ett "överkorslänkat gelskikt" mellan jordpartiklar, vilket helt blockerar kapillärporer och ventilationporer. Efter vattning kan vattnet inte tränga igenom och rötterna kan inte andas, vilket istället leder till "anoxisk kompaktion" (grödornas rötter ruttnar och löven blir gula), vilket är allvarligare än problemet med obearbetad tung lera.
• PVP lyckas inte bilda stabila aggregat, och dess effekt mot kompaktion är kortlivad.
  Den grundläggande orsaken till kompakt krita lerjord är brist på organiskt material, vilket förhindrar att jordkolloider bildar vattenstabila aggregat. Även om PVP kan sprida partiklar på kort sikt är de resulterande "mikroaggregaten" tillfälliga fysikaliska strukturer (som faller isär vid kraftigt regn eller bevattning) och kan inte ersätta de "långsiktigt stabila aggregat" som bildas av organiska gödningsmedel. Efter en till två veckors användning kommer jorden att packa sig igen, och PVP-resten kan öka dess hårdhet.
• Den ekonomiska effektiviteten är extremt dålig. Traditionella förbättringsmedel är mer effektiva.
  Tung lerjord kräver stora mängder förbättringsmedel för att vara effektiv. Om PVP används (kostnad 20–30 yuan/kg) behövs en dos på 300–500 kg per mu (koncentration 0,2 %), vilket ger en kostnad som överstiger 6 000 yuan – mycket högre än organiskt gödselmedel (50–100 yuan/mu) eller biokol (200–300 yuan/mu) – och effekten är sämre, så det är helt ogenomförbart.

3. Sandjord (sandhalt > 80 %): PVP förloras lätt, verkan är kortvarig och kostnaden hög.

Det centrala problemet med sandjord är dess dåliga förmåga att hålla kvar vatten och näring, grova partiklar och svag adsorptionsförmåga , men den komprimeras inte lätt (stora porer mellan partiklarna). Även om PVP kan hålla kvar vatten i sandjord under en kort period är det generellt sett olämpligt att använda på grund av "lätt förlust, behov av ofta applicering och dålig ekonomisk effektivitet":

• PVP har svag adsorptionsförmåga och förloras lätt vid regn/begjutning.
  Sandjordens partiklar är grova (liten specifik yta) och har en svag bindningskraft med PVP-molekyler (främst beroende av svaga vätebindningar). När jorden vattnas eller regnar, tränger PVP lätt ner i djupare jordlager tillsammans med vatten (bortom det område där grödornas rötter kan absorbera det), vilket gör att PVP-koncentrationen i ytjorden snabbt sjunker – effekten av vattenhållbarhet varar endast 2 till 3 dagar, och upprepade appliceringar var 3 till 5 dagar krävs, vilket är besvärligt.
• Låga krav på motstånd mot komprimering, PVP:s funktionalitet är överflödig.
  Sandjord har stora porer mellan partiklarna, vilket gör "tät komprimering" närmast omöjlig (endast mindre sprickbildning på grund av yttorrhet kan uppstå, utan behov av PVP). PVP:s kärnfunktion (motstånd mot komprimering) är helt överflödig i sandjord, och dess begränsade vattenhållande funktion kan uppnås genom kostnadseffektiva metoder som halm mulchning och användning av huminsyra, utan att behöva använda PVP.
• Långvarig användning kan leda till gelbildning på ytan
  . Om PVP används ofta i sandig jord kan den PVP som inte har förlorats ansamlas på ytan och bilda ett "tunt gelaktigt skikt" – även om detta skikt kan hålla kvar vatten, kommer det att hindra luft från att tränga in i jorden, vilket orsakar syrebrist vid rotzonen (till exempel svärtning av fibervrötterna vid ytan hos vete och majs), vilket i sin tur påverkar växtodlingen.

4. Jord med mycket lågt organiskt materialinnehåll (organiskt materialinnehåll <0,5 %): PVP kan inte fungera och kan påverka mikroorganismer

Det centrala problemet med jord med mycket lågt organiskt materialinnehåll (till exempel tunn, vindpåverkad sandjord och bar jord som länge har eroderat) är brist på jordkolloider, låg mikrobiell aktivitet och en löst struktur (eller komprimerad jord utan förutsättningar för förbättring) . PVP är ineffektiv i sådan jord av följande skäl:

• Utan stöd av organiskt material kan PVP inte bilda mikroaggregat.
  PVP behöver lita på jordens kolloider (såsom humus) som "ankarpunkter" för att bilda "mikroaggregat", men jord som saknar organiskt material har nästan inga kolloider – PVP-molekylkedjor kan inte stabil kombinera med jordpartiklar, och antingen försvinner de med vatten eller sprids oordnat i jorden, utan att kunna förhindra komprimering eller hålla kvar vatten.
• Hämmar återstående mikroorganismer och försämrar jordens utarmning.
  Antalet mikroorganismer i jord som saknar organiskt material är redan mycket lågt (svag nedbrytningsförmåga), och de högmolekylära kedjorna i PVP kan fastna på ytan av mikroorganismer, vilket hämmar deras metaboliska aktiviteter (såsom att bryta ner små mängder organiskt material och fixera kväve), vilket ytterligare minskar jordens fertilitet och skapar en ond cirkel av "ju mer man använder det, desto sämre blir det".
• Kärnan i jordförbättring är att återföra organiskt material. PVP kan inte helt ersätta
  denna typ av jord. Det enda sättet att förbättra denna typ av jord är att "tillsätta stora mängder organiskt material" (såsom kompostering, återföring av halm till fältet och odling av gröngödslingsväxter). När innehållet av organiskt material har ökat till över 1 % kan ytterligare förbättringsåtgärder övervägas. Att använda PVP är inte bara kostnadseffektivt utan försenar även den grundläggande förbättringsprocessen.

5. Kraftigt tungmetallförorenad jord (tungmetallkoncentration > 200 mg/kg): PVP:s adsorptionskapacitet är otillräcklig, vilket lätt kan leda till sekundära problem

PVP kan endast hjälpa till vid reparation av svagt tungmetallförorenad jord (koncentration <100 mg/kg) och är helt olämplig för kraftigt förorenad jord (såsom jord i närheten av gruvområden, med Pb/Cd-koncentrationer >200 mg/kg) av följande skäl:

• Adsorptionskapaciteten är begränsad och kan inte minska aktiviteten hos tungmetaller.
  PVP:s adsorption av tungmetaller beror på pyrrolidonringen i molekylkedjan. Adsorptionsförmågan hos en enda gram PVP är endast 0,5–2 mg (beroende på typ av frukt och grönsak). Kraftigt förorenad jord kräver extremt höga koncentrationer av PVP (>1 %) för att kunna adsorbera vissa tungmetaller – men höga koncentrationer av PVP kan täta till jordens porer, vilket leder till syrebrist och därmed försämra skador på växter.
• Det är omöjligt att helt ta bort tungmetaller, man kan endast "tillfälligt fixera" dem.
  PVP:s adsorption av tungmetaller är "omvändbar" (den kan desorberas i sur miljö eller vid höga koncentrationer av andra kationer). Om pH-värdet i marken med kraftig förorening senare sjunker (till exempel på grund av surt regn) kommer de adsorberade tungmetallerna att släppas ut igen, vilket orsakar sekundär förorening. Problemet kan inte lösas grundläggande (professionella tekniker såsom "utvaskning" och "fytoremediering" krävs).

Sammanfattning: Kärnegenskaper hos jordar som inte är lämpliga för användning av PVP

Nyckeln till att avgöra om en jord är lämplig för PVP är om PVP kan åtgärda jordens kärnproblem utan att orsaka negativa bieffekter . Följande jordar uppfyller kärnkarakteristiken att vara "olämpliga":

• Kärnproblemen kan inte lösas med PVP (till exempel "sänka salt och justera pH" i salin-alkalisk jord, "stabilisera aggregat" i tung lerjord och "tillsätta gödsel" till jord som saknar organiskt material);
• Nya problem kan lätt uppstå på grund av PVP:s egenskaper (till exempel "syrebrist" i tung lerjord, "förlust och slöseri" i sandjord och "sekundär frisättning" i kraftigt förorenad jord);
• Den ekonomiska effektiviteten är extremt dålig (till exempel kräver tung lerjord och sandjord stora mängder PVP, vilket är mycket dyrare än traditionella jordförbättringsmedel).

Kärnlogiken i jordförbättring är att "vidta målinriktade åtgärder för att lösa de grundläggande problemen" (till exempel att avsalta alkalisk jord och tillsätta organisk gödsel till tung lergård). PVP är endast ett "hjälpmedel i särskilda situationer" och kan inte ersätta traditionella förbättringsåtgärder, än mindre användas för oanvändbara jordtyper som nämns ovan.