PVP'nin kullanılamayacağı toprak türleri nelerdir?

PVP'nin (polivinilpirolidon) toprakta uygunluğu, toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri (partikül kompozisyonu, pH, tuzluluk ve organik madde içeriği gibi) ve temel sorunlara (sıkışma, su tutma ve kirlilik arıtımı ihtiyacı gibi) yüksek oranda bağlıdır. Aşağıdaki toprak türleri genellikle PVP kullanımı için uygun değildir veya "PVP'nin temel sorunları çözemez olması", "olumsuz etkilere yatkınlık" ya da "aşırı kötü ekonomiklik" nedeniyle kullanımında katı kısıtlamalar gerektirir:

1. Tuzlu-kireçli toprak (pH＞8.5, EC＞4 ms/cm): PVP etkisizdir ve tuz zararını artırabilir

Tuzlu-kireçli toprakların temel problemi yüksek tuz iyonlarıdır (örneğin Na⁺ ve Cl⁻ ) ve yüksek bir pH değeridir , bu durum toprak kolloidlerinin dağılmasına, düşük geçirgenliğe ve bitki köklerinin suyu zor emmesine neden olur. PVP, bu tür topraklarda yalnızca etkisiz kalmaz, aynı zamanda aşağıdaki nedenlerle olumsuz etkiler de yaratabilir:

• Yüksek tuzlu ortam, PVP'nin adsorpsiyon ve su tutma fonksiyonlarını bozar.
  Tuzlu alkali topraklardaki Na⁺ ve Ca²⁺ gibi bol miktardaki katyonlar, PVP molekül zincirindeki polar gruplar (amid grupları) ile toprak partiküllerine bağlanma siteleri için rekabet eder ve böylece PVP'nin toprak partiküllerini adsorplama yeteneğini zayıflatır. Oluşması beklenen "polimer koruyucu film" stabil bir şekilde yapışamaz ve topaklanmayı önme etkisi tamamen kaybolur. Aynı zamanda yüksek tuz konsantrasyonu, PVP hidrojelinin üç boyutlu yapısını bozar ve su tutma kapasitesinin %50'den fazla düşmesine neden olur (nem tutamaz ve buharlaşmayı hızlandırabilir).
• Yüksek pH değeri, PVP'nin ağır metal adsorpsiyonunu inhibe eder (eğer arazi ıslahı gerekiyorsa).
  Tuzlu-alkali toprak aynı zamanda ağır metallerle de kirlenmişse, PVP'nin Pb²⁺ ve Cd²⁺'ye adsorpsiyonu "koordinasyon bağı bağlanmasına" bağlıdır ve yüksek pH değeri (>8.5), PVP'nin amit grubunun protonlanmasını zayıflatarak koordinasyon yeteneğini önemli ölçüde azaltır ve hatta adsorplanmış ağır metal iyonlarının desorpsiyonuna neden olarak bitkilerin bu metalleri alım riskini artırır.
• tuzlu-alkali toprağın temel sorununu çözmez ve tuz zararını kötüleştirebilir
  . Tuz miktarını azaltma veya pH'ı düzenleme yeteneğine sahip değildir. Tuzlu-alkali toprakları iyileştirmek için temel yöntemler, tuzu lösitleme ve drene etme, alkali seviyelerini düşürmek için alçı veya desülfürlü alçı uygulama ve kolloidal yapıyı iyileştirmek için organik gübre kullanımını artırmadır. PVP kullanımı sadece maliyet açısından uygun olmakla kalmaz, ayrıca geride kalan polimer zincirleri topraktaki sodyum iyonlarıyla birleşerek toprak gözeneklerini tıkayan tuz-polimer kompleksleri oluşturabilir ve böylece geçirgenliği daha da bozabilir.

2. Ağır kil (kıl içeriği > %40): "oksijensizlik ve sıkışma" eğilimindedir, etkisi geleneksel iyileştiricilerden çok daha kötüdür

Ağır kilin temel problemi ince parçacıklar, küçük gözenekler, hava geçirgenliğinin düşük olması ve su birikimi ile sıkışmaya eğilimli olmasıdır . İyileştirme, PVP'nin kısa vadeli dağılma etkisi yerine "agreganın yapısal stabilitesinin artırılmasını" (örneğin organik gübre ve biyokömür uygulamasının artırılması) gerektirir. Ağır kilin PVP için uygun olmamasının nedenleri şunlardır:

• Fazla miktarda PVP, gözenekleri tıkayabilir ve sıkışmayı artırabilir
  oksijensiz ağır kilden kaynaklanan dar gözenekler. Eğer PVP kullanılırsa (özellikle %0,2'den yüksek konsantrasyonda), polimer zincirleri toprak tanecikleri arasında "aşırı çapraz bağlı bir jel tabaka" oluşturur ve kapiler ile hava geçiş gözeneklerini tamamen engeller. Sulamadan sonra su nüfuz edemez ve kökler nefes alamaz; bunun yerine "anoksik sıkışma"ya (bitki kökleri çürür ve yapraklar sararır) neden olur. Bu durum, işlenmemiş ağır kilin sorunundan daha ciddidir.
• PVP, stabil agregatlar oluşturmada başarısızdır ve sıkışmaya karşı etkisi kısa sürelidir.
  Ağır kil toprakların sıkışmasının temel nedeni, toprak kolloidlerinin suya dayanıklı agregatlar oluşturmasını engelleyen organik madde eksikliğidir. PVP kısa vadede partikülleri dağıtabilse de, ortaya çıkan "mikroagregatlar" geçici fiziksel yapılardır (şiddetli yağmur veya sulamada dağılırlar) ve organik gübrelerin oluşturduğu "uzun vadeli kararlı agregatlar"ın yerini alamaz. Bir ila iki hafta kullanımın ardından toprak tekrar sıkışır ve PVP kalıntısı sertliğini artırabilir.
• Ekonomik verimlilik son derece düşüktür. Geleneksel iyileştiriciler daha verimlidir.
  Ağır kil toprağın etkili şekilde iyileştirilmesi için büyük miktarda iyileştirici gerekir. Eğer PVP kullanılırsa (maliyet 20-30 yuan/kg), dozaj mu başına 300-500 kg olmalı (konsantrasyon %0,2) ve maliyet 6.000 yuan'ı aşar ki bu, organik gübrenin (50-100 yuan/mu) veya biyokömürün (200-300 yuan/mu) maliyetinden çok daha yüksektir ve etkisi daha kötüdür; bu yüzden tamamen uygulanması mümkün değildir.

3. Kumlu toprak (kum oranı > %80): PVP kolayca kaybedilir, etkisi kısa sürelidir ve maliyeti yüksektir.

Kumlu toprağın temel sorunu su ve gübre tutma kapasitesinin düşük olması, iri tanecikli yapısı ve zayıf adsorpsiyon kapasitesidir , ancak kolayca sıkışmaz (tanecikler arası büyük gözenekler). PVP, kumlu toprakta suyu kısa bir süre için tutabilse de genellikle "kolay kaybedilme, sık uygulama gerektirme ve düşük ekonomik verimlilik" nedeniyle kullanımı uygun değildir:

• PVP'nin adsorpsiyon kapasitesi zayıftır ve yağmur/sulama ile kolayca kaybedilir.
  Kumlu toprak partikülleri kabasıdır (küçük özgül yüzey alanı) ve PVP molekülleriyle zayıf bağ kuvvetine sahiptir (başlıca zayıf hidrojen bağına dayanır). Sulama veya yağmur sırasında, PVP kolayca suyla birlikte derin toprağa nüfuz eder (bitki köklerinin emme aralığının ötesine geçer) ve bunun sonucunda yüzey topraktaki PVP konsantrasyonu hızla düşer - su tutma etkisi yalnızca 2 ila 3 gün sürer ve her 3 ila 5 günde tekrar uygulama gereklidir, bu da işlemi zahmetli hale getirir.
• Düşük sıkışmaya karşı direnç gereksinimi olduğundan, PVP'nin işlevi gereğinden fazladır.
  Kumlu topraklarda partiküller arası gözenekler büyük olduğu için "yoğun sıkışma" neredeyse imkansızdır (sadece yüzey kurumasına bağlı küçük çatlaklar oluşabilir, bu durumda PVP'ye ihtiyaç yoktur). PVP'nin temel işlevi (sıkışmaya karşı koruma) kumlu topraklarda tamamen gereksizdir ve sınırlı su tutma işlevi saman örtüsü veya humik asit uygulaması gibi düşük maliyetli yöntemlerle sağlanabilir; PVP'ye bağımlılık gerekmez.
• Uzun süreli kullanım yüzeyde jel oluşumuna neden olabilir
  . Kumlu topraklarda PVP'nin sık uygulanması, kaybedilmeyen PVP'nin yüzeyde birikmesine ve bir "ince jel tabakası" oluşturmasına neden olabilir - bu tabaka suyu tutabilir olsa da, havanın toprağa girmesini engeller ve bunun sonucunda yüzey kök hipoksisine (örneğin buğday ve mısırın yüzey ipliksi köklerinin kararması) yol açarak bitki büyümesini etkiler.

4. Çok düşük organik madde içeriğine sahip topraklar (organik madde içeriği < %0,5): PVP işlevini kaybeder ve mikroorganizmaları etkileyebilir

Çok düşük organik madde içeriğine sahip toprakların (örneğin verimsiz, rüzgârla taşınmış kumlu topraklar ve uzun süredir aşınmış çıplak topraklar) temel sorunu toprak kolloidlerinin eksik olması, düşük mikrobiyal aktivite ve gevşek yapı (veya iyileştirme potansiyeli olmayan sıkışmış topraklar) . PVP bu tür topraklarda aşağıdaki nedenlerle etkisizdir:

• Organik madde desteği olmadan PVP mikro agregatlar oluşturamaz.
  PVP'nin "mikro agregalar" oluşturabilmesi için toprak kolloidlerine (humus gibi) "bağlanma noktaları" olarak ihtiyaç duyar, ancak organik maddece fakir topraklarda neredeyse hiç kolloid bulunmaz - PVP moleküler zincirleri toprak parçacıklarıyla kararlı bir şekilde birleşemez ve ya suyla birlikte kaybolur ya da toprakta düzensiz şekilde dağılır, böylece sıkışmayı önleyemez veya suyu tutamaz.
• Kalan mikroorganizmaları engeller ve toprak yoksullaşmasını artırır.
  Organik maddece fakir topraklarda mikroorganizma sayısı zaten çok azdır (zayıf ayrıştırma yeteneği), PVP'nin yüksek moleküllü zincirleri mikroorganizmaların yüzeyine yapışarak metabolik aktivitelerini (örneğin küçük miktardaki organik maddelerin ayrıştırılması ve azot bağlanması) engelleyebilir, bu da toprak verimliliğini daha da düşürerek "ne kadar çok kullanılırsa o kadar fakirleşir" şeklindeki kötümser döngüyü oluşturur.
• Toprağın iyileştirilmesinin temel noktası organik maddeyi yeniden kazandırmaktır. PVP bunun yerini tamamen alamaz.
  bu tür toprağı iyileştirmenin tek yolu "büyük miktarda organik madde eklemektir" (örneğin kompost yapmak, samanı tarlaya geri vermek ve yeşil gübre bitkileri ekmek). Organik madde içeriği %1'in üzerine çıktığında ek iyileştirme önlemleri düşünülebilir. PVP kullanmak sadece maliyet açısından etkili olmakla kalmaz, aynı zamanda temel iyileştirme sürecini de geciktirir.

5. Aşırı ağır metal ile kirlenmiş toprak (ağır metal konsantrasyonu > 200 mg/kg): PVP'nin adsorpsiyon kapasitesi yetersizdir ve bu durum kolayca ikincil sorunlara yol açabilir

PVP yalnızca hafif düzeyde ağır metal kirliliği olan toprakların (konsantrasyon <100 mg/kg) restorasyonuna yardımcı olabilir ve aşağıdaki nedenlerden dolayı aşırı kirlenmiş topraklar için (örneğin maden bölgelerinin çevresindeki, Pb/Cd konsantrasyonu >200 mg/kg olan topraklar) tamamen uygunsuzdur:

• Adsorpsiyon kapasitesi sınırlıdır ve ağır metallerin aktivitesini azaltamaz.
  PVP'nin ağır metalleri adsorpsiyonu, moleküler zincirdeki pirrolidon halkasına bağlıdır. PVP'nin bir gramının adsorpsiyon kapasitesi yalnızca 0,5~2 mg'dır (meyve ve sebzenin türüne göre değişir). Şiddetli kirliliğe sahip topraklar, bazı ağır metalleri adsorbe etmek için çok yüksek PVP konsantrasyonları (> %1) gerektirir - ancak yüksek PVP konsantrasyonları toprak gözeneklerini tıkayarak hipoksiye neden olur ve bu durum bitkilere zararı artırır.
• Ağır metallerin tamamen uzaklaştırılması imkânsızdır ve sadece "geçici olarak sabitlenmeleri" mümkündür.
  PVP'nin ağır metalleri adsorpsiyonu "tersinirdir" (asidik ortamda veya diğer katyonların yüksek konsantrasyonlarında desorpsiyona uğrar). Eğer yoğun kirliliğe sahip toprağın pH'sı daha sonra düşerse (örneğin asit yağmuru nedeniyle), adsorplanmış ağır metaller yeniden salınır ve ikincil kirliliğe neden olur. Bu sorun temel düzeyde çözülemez ("süzmek" ve "fitoremediasyon" gibi profesyonel teknolojiler gereklidir).

Özet: PVP kullanımına uygun olmayan toprakların temel özellikleri

Bir toprağın PVP için uygun olup olmadığını belirlemede anahtar, toprağın temel sorunlarının PVP ile çözülüp çözülemeyeceği ve bunun negatif yan etkiler doğurup doğurmayacağıdır PVP, toprağın temel sorunlarını çözerek olumsuz yan etkilere neden olmadan ele alınabiliyorsa uygundur . Aşağıdaki topraklar "uygunsuz" olma temel özelliklerini taşır:

• Temel sorunlar PVP ile çözülemiyor (örneğin tuzlu-sodoz topraklarda "tuzu azaltmak ve pH'ı ayarlamak", ağır killi topraklarda "agregaları stabilize etmek" ve organik maddece fakir topraklara "gübre ilave etmek");
• PVP'nin kendine özgü özellikleri nedeniyle kolayca yeni sorunlar ortaya çıkabilir (örneğin ağır killi topraklarda "oksijensizlik", kumlu topraklarda "kayıp ve israf" ve yüksek oranda kirlenmiş topraklarda "ikincil salım");
• Ekonomik verimlilik son derece düşüktür (örneğin ağır killi ve kumlu topraklar büyük miktarda PVP gerektirir, maliyeti geleneksel iyileştiricilere göre çok daha yüksektir).

Toprak iyileştirmesinin temel mantığı, "temel sorunları çözmek için hedefli önlemler almak" (su-alkali topraklardan tuz çekmek ve ağır kil topraklara organik gübre eklemek gibi). PVP sadece "özel senaryolarda yardımcı bir araç" olup, yukarıda belirtilen uygun olmayan toprak türleri için kullanılmaktan başka geleneksel iyileştirme önlemlerinin yerini alamaz.