Яку роль відіграє ПВП у ґрунті? Чи може він запобігати ущільненню ґрунту?

Як водорозчинний полімер, ПВП (полівінілпіролідон) в основному використовується в ґрунтових застосуваннях завдяки своїм властивостям утримання вологи, дисперсності та адсорбції хоча він може сприяти покращенню ґрунту, це не є основним чи головним матеріалом для поліпшення ґрунту. Хоча він і має певний допоміжний ефект у запобіганні ущільненню ґрунту, це вимагає ретельного врахування характеристик ґрунту та правильного застосування, а його ефективність є слабшою порівняно з традиційними меліорантами (такими як органічні добрива та гумінова кислота) . Механізм його дії, сфери застосування та обмеження можна розглянути з трьох наступних аспектів:

1. Допоміжна роль ПВП у «запобіганні ущільненню ґрунту»: шляхом поліпшення структури ґрунту

Основною причиною ущільнення ґрунту є погана агрегація ґрунтових частинок і нестача органічної речовини , що призводить до щільного зчеплення частинок і зниження пористості (утруднюючи проникнення повітря та води). ПВП може трохи покращити цю проблему за рахунок «фізичного адсорбування» та «дисперсії частинок». Конкретний механізм наступний:

• Полярні групи (наприклад, амідні) у ланцюзі молекули ПВП адсорбуються на поверхні ґрунтових частинок (наприклад, глинистих і пилуватих) через водневі зв'язки та сили ван-дер-Ваальса, утворюючи «полімерну захисну плівку» на зовнішній поверхні частинок. Ця плівка
  зменшує пряме зчеплення між ґрунтовими частинками (запобігаючи злипанню глинистих частинок через електростатичні ефекти), а також підвищує міжчастинкову лубрикацію, зменшуючи ймовірність ущільнення після навантаження.
  Наприклад , у глинистих ґрунтах, схильних до ущільнення, обробка ПВП низької концентрації (0,1%-0,5% від сухої ваги ґрунту) може збільшити дисперсію ґрунтових частинок на 10%-15% та зменшити твердість поверхні приблизно на 20% після поливу (за наявності відповідного розпушування ґрунту).
• полімер
  ланцюги діють як «містки», обережно з'єднуючи розсіяні частинки ґрунту (наприклад, пісок і пилу) в агрегати розміром у мікрони (замість щільно упакованих великих грудочок). Ці мікроагрегати створюють дрібні пори, які утримують воду (зменшуючи ущільнення через випаровування), одночасно дозволяючи проникненню повітря, запобігаючи утворенню герметичного ущільненого ґрунту.
  Примітка : Мікроагрегатна структура, утворена ПВП є менш стабільною і не може замінити «водостійкі агрегати» (довготривалий опір ерозії та ущільненню), утворені органічними добривами та гуміновою кислотою. Вона може лише тимчасово полегшити ущільнення й потребує регулярного поповнення або поєднання з іншими добавками.
• Зменшити поверхневе ущільнення, спричинене випаровуванням води
  PVP має певну здатність утримувати воду (він може вбирати воду в кілька разів більшу за власну вагу, утворюючи гідрогель), що дозволяє прилипати до поверхні ґрунту та уповільнювати швидке випаровування води. Поверхня ґрунту схильна до «висихання та тріщин» через раптову втрату вологи (наприклад, оголений ґрунт у засушливих районах). Здатність PVP утримувати вологу може зменшити цей ризик і зберігати розпушений стан верхнього шару ґрунту.

2. Інші допоміжні функції PVP у ґрунті (не основні, не пов’язані з запобіганням ущільненню)

Окрім допомоги у запобіганні ущільненню ґрунту, PVP завдяки своїм властивостям може відігравати такі ролі в ґрунті, але це переважно «допоміжні застосування», а не обов’язкові потреби:

• Зволожувач ґрунту (короткострокове, маломасштабне застосування):
  PVP вбирає воду, утворюючи гідрогель, який повільно виділяє вологу, збільшуючи вміст вологи в ґрунті. Це особливо підходить для сіянців, кімнатних рослин або невеликих ділянок ґрунту в засушливих регіонах (наприклад, для субстратів для сукulentів і розсади овочів). Наприклад, додавання 0,2%–0,5% ПВП до субстрату для розсади може збільшити його водотривну здатність на 15%–25%, зменшуючи частоту поливу та запобігаючи ущільненню субстрату через надмірний полив.
  Обмеження : Здатність ПВП утримувати воду є слабшою порівняно з спеціалізованими агентами для утримання вологи в ґрунті (такими як поліакриламід (PAM) та гумінові кислоти), а його вища вартість робить його непридатним для масштабного застосування на сільськогосподарських полях.
• Як повільно діючий носій для добрив і пестицидів (збільшення використання)
  , PVP може імобілізувати водорозчинні добрива (такі як азотні та калійні добрива) або слаботоксичні пестициди в ґрунті шляхом «енкапсуляції» або «адсорбції», уповільнюючи їх вимивання та втрати (запобігаючи просочуванню у глибші шари ґрунту разом із дощовою водою), забезпечуючи «поступове виділення». Наприклад, коли PVP змішується з сечовиною та вноситься в ґрунт, період виділення сечовини може бути подовжений з одного-двох тижнів до трьох-чотирьох тижнів, що зменшує втрати поживних речовин і запобігає засоленню ґрунту через концентроване виділення добрив (що також непрямо може посилювати ущільнення ґрунту).
• Адсорбція іонів важких металів (допоміжне відновлення слабозабруднених ґрунтів): пірролідонове кільце в ланцюзі молекули PVP може адсорбувати іони важких металів (такі як
  Pb²⁺, Cu²⁺ та Cd²⁺) у ґрунті шляхом координації, зменшуючи їх біодоступність (знижуючи накопичення в культурах). Це робить його придатним для сільськогосподарських угідь або ґрунтів у горщиках із незначним забрудненням важкими металами наприклад, додавання 0,5%–1% PVP до ґрунту, забрудненого іонами Pb²⁺, може знизити накопичення важких металів у врожаї на 20%–30%. Однак це не повністю видаляє важкі метали, тому потрібні додаткові методи очищення (наприклад, вимивання та фітомеліорація).

3. Основні аспекти (обмеження) використання PVP для поліпшення ґрунту

PVP не є спеціальним матеріалом, розробленим для поліпшення ґрунту. У практичному застосуванні він має очевидні обмеження, тому не варто надмірно на ньому залежати:

• Менш ефективний порівняно з традиційними добавками та дорожчий, PVP
  основні підходи до запобігання ущільненню ґрунту включають додавання органічної речовини (наприклад, компосту та повернення соломи в поле), внесення гумінових кислот/біовугілля (для підвищення стабільності агрегатів), або оптимізацію систем обробітку ґрунту (щоб уникнути надмірного ущільнення). Протиущільнювальний ефект ПВП є лише короткостроковим доповненням, а його ціна за одиницю значно вища, ніж у органічних добрив (приблизно в 5–10 разів вища, ніж у органічних добрив). Це робить його економічно невигідним для масштабного використання на великих сільськогосподарських угіддях, тому краще підходить для менших, більш цільових застосувань (наприклад, вирощування розсади та кімнатні рослини).
• Надмірне використання може вплинути на проникність ґрунту.
  Якщо концентрація ПВП занадто висока (наприклад, понад 1 % від сухої ваги ґрунту), ланцюги полімеру можуть утворити надмірно зшитий гелевий шар між частинками ґрунту, що, у свою чергу, блокує пори ґрунту і призводить до зниження проникності (подібно до «гіпоксії та ущільнення ґрунту»), особливо в глинистих ґрунтах. Ризик вищий.
• Здатність до екологічного розкладання обмежена, тому дозування потрібно контролювати.
  Швидкість деградації ПВП у природному ґрунті повільна (повне розкладання триває від кількох місяців до кількох років залежно від активності мікроорганізмів). Тривале надмірне використання може призводити до накопичення високомолекулярних полімерів у ґрунті. Хоча він не має чіткої токсичності, може впливати на активність ґрунтових мікроорганізмів (наприклад, пригнічувати деякі бактерії, що розкладають органічну речовину). Необхідно дотримуватися принципу «низька концентрація, короткотривале використання» (одноразова доза не повинна перевищувати 0,5% сухої ваги ґрунту).
• Не підходить для всіх типів ґрунтів
  • Піщаний ґрунт (добре проникнення повітря, але погане утримання води): зволожувальна та дисперсійна дія ПВП може трохи покращити утримання родючості ґрунтом, але мало впливає на запобігання ущільненню (піщаний ґрунт сам по собі важко ущільнюється);
  • Солончакові ґрунти (високий вміст солей, високе значення pH): адсорбцію ПВП можуть ускладнювати іони солей, що значно зменшує ефект, і не може вирішити проблему засолення ґрунтів (потрібні спеціальні добавки, такі як гіпс або десульфурований гіпс).

Підсумувати

ПВП може відігравати роль у запобіганні ущільненню ґрунту, короткостроковому утриманні вологи та повільному виділенні поживних речовин , але слід чітко зазначити:

• Його ефект щодо ущільнення ґрунту є «допоміжним і короткостроковим», набагато гіршим, ніж у традиційних добавок, таких як органічні добрива та гумінова кислота, і не підходить як основний матеріал для запобігання ущільненню ґрунту;
• Більш придатний для дрібномасштабних і делікатних застосувань (наприклад, субстратів для розсади та ґрунтів для квіткових горщиків), а не для великих сільськогосподарських угідь;
• Під час використання необхідно суворо контролювати концентрацію (0,1–0,5%), щоб уникнути надмірного застосування, яке може призвести до зниження повітропроникності або накопичення у навколишньому середовищі.

Якщо потрібне довгострокове та ефективне запобігання ущільненню ґрунту, ключовим залишається досягнення цього шляхом «збільшення внесення органічних речовин + раціональне землеробство + наукове зрошення». PVP може використовуватися лише як додатковий засіб у спеціальних сценаріях.