Які типи ґрунту не придатні для використання PVP?

Доцільність використання ПВП (полівінілпірролідону) у ґрунті значною мірою залежить від фізичних і хімічних властивостей ґрунту (таких як склад частинок, pH, сольовість та вміст органічної речовини) і основних проблем (таких як ущільнення, здатність утримувати воду та потреба у видаленні забруднень). Наступні типи ґрунтів, як правило, не придатні для використання ПВП або вимагають суворих обмежень щодо його застосування через «неможливість ПВП вирішити основні проблеми», «схильність до негативного впливу» або «крайню економічну невигідність»:

1. Солонокислий ґрунт (pH＞8,5, EC＞4 мС/см): ПВП неефективний і може посилювати солеве ураження

Основна проблема солонокислого ґрунту — високий вміст солей (наприклад, Na⁺ та Cl⁻ ) та та високе значення pH , що призводить до дисперсії ґрунтових колоїдів, поганої проникності та ускладнює засвоєння вологи коренями рослин. PVP не лише неефективний у таких ґрунтах, але й може мати негативний вплив з таких причин:

• Середовище з високим вмістом солей руйнує адсорбційну та водотримну функцію ПВП.
  Велика кількість катіонів, таких як Na⁺ і Ca²⁺, у солоному ґрунті конкуруватиме з полярними групами (амідними групами) ланцюга молекули ПВП за місця зв'язування, послаблюючи здатність ПВП адсорбувати частинки ґрунту. Утворений «полімерний захисний плівковий шар» не зможе стійко закріпитися, і протизатримуючий ефект буде цілком неефективним. У той же час високий вміст солей руйнує тривимірну структуру гелю ПВП, внаслідок чого його здатність утримувати вологу знижується більш ніж на 50% (не здатний утримувати вологу і може прискорювати її випаровування).
• Високе значення pH пригнічує адсорбцію важких металів ПВП (якщо потрібне відновлення).
  Якщо солоне-лужний ґрунт також забруднений важкими металами, адсорбція Pb²⁺ і Cd²⁺ полівінілпіролідоном (PVP) залежить від «зв'язування координаційними зв'язками», а високе значення pH (>8,5) послаблює протонування амідної групи PVP, значно знижує координаційну здатність і навіть може призводити до десорбції адсорбованих іонів важких металів, що, у свою чергу, підвищує ризик накопичення їх у культурах.
• не вирішує основної проблеми солоного-лужного ґрунту і може посилювати солеве ураження
  . Він не має здатності знижувати рівень солей або регулювати pH. Основними методами покращення солоних-лужних ґрунтів є вимивання та відведення солей, внесення гіпсу/десульфурального гіпсу для зниження лужності, а також збільшення застосування органічних добрив для поліпшення колоїдної структури. Використання PVP не лише економічно невигідне, але його залишкові полімерні ланцюги можуть також сполучатися з іонами натрію в ґрунті, утворюючи сольово-полімерні комплекси, які закупорюють ґрунтові пори і ще більше погіршують проникність.

2. Важка глина (вміст глини > 40%): схильна до «аноксії та ущільнення», ефект набагато гірший, ніж від традиційних покращувачів

Основна проблема важкої глини полягає в дрібних частинках, малих порах, поганій проникності повітря, схильності до затримки води та ущільнення . Покращення вимагає «підвищення стабільності агрегатної структури» (наприклад, збільшення застосування органічних добрив і біовугілля), а не короткочасної розпорошувальної дії PVP. Причини, чому важка глина не підходить для використання PVP, такі:

• Надмірне використання PVP може легко забивати пори та загострювати
  вузькі пори киснево-дефіцитної важкої глини. Якщо використовується PVP (особливо при концентрації > 0,2%), його полімерні ланцюги утворять «занадто зшитий гелевий шар» між частинками ґрунту, повністю блокуючи капілярні та повітряні пори. Після поливу вода не може проникати, а корені — дихати, що навпаки призводить до «анаеробного заповітрювання» (гниття коренів рослин і пожовтіння листя), що є серйознішим, ніж проблема невпорядкованої важкої глини.
• PVP не спроможний утворювати стабільні агрегати, а його протизаповітрювальний ефект є короткочасним.
  Основна причина ущільнення важкого глинистого ґрунту — це нестача органічної речовини, що перешкоджає утворенню водостійких агрегатів із ґрунтових колоїдів. Хоча ПВП може на короткий час розсіяти частинки, отримані «мікроагрегати» є тимчасовими фізичними структурами (розпадаються під час сильних дощів або поливу) і не можуть замінити «довготривалі стабільні агрегати», які утворюються завдяки органічним добривам. Через один-два тижні після застосування ґрунт знову ущільниться, а залишки ПВП можуть збільшити його твердість.
• Економічна ефективність дуже низька. Традиційні покращувачі працюють ефективніше.
  Для ефективного впливу на важкий глинистий ґрунт потрібна велика кількість покращувачів. Якщо використовувати ПВП (вартість 20–30 юанів/кг), норма внесення на му становить 300–500 кг (концентрація 0,2%), а вартість перевищує 6000 юанів, що значно більше, ніж вартість органічних добрив (50–100 юанів/му) або біовугілля (200–300 юанів/му), при цьому ефект гірший, тому такий підхід абсолютно непрактичний.

3. Піщані ґрунти (вміст піску > 80%): PVP легко втрачається, ефект короткочасний, а вартість висока.

Основна проблема піщаних ґрунтів полягає в їхній поганій здатності утримувати воду та добрива, крупних частинках і слабкій адсорбційній здатності , проте вони не схильні до ущільнення (великі пори між частинками). Хоча PVP може утримувати вологу в піщаних ґрунтах протягом короткого періоду часу, його загалом не рекомендовано використовувати через «легку втрату, необхідність частого застосування та погану економічну ефективність»:

• PVP має слабку адсорбційну здатність і легко втрачається під час дощу/зрошення.
  Частинки піщаного ґрунту є крупними (мала питома поверхня) і мають слабку зв'язуючу силу з молекулами ПВП (головним чином за рахунок слабких водневих зв'язків). Під час поливу або дощу ПВП легко проникає у глибші шари ґрунту разом з водою (поза межі зони кореневого живлення рослин), через що концентрація ПВП у верхньому шарі ґрунту швидко знижується — ефект утримання вологи триває лише 2–3 дні, і потрібно повторювати обробку кожні 3–5 днів, що є незручним.
• Низькі вимоги до запобігання ущільненню, функціональність ПВП є надлишковою.
  У піщаних ґрунтах великі пори між частинками, що практично унеможливлює «щільне ущільнення» (можуть виникати лише незначні тріщини через підсихання поверхні, без необхідності застосування ПВП). Основна функція ПВП (запобігання ущільненню) є цілком надлишковою для піщаних ґрунтів, а його обмежена здатність утримувати вологу може бути досягнута за допомогою недорогих методів, таких як мульчування соломою або внесення гумінових кислот, без використання ПВП.
• Тривале використання може призводити до желювання поверхні
  часте застосування ПВП у піщаних ґрунтах може призвести до накопичення на поверхні не втраченого ПВП, утворюючи "тонкий гелевий шар" — хоча цей шар і здатний утримувати вологу, він перешкоджає проникненню повітря в ґрунт, спричиняючи гіпоксію коренів біля поверхні (наприклад, потемніння поверхневих волокнистих коренів пшениці та кукурудзи), що, у свою чергу, впливає на ріст сільськогосподарських культур.

4. Ґрунти з дуже низьким вмістом органічної речовини (вміст органічної речовини <0,5%): ПВП не може функціонувати та може впливати на мікроорганізми

Основна проблема ґрунтів з дуже низьким вмістом органічної речовини (наприклад, малородючих, продутіх вітром піщаних ґрунтів та оголених ґрунтів, які довго еродували) полягає в недостатності ґрунтових колоїдів, низькій мікробній активності та розпушеної структурі (або ущільнених ґрунтах, які не мають основи для поліпшення) . ПВП є неефективним у таких ґрунтах з таких причин:

• Без підтримки органічної речовини ПВП не може утворювати мікроагрегати.
  PVP має спиратися на ґрунтові колоїди (наприклад, гумус) як «точки закріплення» для утворення «мікроагрегатів», але ґрунт, бідний на органічні речовини, майже не має колоїдів — ланцюги молекул PVP не можуть стабільно зв'язуватися з ґрунтовими частинками, і вони або вимиваються водою, або хаотично розсіюються в ґрунті, не здатні запобігти запиленню чи утримувати вологу.
• Пригнічує залишкові мікроорганізми та загострює обезбагачення ґрунту.
  Кількість мікроорганізмів у ґрунті, бідному на органічні речовини, і так уже дуже мала (слабка здатність до розкладання), а високомолекулярні ланцюги PVP можуть прикріплюватися до поверхні мікроорганізмів, пригнічуючи їх метаболічну активність (наприклад, розкладання малих кількостей органіки та фіксацію азоту), ще більше знижуючи родючість ґрунту й утворюючи порочне коло: «чим більше використовуєш — тим гіршим стає ґрунт».
• Основа покращення ґрунту — це поповнення органічних речовин. PVP не може повністю замінити їх.
  цей тип ґрунту. Єдиний спосіб покращити цей тип ґрунту — це «додавання великої кількості органічної речовини» (наприклад, компостування, повернення соломи в поле та посадка сидератів). Як тільки вміст органічної речовини зросте понад 1%, можна розглядати додаткові заходи щодо покращення. Використання PVP не лише економічно вигідне, але й затримує основний процес відновлення.

5. Сильно забруднені важкими металами ґрунти (концентрація важких металів > 200 мг/кг): адсорбційна здатність PVP недостатня, що може легко призвести до вторинних проблем

PVP може лише допомагати у відновленні легко забруднених важкими металами ґрунтів (концентрація <100 мг/кг) і абсолютно не підходить для сильно забруднених ґрунтів (наприклад, ґрунтів навколо гірничодобувних районів із концентрацією Pb/Cd >200 мг/кг) з таких причин:

• Адсорбційна здатність обмежена і не може знизити активність важких металів.
  Адсорбція важких металів PVP залежить від пірролідонового кільця в молекулярному ланцюзі. Адсорбційна здатність одного грама PVP становить лише 0,5–2 мг (залежно від виду фруктів і овочів). Для сильно забруднених ґрунтів потрібні надзвичайно високі концентрації PVP (>1%), щоб адсорбувати деякі важкі метали, але високі концентрації PVP можуть забивати пори ґрунту, що призведе до гіпоксії та посилення ушкодження культур.
• Повністю видалити важкі метали неможливо, можна лише «тимчасово зафіксувати» їх.
  Адсорбція важких металів PVP є «оборотною» (вона може десорбуватися в кислому середовищі або за наявності високих концентрацій інших катіонів). Якщо pH сильно забрудненого ґрунту згодом знизиться (наприклад, через кислотних дощів), адсорбовані важкі метали знову виділяться, що призведе до вторинного забруднення. Проблему не можна вирішити кардинально (потрібні професійні технології, такі як «вимивання» та «фіторемедіація»).

Підсумок: основні характеристики ґрунтів, які не придатні для використання PVP

Ключ до визначення придатності ґрунту для PVP полягає в тому, чи PVP може усунути основні проблеми ґрунту, не спричиняючи негативних побічних ефектів . Наступні ґрунти відповідають основним характеристикам «непридатності»:

• Основні проблеми неможливо вирішити за допомогою PVP (наприклад, «зниження солоності та регулювання рН» у солоних ґрунтах, «стабілізація агрегатів» у важких глинистих ґрунтах та «внесення добрив» у ґрунти, що бідні органічною речовиною);
• Через особливості PVP легко можуть виникнути нові проблеми (наприклад, «гіпоксія» у важких глинистих ґрунтах, «втрата та розкрадання» у піщаних ґрунтах та «вторинне виділення» у сильно забруднених ґрунтах);
• Економічна ефективність надзвичайно низька (наприклад, важкі глинисті та піщані ґрунти потребують великої кількості PVP, вартість якого значно перевищує вартість традиційних меліорантів).

Основна логіка поліпшення ґрунту полягає в тому, щоб «застосовувати цільові заходи для вирішення фундаментальних проблем» (наприклад, зниження солоністі у солонцюватих ґрунтах та додавання органічних добрив у важких глинистих ґрунтах). PVP є лише «допоміжним засобом у спеціальних випадках» і не може замінити традиційні заходи поліпшення, не кажучи вже про його використання у непридатних типах ґрунтів, зазначених вище.