Những loại đất nào không phù hợp để sử dụng PVP?

Sự phù hợp của PVP (polyvinylpyrrolidone) trong đất phụ thuộc rất nhiều vào chất của đất. các đặc tính vật lý và hóa học (như thành phần hạt, pH, độ mặn và hàm lượng chất hữu cơ) và các vấn đề cốt lõi (như nén, giữ nước và nhu cầu khắc phục ô nhiễm). Các loại đất sau đây thường không phù hợp với việc sử dụng PVP hoặc yêu cầu hạn chế nghiêm ngặt về việc sử dụng nó do "sự không thể giải quyết các vấn đề cốt lõi của PVP", "khả năng gây ra các tác động tiêu cực", hoặc "nền kinh tế cực kỳ kém":

1. Đất muối-kiềm (pH> 8,5, EC> 4 ms / cm): PVP không hiệu quả và có thể làm trầm trọng thêm tổn thương muối

Vấn đề cốt lõi của đất muối-kiềm là ion muối cao (chẳng hạn như Na +) và Cl− ) và giá trị pH cao , dẫn đến hiện tượng phân tán keo đất, khả năng thấm nước kém và rễ cây trồng khó hấp thụ nước. PVP không chỉ không hiệu quả trong các loại đất này mà còn có thể gây ra những tác động tiêu cực vì những lý do sau:

• Môi trường nhiều muối phá hủy chức năng hấp phụ và giữ nước của PVP.
  Lượng lớn các cation như Na⁺ và Ca²⁺ trong đất mặn kiềm sẽ cạnh tranh với các nhóm cực (nhóm amide) trên chuỗi phân tử PVP để chiếm các vị trí liên kết, làm suy giảm khả năng hấp phụ hạt đất của PVP. Lớp "màng bảo vệ polymer" vốn có thể hình thành sẽ không bám chắc được, khiến hiệu quả chống đóng cục hoàn toàn mất tác dụng. Đồng thời, hàm lượng muối cao sẽ phá vỡ cấu trúc ba chiều của hydrogel PVP, làm giảm khả năng giữ nước hơn 50% (không thể giữ ẩm và thậm chí có thể thúc đẩy bay hơi ẩm nhanh hơn).
• Giá trị pH cao ức chế khả năng hấp phụ kim loại nặng của PVP (nếu cần cải tạo).
  Nếu đất phèn mặn còn bị ô nhiễm kim loại nặng, khả năng hấp phụ Pb²⁺ và Cd²⁺ của PVP phụ thuộc vào "liên kết phối trí", và giá trị pH cao (>8,5) sẽ làm giảm proton hóa nhóm amide của PVP, làm giảm đáng kể khả năng tạo phức, thậm chí gây ra hiện tượng giải hấp các ion kim loại nặng đã bị hấp phụ, từ đó làm tăng nguy cơ cây trồng hấp thụ.
• không giải quyết được vấn đề cốt lõi của đất phèn mặn và có thể làm trầm trọng thêm tình trạng hại muối
  . Nó không có khả năng giảm nồng độ muối hay điều chỉnh độ pH. Các biện pháp chính để cải tạo đất phèn mặn bao gồm rửa và thoát muối, bón thạch cao/thạch cao khử lưu huỳnh để giảm độ kiềm, và tăng cường bón phân hữu cơ nhằm cải thiện cấu trúc keo đất. Việc sử dụng PVP không chỉ tốn kém mà các chuỗi polymer còn lại trong đất cũng có thể kết hợp với các ion natri trong đất, tạo thành các phức hợp muối-polyme làm tắc các lỗ rỗng trong đất và làm suy giảm thêm tính thấm nước.

2. Đất sét nặng (hàm lượng sét > 40%): dễ bị "thiếu oxy và nén chặt", hiệu quả kém hơn nhiều so với các chất cải tạo truyền thống

Vấn đề cốt lõi của đất sét nặng là hạt mịn, lỗ rỗng nhỏ, khả năng thấm khí kém, dễ tích nước và nén chặt . Việc cải tạo cần tập trung vào "tăng cường độ ổn định của cấu trúc cụm keo" (ví dụ như tăng bón phân hữu cơ và than sinh học) thay vì dùng PVP có tác dụng phân tán ngắn hạn. Các lý do khiến đất sét nặng không phù hợp với PVP như sau:

• Lượng PVP quá cao dễ làm tắc nghẽn lỗ rỗng và làm trầm trọng thêm
  các lỗ nhỏ hẹp của đất sét nặng thiếu oxy. Nếu sử dụng PVP (đặc biệt ở nồng độ > 0,2%), các chuỗi polymer của nó sẽ tạo thành một "lớp gel quá liên kết chéo" giữa các hạt đất, làm tắc hoàn toàn các lỗ mao dẫn và lỗ thông khí. Sau khi tưới nước, nước không thể thấm xuống và rễ cây không thể hô hấp, thay vào đó dẫn đến hiện tượng "nén chặt yếm khí" (rễ cây bị thối và lá chuyển sang màu vàng), tình trạng này nghiêm trọng hơn cả vấn đề của đất sét nặng chưa xử lý.
• PVP không thể tạo thành các cụm bền vững, và hiệu quả chống nén chặt của nó chỉ tồn tại trong thời gian ngắn.
  Lý do cơ bản khiến đất sét nặng bị nén chặt là do thiếu chất hữu cơ, làm cho các keo đất không thể hình thành các cụm bền vững trong nước. Mặc dù PVP có thể phân tán các hạt trong thời gian ngắn, nhưng các "cụm vi mô" tạo thành chỉ là cấu trúc vật lý tạm thời (dễ tan rã khi gặp mưa lớn hoặc tưới nước) và không thể thay thế các "cụm bền vững dài hạn" được hình thành bởi phân bón hữu cơ. Sau một đến hai tuần sử dụng, đất sẽ lại bị nén chặt, đồng thời cặn PVP có thể làm tăng độ cứng của đất.
• Hiệu quả kinh tế rất kém. Các chất cải tạo truyền thống hiệu quả hơn nhiều.
  Đất sét nặng cần lượng lớn chất cải tạo mới đạt hiệu quả. Nếu dùng PVP (giá 20-30 nhân dân tệ/kg), liều lượng cần 300-500 kg mỗi mẫu (nồng độ 0,2%), chi phí vượt quá 6.000 nhân dân tệ, cao hơn nhiều so với phân hữu cơ (50-100 nhân dân tệ/mẫu) hoặc than sinh học (200-300 nhân dân tệ/mẫu), trong khi hiệu quả lại kém hơn, do đó hoàn toàn không khả thi.

3. Đất cát (hàm lượng cát > 80%): PVP dễ bị mất đi, hiệu quả ngắn hạn và chi phí cao.

Vấn đề cốt lõi với đất cát là khả năng giữ nước và dinh dưỡng kém, hạt thô và khả năng hấp phụ yếu , nhưng đất không dễ bị nén chặt (khe hở lớn giữa các hạt). Mặc dù PVP có thể giữ nước trong đất cát trong thời gian ngắn, nhưng nhìn chung không phù hợp để sử dụng do đặc điểm "dễ bị mất, cần bón lại thường xuyên và hiệu quả kinh tế thấp":

• PVP có khả năng hấp phụ yếu và dễ bị rửa trôi theo mưa/tưới nước.
  Các hạt đất cát thô (diện tích bề mặt riêng nhỏ) và có lực liên kết yếu với các phân tử PVP (chủ yếu dựa vào liên kết hydro yếu). Khi tưới nước hoặc mưa, PVP dễ dàng thẩm thấu sâu xuống đất cùng với nước (vượt quá phạm vi hấp thụ của rễ cây trồng), khiến nồng độ PVP trong lớp đất mặt giảm nhanh chóng - hiệu quả giữ nước chỉ kéo dài từ 2 đến 3 ngày, và cần phải bón lặp lại mỗi 3 đến 5 ngày, gây bất tiện.
• Yêu cầu chống nén chặt thấp, chức năng của PVP là dư thừa.
  Đất cát có các lỗ rỗng giữa các hạt lớn, khiến việc "nén chặt dày đặc" gần như không thể xảy ra (chỉ có thể xuất hiện các vết nứt nhỏ do khô hạn bề mặt, không cần dùng đến PVP). Chức năng chính của PVP (chống nén chặt) hoàn toàn dư thừa trên đất cát, và chức năng giữ nước hạn chế của nó có thể đạt được bằng các phương pháp chi phí thấp như phủ rơm rạ hoặc bón axit humic, mà không cần phụ thuộc vào PVP.
• Sử dụng lâu dài có thể dẫn đến hiện tượng đóng gel trên bề mặt
  . Việc sử dụng thường xuyên PVP trên đất cát có thể khiến PVP không bị mất đi tích tụ trên bề mặt, tạo thành một "lớp gel mỏng" - mặc dù lớp này có khả năng giữ nước, nhưng sẽ cản trở sự xâm nhập của không khí vào đất, gây thiếu oxy cho rễ ở bề mặt (ví dụ như hiện tượng chuyển màu đen ở các rễ sợi bề mặt của lúa mì và ngô), từ đó ảnh hưởng đến sinh trưởng cây trồng.

4. Đất có hàm lượng chất hữu cơ cực thấp (hàm lượng chất hữu cơ <0,5%): PVP không thể phát huy tác dụng và có thể ảnh hưởng đến vi sinh vật

Vấn đề cốt lõi của những loại đất có hàm lượng chất hữu cơ cực thấp (ví dụ như đất cát nghèo nàn, đất trơ trụi bị xói mòn lâu dài) là thiếu keo đất, hoạt động vi sinh vật yếu và cấu trúc đất rời rạc (hoặc đất bị nén chặt không có nền tảng để cải thiện) . PVP không hiệu quả trong những loại đất như vậy vì những lý do sau:

• Không có chất hữu cơ hỗ trợ, PVP không thể hình thành các vi đám kết tụ.
  PVP cần dựa vào các keo đất (như mùn) làm "điểm neo" để tạo thành "các vi tụ", nhưng đất thiếu chất hữu cơ thì gần như không có keo - các chuỗi phân tử PVP không thể kết hợp ổn định với các hạt đất, dẫn đến dễ bị rửa trôi theo nước hoặc phân tán lộn xộn trong đất, không thể ngăn chặn sự nén chặt hay giữ nước.
• Ức chế vi sinh vật còn sót lại và làm trầm trọng thêm tình trạng suy thoái đất.
  Số lượng vi sinh vật trong đất thiếu chất hữu cơ vốn đã rất ít (khả năng phân giải yếu), và các chuỗi phân tử cao phân tử của PVP có thể bám vào bề mặt vi sinh vật, ức chế hoạt động trao đổi chất của chúng (ví dụ như phân giải một lượng nhỏ chất hữu cơ và cố định đạm), từ đó làm giảm thêm độ phì nhiêu của đất, hình thành vòng luẩn quẩn "càng dùng càng nghèo".
• Cốt lõi của việc cải tạo đất là bổ sung chất hữu cơ. PVP không thể thay thế hoàn toàn
  loại đất này. Cách duy nhất để cải tạo loại đất này là "bổ sung lượng lớn chất hữu cơ" (như ủ phân compost, trả rơm rạ về ruộng và trồng cây họ đậu làm phân xanh). Khi hàm lượng chất hữu cơ tăng lên trên 1%, có thể cân nhắc các biện pháp cải tạo bổ sung. Việc sử dụng PVP không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn làm chậm quá trình cải tạo cốt lõi.

5. Đất bị ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng (nồng độ kim loại nặng > 200 mg/kg): khả năng hấp phụ của PVP không đủ, dễ dẫn đến các vấn đề thứ cấp

PVP chỉ có thể hỗ trợ trong việc phục hồi đất bị ô nhiễm kim loại nặng ở mức nhẹ (nồng độ <100 mg/kg) và hoàn toàn không phù hợp với đất bị ô nhiễm nặng (ví dụ như đất quanh khu vực khai thác mỏ, có nồng độ Pb/Cd > 200 mg/kg) vì những lý do sau:

• Khả năng hấp phụ có hạn và không thể giảm hoạt tính của kim loại nặng.
  Sự hấp thụ của PVP của kim loại nặng phụ thuộc vào vòng pyrrolidone trên chuỗi phân tử. Khả năng hấp thụ của một gram PVP duy nhất chỉ là 0,5 ~ 2 mg (tùy thuộc vào loại trái cây và rau quả). Đất bị ô nhiễm nặng đòi hỏi nồng độ PVP cực cao (> 1%) để hấp thụ một số kim loại nặng - nhưng nồng độ PVP cao sẽ tắc nghẽn các lỗ chân lông đất, dẫn đến hypoxia, làm trầm trọng thêm thiệt hại cho cây trồng.
• Không thể loại bỏ hoàn toàn kim loại nặng, và chỉ có thể "đặt lại tạm thời" chúng.
  PVP hấp thụ kim loại nặng là "được đảo ngược" (nó sẽ khử hấp thụ trong môi trường axit hoặc nồng độ cao của các cation khác). Nếu pH của đất trong đất bị ô nhiễm nặng sau đó giảm (như mưa axit), các kim loại nặng hấp thụ sẽ được giải phóng lại, gây ô nhiễm thứ cấp. Vấn đề không thể được giải quyết về cơ bản (cần các công nghệ chuyên nghiệp như "lột" và "phytoremediation").

Tóm tắt: Đặc điểm chính của đất không phù hợp với PVP

Chìa khóa để xác định liệu một loại đất có phù hợp với PVP hay không là xem PVP có thể giải quyết các vấn đề cốt lõi của đất mà không gây ra tác dụng phụ tiêu cực hay không . Các loại đất sau đây đáp ứng các đặc điểm cốt lõi của việc "không phù hợp":

• Các vấn đề cốt lõi không thể được giải quyết bằng PVP (ví dụ như "giảm muối và điều chỉnh độ pH" trong đất mặn-kiềm, "ổn định cụm kết" trong đất sét nặng, và "bổ sung phân bón" cho đất thiếu chất hữu cơ);
• Các vấn đề mới có thể dễ dàng phát sinh do đặc điểm của PVP (ví dụ như "thiếu oxy" trong đất sét nặng, "rửa trôi và lãng phí" trong đất cát, và "giải phóng thứ cấp" trong đất bị ô nhiễm nặng);
• Hiệu quả kinh tế cực kỳ thấp (ví dụ, đất sét nặng và đất cát cần lượng lớn PVP, chi phí này cao hơn nhiều so với các chất cải tạo truyền thống).

Lý do cốt lõi của việc cải tạo đất là "áp dụng các biện pháp phù hợp để giải quyết các vấn đề nền tảng" (ví dụ như tháo mặn đối với đất mặn kiềm và bổ sung phân hữu cơ cho đất sét nặng). PVP chỉ là một "biện pháp hỗ trợ trong những tình huống đặc biệt" và không thể thay thế các biện pháp cải tạo truyền thống, chứ chưa nói đến việc sử dụng cho các loại đất không phù hợp đã nêu ở trên.