وبحسب إحصائيات منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة عام 2017، بلغ الإنتاج العالمي من الغذاء 2.627 مليار طن، منها 618 مليون طن أنتجت في الصين، وهو ما يمثل 23.5% من إجمالي إنتاج الغذاء العالمي خلال نفس الفترة. . ومن أجل الحفاظ على مثل هذه الإنتاجية العالية، يتطلب الإنتاج الزراعي في الصين استهلاك كمية كبيرة من الأراضي الزراعية وموارد المياه العذبة كل عام. ومع ذلك، فإن ندرة الموارد المذكورة أعلاه في الصين واضحة للغاية. ووفقا للإحصاءات، فإن نصيب الفرد من مساحة الأراضي الصالحة للزراعة أقل من 0.1 هكتار مربع، وهو ما يعادل ثلث نصيب الفرد في العالم وأقل من سبع نصيب الفرد في الولايات المتحدة؛ يبلغ نصيب الفرد من موارد المياه العذبة في الصين أقل من 2200 متر مكعب، أي ربع المتوسط ​​العالمي فقط، مما يجعلها واحدة من الدول التي لديها أفقر موارد المياه للفرد في العالم. لذلك، يجب استخدام كمية كبيرة من الأسمدة الكيماوية في الإنتاج الزراعي في الصين لضمان العائد الإجمالي.

ومع ذلك، في الإنتاج الزراعي في الصين، فإن معدل استخدام الأسمدة ليس مرضيا. وبأخذ الأسمدة النيتروجينية على سبيل المثال، في عام 2017، بلغ إجمالي كمية الأسمدة النيتروجينية المستخدمة في الصين 22.06 مليون طن، وهو ما يمثل 35٪ من الإجمالي العالمي. ومع ذلك، كان معدل الاستخدام الشامل للأسمدة النيتروجينية في الصين أقل من 35% في ذلك العام، مما تسبب في إهدار كبير. لذلك، بدأ العاملون في مجال العلوم والتكنولوجيا الزراعية في الصين تدريجيًا في دراسة الأسمدة المتطورة القابلة للذوبان في الماء للتكيف مع عملية تكامل الأسمدة المائية [1-2]. ووفقا للبحث الذي أجراه المركز الوطني لتعزيز التكنولوجيا الزراعية، يوجد حاليا أكثر من 30 مليون هكتار من الأراضي الصالحة للزراعة المناسبة لدمج المياه والأسمدة في الصين، في حين أن نسبة الطلب الحالية في البلاد تبلغ 3.2% فقط. ولذلك، فإن إمكانات تطوير الأسمدة القابلة للذوبان في الماء في الصين ضخمة جدًا وهي محور تركيز رئيسي لتطوير الأسمدة في المستقبل.

السماد القابل للذوبان في الماء هو سماد مركب متعدد العناصر وسريع المفعول وقابل للذوبان في الماء تمامًا. يتميز بخصائص الذوبان الجيد في الماء، وعدم وجود بقايا، ويمكن امتصاصه واستخدامه مباشرة بواسطة جذور وأوراق المحاصيل. باعتبارها عنصرًا مهمًا في تكامل الأسمدة المائية، تتمتع الأسمدة القابلة للذوبان في الماء بمزايا واضحة. أولاً، يمكن أن يحسن بشكل كبير معدل استخدام الأسمدة. وبحسب الإحصائيات، يبلغ معدل استخدام الأسمدة التقليدية في الصين حوالي 30%، في حين يتراوح معدل استخدام الأسمدة القابلة للذوبان في الماء بين 70% و80%. ويمكنه أيضًا تقليل الكمية الإجمالية للإخصاب، مما يلبي المتطلبات الأساسية لدورة الكربون الوطنية المزدوجة؛ ثانيا، تحتوي الأسمدة القابلة للذوبان في الماء على نسبة عالية من العناصر الغذائية والتغذية الشاملة، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير إنتاجية المحاصيل وجودتها، مما يجعلها واحدة من اتجاهات التنمية الرئيسية لصناعة الأسمدة في المستقبل؛ وأخيرا، فإن تشجيع واستخدام الأسمدة القابلة للذوبان في الماء، مصحوبا بدمج الماء والأسمدة، من الممكن أن يوفر كمية كبيرة من موارد المياه العذبة ويساعد في تحسين نوعية حياة السكان الصينيين. 

في الوقت الحاضر، لا تزال هناك العديد من المشاكل التي يتعين حلها في إنتاج واستخدام الأسمدة القابلة للذوبان في الماء في الصين. يمكن أن يؤدي ضعف قابلية الذوبان في الماء والمحتوى العالي من المواد غير القابلة للذوبان إلى انسداد في خطوط الأنابيب بسهولة، خاصة في المناطق التي تحتوي على تركيزات عالية من أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في مياه الري. في الوقت الحاضر، تبلغ متطلبات المواد غير القابلة للذوبان في الماء في الأسمدة القابلة للذوبان في الصين 0.5%، في حين أن نظام الأسمدة المائية المتكامل ثابت أو شبه ثابت بشكل عام، مع منافذ مياه دقيقة للغاية ويصعب تنظيفها، والتي يتم حظرها بسهولة بواسطة المواد غير القابلة للذوبان في الماء. جزء من الملح الموجود في الأسمدة سوف يؤدي إلى تآكل خط الأنابيب. في الوقت الحاضر، معظم أنابيب نظام المياه والأسمدة المتكامل مصنوعة من الفولاذ الكربوني أو البلاستيك، ومن بينها الأنابيب المصنوعة من الفولاذ الكربوني معرضة للتآكل بسبب الأكسجين والماء والأحماض والقلويات، مما يقلل من عمر خدمة النظام. ويزيد من تكلفة الاستخدام. المكون الرئيسي للأسمدة القابلة للذوبان في الماء هو الأسمدة الكيماوية، والتي يمكن أن تسبب بسهولة ضغط التربة وعدم توازن المجتمعات الميكروبية في التربة بعد الاستخدام على المدى الطويل، مما يؤدي في النهاية إلى تدهور خصوبة التربة. بناءً على الأسباب المذكورة أعلاه، مع تطور تكامل الأسمدة المائية، قامت شركات الكيماويات المحلية والأجنبية الكبرى بتطوير مواد كيميائية ذات تأثيرات تثبيط الحجم والتآكل لحل المشكلات في إنتاج واستخدام الأسمدة القابلة للذوبان في الماء. من بينها، حمض polyaspartic ومشتقاته هي المواد التي تمت دراستها على نطاق واسع. 

1.1 تطبيق حمض البولياسبارتيك في الأسمدة القابلة للذوبان في الماء

حمض البولياسبارتيك (PASP) هو بروتين صناعي قابل للذوبان في الماء ويوجد بشكل طبيعي في مخاط المحار البحري مثل المحار. وهي مادة نشطة تستخدمها المحار البحري لإثراء العناصر الغذائية وتكوين الأصداف. يمكن لحمض البولياسبارتيك، باعتباره نوعًا جديدًا من الأسمدة المتآزرة، أن يعزز امتصاص المحاصيل للنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والعناصر النزرة؛ بالإضافة إلى ذلك، حمض البولياسبارتيك غير سام، وغير ضار، وقابل للتحلل البيولوجي بالكامل، مما يجعله مادة كيميائية خضراء معترف بها عالميًا. أظهرت نتائج الأبحاث والتطبيقات في الداخل والخارج أن حمض البولياسبارتيك، كعامل تآزري للأسمدة القابلة للذوبان في الماء، له تأثيرات رئيسية في الجوانب التالية.

1.1 تأثير تشتت حمض البولياسبارتيك

تشمل الأسباب الرئيسية لانسداد خطوط الأنابيب أثناء استخدام الأسمدة القابلة للذوبان في الماء هطول الأمطار الناتج عن التفاعلات الكيميائية بين الأسمدة، وانخفاض الذوبان الناجم عن درجة حموضة الماء، والمواد غير القابلة للذوبان في الماء في الأسمدة. هذه المواد غير القابلة للذوبان في الماء والتي تتشكل من خلال مسارات مختلفة تلتصق تدريجياً بالجزء الداخلي أو مخرج خط الأنابيب، وخاصة الأملاح غير القابلة للذوبان في الماء مثل الكالسيوم والمغنيسيوم، وبالتالي تسد النظام بأكمله. 

يمكن لحمض البولياسبارتيك، باعتباره نوعًا جديدًا من المشتتات الخضراء، أن يمنع ويخفف من تكوين وتجميع مقياس الملح غير العضوي عند استخدامه في أنظمة الري بالتنقيط (الرش). يمكنه تشتيت القشور المتكونة إلى جزيئات صغيرة معلقة في نظام المياه، وبالتالي تقليل مشكلة انسداد الأسمدة القابلة للذوبان في الماء في النظام أثناء الاستخدام. وفقًا للأبحاث، فإن حمض البولياسبارتيك، باعتباره مشتتًا مخلبيًا في أنظمة تداول المياه، له تأثيرات مخلبية ومشتتة جيدة على أكاسيد الحديد، وكربونات الكالسيوم، وثاني أكسيد التيتانيوم، وهيدروكسيد الزنك، وهيدروكسيد المغنيسيوم، وأكسيد المغنيسيوم، وثاني أكسيد المنغنيز، وما إلى ذلك. Koskan et al. نعتقد أن حمض polyaspartic يمكن أن يمنع ترسب الحجم على أسطح نقل الحرارة وخطوط أنابيب نظام المياه. 

وفي الوقت نفسه، أكدت الأبحاث التي أجريت على تأثيرات الوزن الجزيئي لحمض متعدد الأسبارتيك ودرجة حرارة النظام على تثبيط القشور أن تأثير تثبيط التقشر لحمض متعدد الأسبارتيك يرتبط ارتباطًا وثيقًا بوزنه الجزيئي، ولكن ليس بدرجة حرارة النظام. من المعتقد عمومًا أن تأثير تثبيط حجم حمض متعدد الأسبارتيك الذي تم تصنيعه بطرق مختلفة يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالمقياس المقابل له. على سبيل المثال، حمض متعدد الأسبارتيك الذي يستخدم حمض الأسبارتيك كمادة خام له تأثير تثبيطي أفضل على CaF2، في حين أن حمض متعدد الأسبارتيك الذي يستخدم أنهيدريد المالئيك ومشتقاته له تأثير تثبيطي أفضل على BaSO4، SrSO4، CaSO4، إلخ. روس وآخرون. أكد أن متوسط ​​الوزن الجزيئي الأمثل لنطاق الوزن الجزيئي لتشتيت حمض متعدد الأسبارتيك مثل كربونات الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم وكبريتات الباريوم يتراوح بين 10000 و4000. ووجد تشيوان تشن هوا وآخرون أنه عندما تكون درجة حرارة الماء أقل من 60 درجة مئوية، يكون التغير في درجة الحرارة قليلاً التأثير على معدل تثبيط حجم حمض polyaspartic. عندما يكون Ca2+ 800 ملجم/لتر وجرعة حمض البولياسبارتيك 3 ملجم/لتر فقط، فإن معدل تثبيط الترسبات الكلسية يمكن أن يصل إلى أكثر من 90%. عند 20 درجة مئوية، يتسبب حمض البولي أسبارتيك في تأخير نواة كربونات الكالسيوم لمدة 150 دقيقة على الأقل. تشير جميع هذه الدراسات إلى عالمية أداء تثبيط مقياس حمض الأسبارتيك لدرجة الحرارة. 

1.2 تثبيط تآكل حمض البولياسبارتيك

من المعتقد عمومًا أن المجموعات القطبية (بما في ذلك مجموعات N وO) في حمض البولياسبارتيك يتم امتصاصها على خطوط الأنابيب المعدنية، مما يحسن بشكل كبير طاقة التنشيط لعملية تأين المعادن. وفي الوقت نفسه، يتم ترتيب المجموعات غير القطبية (ألكيل R) بطريقة اتجاهية بعيدًا عن المعدن، لتشكل طبقة كارهة للماء، وبالتالي تمنع تآكل خطوط الأنابيب المعدنية بواسطة المحاليل المائية، وتحمي بشكل فعال أنظمة الري بالتنقيط في تكامل المياه والأسمدة، وإطالة عمر خدمة المعدات، وخفض تكاليف الإنتاج. حمض البولياسبارتيك له تأثيرات تثبيط التآكل على المواد المعدنية المختلفة مثل الفولاذ الكربوني والنحاس والنحاس والنحاس الأبيض في أنظمة مختلفة [25]؛ عندما يكون تركيز حمض polyaspartic 100 mg/L، فإن معدل تثبيط التآكل للفولاذ الكربوني يمكن أن يصل إلى 93%، وعند هذا التركيز، يمكن لحمض polyaspartic أن يبطئ معدل تآكل الفولاذ الكربوني بنسبة 90%، مما يطيل عمر خدمة الفولاذ بشكل فعال. خط الأنابيب. 

في الدراسات ذات الصلة، وجد الباحثون أن حمض البولياسبارتيك له تأثير مثبط جيد على تآكل خطوط الأنابيب في أنظمة المياه في ظل ظروف درجة الحموضة المختلفة. تشير أبحاث بنتون إلى أن استخدام حمض البولياسبارتيك وأملاحه بوزن جزيئي يتراوح من 1000 إلى 5000 وتركيز 25 ملغم/لتر في وسط محلول ملحي مسبب للتآكل مع درجة حموضة تتراوح من 4.0 إلى 6.6 يمكن أن يمنع بشكل فعال تآكل الفولاذ الكربوني بواسطة ثاني أكسيد الكربون. . عندما كالوتا وآخرون. وسيلفرمان وآخرون. [30] درسوا أداء تثبيط التآكل لحمض polyaspartic على الحديد في ظل ظروف مختلفة لدرجة الحموضة ودرجة الحرارة والرطوبة، ووجدوا أن حمض polyaspartic له أداء جيد في تثبيط التآكل عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 10. مانسفيلد وآخرون. [31] وجد أنه يمكن أيضًا تحقيق نتائج جيدة عند درجة حموضة تتراوح من 8 إلى 9. لذلك، يمكن لحمض البولي أسبارتيك أن يحل تآكل خطوط الأنابيب أثناء استخدام تركيبات مختلفة من الأسمدة القابلة للذوبان في الماء، وهو أمر مفيد لتطبيق ثابت أو أنظمة خطوط الأنابيب شبه الثابتة. 

1.3 التأثيرات التآزرية وتعزيز الجودة لحمض البولياسبارتيك

تم الإبلاغ عن حمض البولياسبارتيك، باعتباره عامل تآزر للأسمدة أو معززًا للمغذيات، من حيث الإطلاق البطيء وتعزيز الكفاءة، وزيادة استخدام الأسمدة، وتحسين جودة المحاصيل، وزيادة الغلة والدخل. أظهرت الأبحاث أن إضافة حمض البولياسبارتيك إلى الأسمدة القابلة للذوبان في الماء يمكن أن يطيل من فعالية الأسمدة، ويضمن امتصاص المحاصيل للعناصر الغذائية بالتساوي خلال عملية النمو بأكملها، وبالتالي ضمان الاستخدام الفعال للأسمدة. التجربة التي أجراها لي كوانكوي وآخرون. أظهر أن كفاءة استخدام الأسمدة N وP وK في الفول السوداني زادت بدرجات متفاوتة بعد تطبيق حمض البولياسبارتيك، وكان الفول السوداني أقل عرضة لأعراض نقص المغذيات طوال موسم النمو بأكمله. تساو دان وآخرون. درس ثبات حمض متعدد الأسبارتيك وأثبت أن استخدام حمض متعدد الأسبارتيك مرة واحدة في السنة له تأثير على زيادة المحصول على كلا المحصولين. 

ووفقا للتقارير، يمكن لحمض البولياسبارتيك أن ينشط بشكل فعال العناصر المتوسطة والنادرة الأساسية لنمو المحاصيل، ويحسن كفاءة امتصاص كميات كبيرة من العناصر، وبالتالي زيادة استخدام الأسمدة. بعد الاستخدام، يمكن أن يعزز مقاومة إجهاد المحاصيل، وينظم نشاط الإنزيم في المحاصيل، ويزيد الغلة، ويحسن جودة المحاصيل. لي جيانغانغ وآخرون. وجدت أن تطبيق حمض البولياسبارتيك على محاصيل مثل الخضروات الخضراء أدى إلى درجات متفاوتة من الزيادة في فيتامين C ومحتوى السكر القابل للذوبان، مما يمكن أن يحسن بشكل فعال جودة الخضروات والفواكه. جياو يونغ كانغ وآخرون. وجد من خلال الرش الورقي لأنواع مختلفة من مخلبيات حمض متعدد الأسبارتيك أن استخدام حمض متعدد الأسبارتيك لا يزيد فقط من إنتاج وجودة كمثرى هوانغقوان، بل يقلل أيضًا من الاصفرار. الخسائر الناجمة عن مرض مخلب الغراب لشجرة الكمثرى. تانغ هويهوي وآخرون. وجدوا من خلال دراستهم حول تطبيق الأسمدة النيتروجينية المتعددة الأسبارتيك على الذرة الربيعية الشمالية الشرقية أن PASP N تم استخدامه لزراعة الذرة بشرط تقليل إجمالي النيتروجين بمقدار 1/3، دون تقليل إنتاجية الذرة وتنظيم نشاط الإنزيم بشكل فعال في الذرة في مراحل مختلفة، وهو أمر مفيد لفقدان الوزن وتحسين الكفاءة. شو يانوي وآخرون. وجد أنه بعد إضافة اليوريا التي تحتوي على حمض البولياسبارتيك إلى الأرز، تحسنت فعالية الأسمدة بشكل ملحوظ، ولم تتم إزالة الأسمدة خلال موسم النمو. تساو دان وآخرون. وجد أن تطبيق حمض البولياسبارتيك لزراعة شتلات الحور يتطلب تقليلًا مناسبًا في استخدام النيتروجين من أجل تخفيف إجهاد النيتروجين المرتفع الناتج عن كفاءة استخدام النيتروجين العالية.

1.4 خصائص حماية البيئة لحمض البولياسبارتيك

حمض البولياسبارتيك هو بوليمر يتكون بشكل رئيسي من الأحماض الأمينية، والتي يمكن أن تتحلل بالكامل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في البيئة إلى أحماض أمينية منخفضة الوزن الجزيئي قابلة للاستخدام، والماء، وثاني أكسيد الكربون. استخدم شخص ما طريقة OECD301A لدراسة قابلية التحلل الحيوي لحمض متعدد الأسبارتيك ووجد أن كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من معالجة حمض متعدد الأسبارتيك كانت قريبة من الجلوكوز المرجعي. بالإضافة إلى ذلك، أثبت شيونغ رونغ تشون وآخرون أيضًا أن حمض البولياسبارتيك هو مادة كيميائية خضراء ذات قابلية ممتازة للتحلل البيولوجي. 

2 التوقعات

ومع التحقيق التدريجي لهدف "تحكم واحد، وتخفيضين، وثلاثة أساسيات" في الزراعة في الصين، أصبحت عملية التكامل بين المياه والأسمدة سريعة بشكل متزايد، وتزايد الطلب على الأسمدة القابلة للذوبان في الماء، وخاصة الأسمدة عالية الجودة. الأسمدة القابلة للذوبان، آخذة في الازدياد. حمض البولياسبارتيك، باعتباره مشتتًا خالبًا أخضر وصديق للبيئة ومتآزرًا للأسمدة، لا يمكنه فقط منع تراكم الأسمدة الكيماوية وتآكل خطوط الأنابيب بشكل فعال، ولكنه أيضًا يعزز الكفاءة والجودة، مع آفاق تطبيق قوية. 

استجابةً لحالة التطبيق الحالية لحمض متعدد الأسبارتيك في الأسمدة القابلة للذوبان في الماء، جنبًا إلى جنب مع خصائص حمض متعدد الأسبارتيك التي تعزز إنتاج الجذور، وتنظم نشاط إنزيمات المحاصيل، وتعزز امتصاص العناصر الغذائية، وتستخلب العناصر المعدنية المشتتة، يعتقد المؤلف أن تطوير حمض متعدد الأسبارتيك يجب أن تركز الأسمدة القابلة للذوبان في الماء ذات الأساس الحمضي على الأسمدة الخاصة القابلة للذوبان في الماء والأسمدة عالية الجودة القابلة للذوبان في الماء، ومناسبة بشكل خاص للبطاطس والمحاصيل الأخرى لحصاد الدرنات والدرنات، وفي الأسمدة المتخصصة القابلة للذوبان في الماء للفواكه والخضروات ذات الامتصاص الغذائي. الحواجز، مثل مرض الكمثرى وأقدام الدجاج.