Prema statistikama Organizacije za hranu i poljoprivredu Ujedinjenih nacija u 2017. godini, globalna proizvodnja hrane iznosila je 2,627 milijardi tona, od čega je 618 miliona tona proizvedeno u Kini, što čini 23,5% ukupne svjetske proizvodnje hrane u istom periodu. . Da bi se održali tako visoki prinosi, kineska poljoprivredna proizvodnja zahtijeva potrošnju velike količine poljoprivrednog zemljišta i slatkovodnih resursa svake godine. Međutim, nedostatak navedenih resursa u Kini je izuzetno očigledan. Prema statistikama, površina obradive zemlje po glavi stanovnika je manja od 0,1 hm2, što je samo jedna trećina svjetske količine po glavi stanovnika i manje od jedne sedme površine Sjedinjenih Država; Kineski resursi slatke vode po glavi stanovnika manji su od 2200 m3, samo 1/4 svjetskog prosjeka, što je čini jednom od zemalja s najsiromašnijim vodnim resursima po glavi stanovnika na svijetu. Stoga se u poljoprivrednoj proizvodnji u Kini mora koristiti velika količina hemijskih đubriva kako bi se osigurao ukupan prinos.

Međutim, u kineskoj poljoprivrednoj proizvodnji stopa iskorišćenja đubriva nije zadovoljavajuća. Uzimajući za primjer azotno đubrivo, u 2017. godini ukupna količina azotnog đubriva primenjenog u Kini dostigla je 22,06 miliona tona, što čini 35% ukupne količine u svetu. Međutim, sveobuhvatna stopa iskorišćenja azotnog đubriva u Kini bila je manja od 35% te godine, uzrokujući veliki otpad. Stoga radnici u poljoprivrednoj znanosti i tehnologiji u Kini postepeno počinju proučavati vrhunska gnojiva topiva u vodi kako bi se prilagodili procesu integracije vodenih gnojiva [1-2]. Prema istraživanju koje je sproveo Nacionalni centar za promociju poljoprivredne tehnologije, u Kini trenutno postoji preko 30 miliona hektara obradivog zemljišta pogodnog za integraciju vode i đubriva, dok je trenutni udeo primene u zemlji samo 3,2%. Stoga je razvojni potencijal vodotopivih đubriva u Kini veoma ogroman i to je ključni fokus za budući razvoj đubriva.

Gnojivo rastvorljivo u vodi je mešavina sa više elemenata i brzo delujuće đubrivo koje je potpuno rastvorljivo u vodi. Ima karakteristike dobre rastvorljivosti u vodi, bez ostataka i može se direktno apsorbovati i iskoristiti u korenu i lišću useva. Kao važna komponenta integracije vodenog đubriva, đubriva rastvorljiva u vodi imaju očigledne prednosti. Prvo, može značajno poboljšati stopu iskorišćenja đubriva. Prema statistikama, stopa iskorišćenja konvencionalnih đubriva u Kini je oko 30%, dok je stopa iskorišćenja đubriva rastvorljivih u vodi između 70% i 80%. Takođe može smanjiti ukupnu količinu gnojiva, koja ispunjava osnovne zahtjeve nacionalnog dvostrukog ciklusa ugljika; Drugo, vodotopiva đubriva imaju visok sadržaj hranljivih materija i sveobuhvatnu ishranu, što može značajno poboljšati prinos i kvalitet usjeva, što ih čini jednim od ključnih razvojnih pravaca za buduću industriju đubriva; Konačno, promocija i upotreba đubriva rastvorljivih u vodi, praćena integracijom vode i đubriva, može uštedjeti veliku količinu slatkovodnih resursa i pomoći u poboljšanju kvaliteta života stanovnika Kine. 

Trenutno postoji još mnogo problema koje treba riješiti u proizvodnji i korištenju vodotopivih gnojiva u Kini. Slaba rastvorljivost u vodi i visok sadržaj nerastvorljivih supstanci mogu lako uzrokovati začepljenje kamenca u cjevovodima, posebno u područjima s visokom koncentracijom jona kalcija i magnezija u vodi za navodnjavanje. Trenutno, zahtjevi za supstancama nerastvorljivim u vodi u rastvorljivim đubrivima u Kini iznose 0,5%, dok je integrisani sistem vodenog đubriva generalno fiksan ili polufiksan, sa izuzetno finim i teškim za čišćenje ispusta vode, koji se lako blokiraju supstancama nerastvorljivim u vodi. Dio soli u gnojivu će korodirati cjevovod. Trenutno su cijevi integriranog sistema vode i gnojiva uglavnom izrađene od ugljičnog čelika ili plastike, među kojima su cijevi od ugljičnog čelika sklone koroziji kisikom, vodom, kiselinom i alkalijom, što skraćuje vijek trajanja sistema. i povećava troškove korišćenja. Glavna komponenta đubriva rastvorljivih u vodi su hemijska đubriva, koja nakon dugotrajne upotrebe lako mogu izazvati zbijanje tla i neravnotežu mikrobnih zajednica u tlu, što u konačnici dovodi do degradacije plodnosti tla. Na osnovu gore navedenih razloga, razvojem integracije vodenih đubriva, velike domaće i strane hemijske kompanije sukcesivno su razvijale hemikalije sa efektom inhibicije kamenca i korozije za rešavanje problema u proizvodnji i upotrebi đubriva rastvorljivih u vodi. Među njima, poliasparaginska kiselina i njeni derivati ​​su najčešće proučavane supstance. 

1.1 Primjena poliasparaginske kiseline u vodotopivim gnojivima

Poliasparaginska kiselina (PASP) je umjetno sintetizirani protein topiv u vodi koji prirodno postoji u sluzi morskih školjki kao što su kamenice. To je aktivna tvar koju morske školjke koriste za obogaćivanje hranjivim tvarima i stvaranje školjki. Poliasparaginska kiselina, kao nova vrsta sinergista đubriva, može poboljšati apsorpciju azota, fosfora, kalijuma i elemenata u tragovima od strane useva; Osim toga, poliasparaginska kiselina je netoksična, bezopasna i potpuno biološki razgradiva, što je čini globalno priznatom zelenom kemikalijom. Rezultati istraživanja i primene u zemlji i inostranstvu pokazali su da poliasparaginska kiselina, kao sinergistički agens za vodotopiva đubriva, ima glavne efekte u sledećim aspektima.

1.1 Efekat disperzije poliasparaginske kiseline

Glavni razlozi začepljenja cjevovoda prilikom upotrebe vodotopivih gnojiva uključuju taloženje uzrokovano kemijskim reakcijama između gnojiva, smanjenu topljivost uzrokovanu pH vode i tvari nerastvorljive u vodi u gnojivima. Ove tvari nerastvorljive u vodi formirane kroz različite puteve postupno prianjaju na unutrašnjost ili izlaz iz cjevovoda, posebno soli netopive u vodi kao što su kalcij i magnezij, čime blokiraju cijeli sistem. 

Poliasparaginska kiselina, kao nova vrsta zelenog disperzanta, može spriječiti i ublažiti stvaranje i agregaciju neorganskog solnog kamenca kada se primjenjuje na sisteme za navodnjavanje kap po kap (sprej). Može da rasprši formirani kamenac u male čestice suspendovane u sistemu vode, čime se smanjuje problem začepljenja vodotopivih đubriva u sistemu tokom upotrebe. Prema istraživanjima, poliasparaginska kiselina, kao helatni disperzant u sistemima za cirkulaciju vode, ima dobre helirajuće i dispergirajuće efekte na okside gvožđa, kalcijum karbonat, titan dioksid, cink hidroksid, magnezijum hidroksid, magnezijum oksid, mangan dioksid itd. Koskan et al. vjeruju da poliasparaginska kiselina može spriječiti taloženje kamenca na površinama za prijenos topline i cjevovodima vodovodnog sistema. 

U međuvremenu, istraživanja o efektima molekulske težine poliasparaginske kiseline i temperature sistema na inhibiciju kamenca potvrdila su da je efekat inhibicije kamenca poliasparaginske kiseline usko povezan s njenom molekularnom masom, ali ne i s temperaturom sistema. Općenito se vjeruje da je učinak inhibicije kamenca poliasparaginske kiseline sintetizirane različitim metodama usko povezan s njenom odgovarajućom skalom. Na primjer, poliasparaginska kiselina koja koristi asparaginsku kiselinu kao sirovinu ima bolji efekat inhibicije kamenca na CaF2, dok poliasparaginska kiselina koja koristi anhidrid maleinske kiseline i njene derivate ima bolji efekat inhibicije kamenca na BaSO4, SrSO4, CaSO4, itd. Ross et al. potvrdili su da je optimalni raspon prosječne molekularne težine za dispergiranje poliasparaginske kiseline, kao što je kalcijev karbonat, kalcijum sulfat i barijum sulfat, između 10000 i 4000. Quan Zhenhua i drugi su otkrili da kada je temperatura vode ispod 60 ℃, promjena temperature je mala učinak na stopu inhibicije kamenca poliasparaginske kiseline; Kada je Ca2+ 800 mg/L, a doza poliasparaginske kiseline je samo 3 mg/L, stopa inhibicije skale i dalje može dostići preko 90%. Na 20 ℃, poliasparaginska kiselina uzrokuje kašnjenje od najmanje 150 minuta u nukleaciji kalcijum karbonata. Sve ove studije ukazuju na univerzalnost učinka inhibicije skale poliasparaginske kiseline na temperaturu. 

1.2 Inhibicija korozije poliasparaginske kiseline

Općenito se vjeruje da su polarne grupe (uključujući N i O grupe) u poliasparaginskoj kiselini adsorbirane na metalnim cjevovodima, uvelike poboljšavajući energiju aktivacije procesa ionizacije metala. U isto vrijeme, nepolarne grupe (alkil R) su raspoređene usmjereno dalje od metala, formirajući hidrofobni film, čime se inhibira korozija metalnih cjevovoda vodenim rastvorima, efikasno štiteći sisteme za navodnjavanje kap po kap u integraciji vode i đubriva, produžavaju radni vek opreme i smanjuju troškove proizvodnje. Poliasparaginska kiselina ima efekte inhibicije korozije na različitim metalnim materijalima kao što su ugljični čelik, bakar, mesing i bijeli bakar u različitim sistemima [25]; Kada je koncentracija poliasparaginske kiseline 100 mg/L, stopa inhibicije korozije ugljičnog čelika može doseći 93%, a pri ovoj koncentraciji poliasparaginska kiselina može usporiti stopu korozije ugljičnog čelika za 90%, efektivno produžavajući vijek trajanja cevovod. 

U relevantnim studijama, istraživači su otkrili da poliasparaginska kiselina ima dobar inhibitorni efekat na koroziju cevovoda u sistemima vode pod različitim pH uslovima. Bentonovo istraživanje sugerira da korištenje poliasparaginske kiseline i njenih soli s molekulskom težinom od 1000 do 5000 i koncentracijom od 25 mg/L u korozivnom mediju otopine soli s pH od 4,0 do 6,6 može učinkovito inhibirati koroziju ugljičnog čelika ugljičnim dioksidom. . Kada su Kalota i dr. i Silverman et al. [30] proučavali su učinak inhibicije korozije poliasparaginske kiseline na željezu pod različitim pH, temperaturnim i vlažnim uvjetima, otkrili su da poliasparaginska kiselina ima dobre performanse inhibicije korozije kada je pH veći od 10. Mansfeld et al. [31] su otkrili da se dobri rezultati mogu postići i pri pH u rasponu od 8 do 9. Zbog toga poliasparaginska kiselina može riješiti koroziju cjevovoda prilikom upotrebe različitih formula vodotopivih đubriva, što je korisno za primjenu fiksiranih ili polufiksnih cevovodnih sistema. 

1.3. Sinergijski i kvalitetni efekti poliasparaginske kiseline

Poliasparaginska kiselina, kao sinergist đubriva ili pojačivač hranljivih materija, prijavljena je u smislu sporog oslobađanja i poboljšanja efikasnosti, povećane upotrebe đubriva, poboljšanog kvaliteta useva i povećanog prinosa i prihoda. Istraživanja su pokazala da dodavanje poliasparaginske kiseline u vodotopiva đubriva može produžiti efikasnost gnojiva, osigurati da usjevi ravnomjerno apsorbiraju hranljive materije tokom cijelog procesa rasta i na taj način osigurati efikasno korištenje gnojiva. Eksperiment koji su proveli Lei Quankui et al. pokazalo je da se efikasnost iskorišćenja N, P i K đubriva u kikirikiju povećava u različitim stepenima nakon primene poliasparaginske kiseline, a kikiriki je manje sklon simptomima nedostatka hranljivih materija tokom cele sezone rasta. Cao Dan i dr. proučavali su postojanost poliasparaginske kiseline i pokazali da upotreba poliasparaginske kiseline jednom godišnje ima učinak povećanja prinosa na oba usjeva. 

Prema izvještajima, poliasparaginska kiselina može efikasno aktivirati esencijalni medij i elemente u tragovima za rast usjeva, poboljšati efikasnost apsorpcije velikih količina elemenata i na taj način povećati iskorišćenost đubriva. Nakon upotrebe, može poboljšati otpornost usjeva na stres, regulirati aktivnost enzima u usjevima, povećati prinos i poboljšati kvalitet usjeva. Li Jiangang i dr. otkrili su da primjena poliasparaginske kiseline na usjeve kao što je zeleno povrće dovodi do različitih stupnjeva povećanja vitamina C i sadržaja rastvorljivog šećera, što može efikasno poboljšati kvalitet povrća i voća. Jiao Yongkang i dr. otkriveno je folijarnim prskanjem različitih vrsta kelata poliasparaginske kiseline da upotreba poliasparaginske kiseline ne samo da povećava prinos i kvalitetu kruške Huangguan, već i smanjuje žutilo. Gubici uzrokovani bolešću vrana kruške. Tang Huihui i dr. svojim istraživanjem o primjeni poliaspartitnog azotnog đubriva na sjeveroistočni proljetni kukuruz utvrdili da je PASP N korišten za uzgoj kukuruza pod uslovom smanjenja ukupnog azota za 1/3, bez smanjenja prinosa kukuruza i efektivne regulacije aktivnosti enzima u kukuruzu u različitim fazama, što je korisno za gubitak težine i poboljšanje efikasnosti. Xu Yanwei et al. otkrili su da je nakon primjene uree koja sadrži poliasparaginsku kiselinu na rižu, učinkovitost gnojiva značajno poboljšana, a gnojivo nije uklonjeno tokom sezone rasta. Cao Dan i dr. otkrili su da primjena poliasparaginske kiseline za uzgoj sadnica topola zahtijeva odgovarajuće smanjenje upotrebe dušika kako bi se ublažio visoki stres dušika uzrokovan visokom efikasnošću iskorištavanja dušika.

1.4 Zaštitne karakteristike poliasparaginske kiseline

Poliasparaginska kiselina je polimer koji se uglavnom sastoji od aminokiselina, koje mikroorganizmi u okolišu mogu potpuno razgraditi u upotrebljive aminokiseline niske molekularne težine, vodu i ugljični dioksid. Neko je koristio metodu OECD301A za proučavanje biorazgradivosti poliasparaginske kiseline i otkrio da je količina ugljičnog dioksida oslobođenog tretmanom poliasparaginskom kiselinom blizu referentne glukoze. Osim toga, Xiong Rongchun i drugi su također pokazali da je poliasparaginska kiselina zelena kemikalija s odličnom biorazgradljivošću. 

2 Outlook

Sa postepenim ostvarenjem cilja "jedna kontrola, dva smanjenja i tri osnovna" u kineskoj poljoprivredi, proces integracije vode i đubriva postaje sve brži, a potražnja za đubrivima rastvorljivim u vodi, posebno visokokvalitetnim đubrivima rastvorljivih đubriva, raste. Poliasparaginska kiselina, kao zeleni i ekološki prihvatljiv helatni disperzant i sinergist đubriva, ne samo da može efikasno spriječiti stvaranje kamenca od kemijskih gnojiva i koroziju cjevovoda, već i poboljšati efikasnost i kvalitet, sa velikim izgledima za primjenu. 

Kao odgovor na trenutni status primjene poliasparaginske kiseline u vodotopivim gnojivima, u kombinaciji s karakteristikama poliasparaginske kiseline koja potiče proizvodnju korijena, reguliše aktivnost enzima useva, poboljšava apsorpciju nutrijenata i kelira dispergirane metalne elemente, autor vjeruje da je razvoj poliasparaginske kiseline vodotopiva đubriva na bazi kiselina treba da se fokusiraju na specijalna đubriva topiva u vodi i vrhunska vodotopiva đubriva, posebno pogodna za krompir i druge usjeve za žetvu gomolja i gomolja, i na specijalizovana vodotopiva đubriva za voće i povrće sa apsorpcijom hranljivih materija barijere, kao što su bolest krušaka i pilećih nogu.