Podle statistik Organizace spojených národů pro výživu a zemědělství v roce 2017 činila celosvětová produkce potravin 2,627 miliardy tun, z toho 618 milionů tun bylo vyrobeno v Číně, což představuje 23,5 % celkové celosvětové produkce potravin ve stejném období. . Aby si čínská zemědělská produkce udržela tak vysoké výnosy, vyžaduje každoročně spotřebu velkého množství zemědělské půdy a sladkovodních zdrojů. Nedostatek výše uvedených zdrojů v Číně je však extrémně evidentní. Podle statistik je plocha orné půdy na hlavu menší než 0,1 hm2, což je pouze jedna třetina světového množství na hlavu a méně než jedna sedmina rozlohy Spojených států; Zásoby sladké vody v Číně na obyvatele jsou menší než 2 200 m3, pouze 1/4 světového průměru, což z ní činí jednu ze zemí s nejchudšími vodními zdroji na hlavu na světě. Proto se v čínské zemědělské výrobě musí používat velké množství chemických hnojiv, aby byl zajištěn celkový výnos.

V čínské zemědělské výrobě však není míra využití hnojiv uspokojivá. Vezmeme-li si příklad dusíkatých hnojiv, v roce 2017 dosáhlo celkové množství dusíkatých hnojiv aplikovaných v Číně 22,06 milionu tun, což představuje 35 % z celkového množství na světě. Celková míra využití dusíkatých hnojiv v Číně však byla toho roku nižší než 35 %, což způsobilo velké plýtvání. Pracovníci zemědělské vědy a techniky v Číně proto postupně začínají studovat špičková vodorozpustná hnojiva, aby se přizpůsobili procesu integrace vodních hnojiv [1-2]. Podle výzkumu provedeného Národním centrem pro podporu zemědělské techniky je v Číně v současné době více než 30 milionů hektarů orné půdy vhodné pro integraci vody a hnojiv, přičemž současný podíl aplikace v zemi je pouze 3,2 %. Vývojový potenciál vodorozpustných hnojiv v Číně je proto velmi obrovský a představuje klíčové zaměření pro budoucí vývoj hnojiv.

Hnojivo rozpustné ve vodě je víceprvkové složené a rychle působící hnojivo, které je zcela rozpustné ve vodě. Má vlastnosti dobré rozpustnosti ve vodě, žádné zbytky a může být přímo absorbován a využit kořeny a listy plodin. Jako důležitá součást integrace vodních hnojiv mají vodorozpustná hnojiva zjevné výhody. Za prvé, může výrazně zlepšit míru využití hnojiv. Podle statistik je míra využití konvenčních hnojiv v Číně asi 30%, zatímco míra využití hnojiv rozpustných ve vodě se pohybuje mezi 70% a 80%. Může také snížit celkové množství hnojení, které splňuje základní požadavky národního duálního uhlíkového cyklu; Za druhé, hnojiva rozpustná ve vodě mají vysoký obsah živin a komplexní výživu, což může výrazně zlepšit výnos a kvalitu plodin, což z nich činí jeden z klíčových směrů vývoje pro budoucí průmysl výroby hnojiv; A konečně, propagace a používání vodorozpustných hnojiv, doprovázené integrací vody a hnojiv, může ušetřit velké množství sladkovodních zdrojů a pomoci zlepšit kvalitu života čínských obyvatel. 

V současné době je v Číně stále ještě mnoho problémů, které je třeba vyřešit při výrobě a používání vodorozpustných hnojiv. Špatná rozpustnost ve vodě a vysoký obsah nerozpustných látek mohou snadno způsobit ucpání potrubí vodním kamenem, zejména v oblastech s vysokou koncentrací iontů vápníku a hořčíku v závlahové vodě. V současné době je v Číně požadavek na látky nerozpustné ve vodě v rozpustných hnojivech 0,5 %, zatímco integrovaný systém vodních hnojiv je obecně pevný nebo polopevný, s extrémně jemnými a obtížně čistitelnými vývody vody, které jsou snadno blokovány látkami nerozpustnými ve vodě. Část soli v hnojivu způsobí korozi potrubí. V současné době jsou trubky integrovaného vodního a hnojivového systému většinou vyrobeny z uhlíkové oceli nebo plastu, mezi nimiž jsou trubky z uhlíkové oceli náchylné ke korozi kyslíkem, vodou, kyselinami a zásadami, což zkracuje životnost systému a zvyšuje náklady na používání. Hlavní složkou vodorozpustných hnojiv jsou chemická hnojiva, která mohou po dlouhodobém používání snadno způsobit zhutnění půdy a nerovnováhu půdních mikrobiálních společenstev, což v konečném důsledku vede k degradaci půdní úrodnosti. Na základě výše uvedených důvodů, s rozvojem integrace vodních hnojiv, velké domácí i zahraniční chemické společnosti postupně vyvíjely chemikálie s inhibičními účinky na vodní kámen a korozi, které řeší problémy při výrobě a používání vodorozpustných hnojiv. Mezi nimi jsou nejvíce studovanými látkami kyselina polyasparagová a její deriváty. 

1.1Aplikace kyseliny polyasparagové ve vodorozpustných hnojivech

Kyselina polyasparagová (PASP) je uměle syntetizovaný ve vodě rozpustný protein, který se přirozeně vyskytuje v hlenu mořských měkkýšů, jako jsou ústřice. Jedná se o účinnou látku používanou mořskými měkkýši k obohacení živin a vytvoření schránek. Kyselina polyasparagová jako nový typ synergického hnojiva může zvýšit absorpci dusíku, fosforu, draslíku a stopových prvků plodinami; Kyselina polyasparagová je navíc netoxická, neškodná a plně biologicky odbouratelná, což z ní činí celosvětově uznávanou zelenou chemickou látku. Výsledky výzkumů a aplikací doma i v zahraničí prokázaly, že kyselina polyasparagová jako synergický prostředek pro vodorozpustná hnojiva má hlavní účinky v následujících aspektech.

1.1 Disperzní účinek kyseliny polyasparagové

Mezi hlavní důvody ucpání potrubí při používání vodorozpustných hnojiv patří srážení způsobené chemickými reakcemi mezi hnojivy, snížená rozpustnost způsobená pH vody a ve vodě nerozpustné látky v hnojivech. Tyto ve vodě nerozpustné látky vytvořené různými cestami postupně ulpívají na vnitřku nebo výstupu potrubí, zejména ve vodě nerozpustné soli, jako je vápník a hořčík, a tím blokují celý systém. 

Kyselina polyasparagová, jako nový typ zeleného dispergačního činidla, může zabránit a zmírnit tvorbu a agregaci anorganických solných usazenin při aplikaci do systémů kapkové (rozprašovací) závlahy. Může rozptýlit vytvořený vodní kámen na malé částice suspendované ve vodním systému, čímž se sníží problém ucpání vodorozpustných hnojiv v systému během používání. Podle výzkumu má kyselina polyasparagová jako chelatační dispergační činidlo v systémech vodního oběhu dobré chelatační a dispergační účinky na oxidy železa, uhličitan vápenatý, oxid titaničitý, hydroxid zinečnatý, hydroxid hořečnatý, oxid hořečnatý, oxid manganičitý atd. Koskan et al. věří, že kyselina polyasparagová může zabránit usazování vodního kamene na teplosměnných plochách a potrubí vodního systému. 

Mezitím výzkum účinků molekulové hmotnosti kyseliny polyasparagové a teploty systému na inhibici vodního kamene potvrdil, že účinek kyseliny polyasparagové na inhibici vodního kamene úzce souvisí s její molekulovou hmotností, nikoli však s teplotou systému. Obecně se má za to, že inhibiční účinek kyseliny polyasparagové syntetizované různými metodami úzce souvisí s jejím odpovídajícím měřítkem. Například kyselina polyasparagová využívající kyselinu asparagovou jako surovinu má lepší inhibiční účinek na CaF2, zatímco kyselina polyasparagová využívající anhydrid kyseliny maleinové a jeho deriváty má lepší inhibiční účinek na BaSO4, SrSO4, CaSO4 atd. Ross et al. potvrdili, že optimální hmotnostní průměr molekulové hmotnosti pro dispergování kyseliny polyasparagové, jako je uhličitan vápenatý, síran vápenatý a síran barnatý, je mezi 10 000 a 4 000. Quan Zhenhua a další zjistili, že když je teplota vody nižší než 60 ℃, změna teploty je malá. vliv kyseliny polyasparagové na míru inhibice vodního kamene; Když je Ca2+ 800 mg/l a dávka kyseliny polyasparagové je pouze 3 mg/l, míra inhibice vodního kamene může stále dosahovat více než 90 %. Při 20 °C způsobuje kyselina polyasparagová zpoždění v nukleaci uhličitanu vápenatého nejméně o 150 minut. Všechny tyto studie naznačují univerzálnost inhibičního účinku kyseliny polyasparagové vůči teplotě. 

1.2 Inhibice koroze kyseliny polyasparagové

Obecně se má za to, že polární skupiny (včetně skupin N a O) v kyselině polyasparagové jsou adsorbovány na kovových potrubích, což výrazně zlepšuje aktivační energii procesu ionizace kovů. Současně jsou nepolární skupiny (alkyl R) uspořádány ve směru od kovu, vytvářejí hydrofobní film, čímž inhibují korozi kovových potrubí vodnými roztoky a účinně chrání systémy kapkové závlahy při integraci vody a hnojiv, prodlužuje životnost zařízení a snižuje výrobní náklady. Kyselina polyasparagová má antikorozní účinky na různé kovové materiály, jako je uhlíková ocel, měď, mosaz a bílá měď v různých systémech [25]; Když je koncentrace kyseliny polyasparagové 100 mg/l, může míra inhibice koroze uhlíkové oceli dosáhnout 93 % a při této koncentraci může kyselina polyasparagová zpomalit rychlost koroze uhlíkové oceli o 90 %, čímž se účinně prodlouží životnost uhlíkové oceli. potrubí. 

V příslušných studiích výzkumníci zjistili, že kyselina polyasparagová má dobrý inhibiční účinek na korozi potrubí ve vodních systémech za různých podmínek pH. Bentonův výzkum naznačuje, že použití kyseliny polyasparagové a jejích solí s molekulovou hmotností 1000 až 5000 a koncentrací 25 mg/l v prostředí s korozivním solným roztokem s pH 4,0 až 6,6 může účinně inhibovat korozi uhlíkové oceli oxidem uhličitým. . Když Kalota a spol. a Silverman a kol. [30] studovali účinnost inhibice koroze kyseliny polyasparagové na železe za různých podmínek pH, teploty a vlhkosti, zjistili, že kyselina polyasparagová má dobrou účinnost inhibice koroze, když je pH vyšší než 10. Mansfeld et al. [31] zjistili, že dobrých výsledků lze dosáhnout i při pH v rozmezí 8 až 9. Kyselina polyasparagová tedy může řešit korozi potrubí při použití různých receptur vodorozpustných hnojiv, což je užitečné pro aplikaci fixních popř. polopevné potrubní systémy. 

1.3 Synergické účinky kyseliny polyasparagové a zvyšující kvalitu

Kyselina polyasparagová, jako synergista hnojiv nebo látka zvyšující živiny, byla hlášena z hlediska pomalého uvolňování a zvýšení účinnosti, zvýšeného využití hnojiv, zlepšení kvality plodin a zvýšení výnosu a příjmu. Výzkumy prokázaly, že přidání kyseliny polyasparagové do vodorozpustných hnojiv může prodloužit účinnost hnojiva, zajistit plodinám rovnoměrné vstřebávání živin v průběhu celého procesu růstu, a tím zajistit efektivní využití hnojiv. Experiment provedený Lei Quankui et al. ukázaly, že účinnost využití N, P a K hnojiv v arašídech se po aplikaci kyseliny polyasparagové v různé míře zvýšila a arašídy byly méně náchylné k příznakům nedostatku živin po celou dobu růstu. Cao Dan a kol. studovali perzistenci kyseliny polyasparagové a prokázali, že použití kyseliny polyasparagové jednou ročně má účinek na zvýšení výnosu u obou plodin. 

Podle zpráv může kyselina polyasparagová účinně aktivovat základní médium a stopové prvky pro růst plodin, zlepšit absorpční účinnost velkého množství prvků, a tím zvýšit využití hnojiv. Po použití může zvýšit odolnost plodin vůči stresu, regulovat aktivitu enzymů v plodinách, zvýšit výnos a zlepšit kvalitu plodin. Li Jiangang a kol. zjistili, že aplikace kyseliny polyasparagové na plodiny, jako je zelená zelenina, měla za následek různé stupně zvýšení obsahu vitamínu C a rozpustného cukru, což může účinně zlepšit kvalitu zeleniny a ovoce. Jiao Yongkang a kol. pomocí postřiku různých typů chelátů kyseliny polyasparagové na list bylo zjištěno, že použití kyseliny polyasparagové nejen zvyšuje výnos a kvalitu hrušek Huangguan, ale také snižuje žloutnutí. Ztráty způsobené nemocí vraního drápu hrušně. Tang Huihui a kol. ve své studii o aplikaci polyasparagového dusíkatého hnojiva na severovýchodní jarní kukuřici zjistili, že PASP N byl použit pro pěstování kukuřice za podmínky snížení celkového dusíku o 1/3, bez snížení výnosu kukuřice a účinné regulace enzymové aktivity v kukuřici v různých fázích, což je výhodné pro hubnutí a zlepšení výkonnosti. Xu Yanwei a kol. zjistili, že po aplikaci močoviny obsahující kyselinu polyasparagovou na rýži se účinnost hnojiva výrazně zlepšila a hnojivo nebylo odstraněno během vegetačního období. Cao Dan a kol. zjistili, že aplikace kyseliny polyasparagové ke kultivaci sazenic topolů vyžaduje odpovídající snížení spotřeby dusíku, aby se zmírnil vysoký dusíkový stres způsobený vysokou účinností využití dusíku.

1.4 Charakteristika ochrany životního prostředí kyseliny polyasparagové

Kyselina polyasparagová je polymer složený převážně z aminokyselin, které mohou být mikroorganismy v prostředí zcela degradovány na využitelné nízkomolekulární aminokyseliny, vodu a oxid uhličitý. Někdo použil metodu OECD301A ke studiu biologické rozložitelnosti kyseliny polyasparagové a zjistil, že množství oxidu uhličitého uvolněného úpravou kyselinou polyasparagovou se blíží referenční glukóze. Kromě toho Xiong Rongchun a další také prokázali, že kyselina polyasparagová je zelená chemikálie s vynikající biologickou odbouratelností. 

2 Outlook

S postupnou realizací cíle „jedna kontrola, dvě redukce a tři základní“ v čínském zemědělství se proces integrace vody a hnojiv stává stále rychlejším a poptávka po vodorozpustných hnojivech, zejména špičkových vodních hnojivech. rozpustných hnojiv. Kyselina polyasparagová, jako zelený a ekologicky šetrný chelatační disperzant a synergent hnojiv, může nejen účinně zabránit usazování chemických hnojiv a korozi potrubí, ale také zvýšit účinnost a kvalitu se silnými vyhlídkami na aplikaci. 

V reakci na současný stav aplikace kyseliny polyasparagové ve vodorozpustných hnojivech v kombinaci s vlastnostmi kyseliny polyasparagové, která podporuje produkci kořenů, reguluje aktivitu rostlinných enzymů, zvyšuje absorpci živin a chelatuje rozptýlené kovové prvky, se autor domnívá, že vývoj polyasparagových kyselá vodorozpustná hnojiva by se měla zaměřit na speciální vodorozpustná hnojiva a špičková vodorozpustná hnojiva, zvláště vhodná pro brambory a jiné plodiny pro sklizeň hlíz a hlíz a na specializovaná vodorozpustná hnojiva pro ovoce a zeleninu s absorpcí živin bariéry, jako je nemoc hrušek a kuřecích nohou.