Ifølge statistikken fra FN's Fødevare- og Landbrugsorganisation i 2017 var den globale fødevareproduktion 2,627 milliarder tons, hvoraf 618 millioner tons blev produceret i Kina, svarende til 23,5% af den samlede globale fødevareproduktion i samme periode . For at opretholde så høje udbytter kræver Kinas landbrugsproduktion forbrug af en stor mængde landbrugsjord og ferskvandsressourcer hvert år. Imidlertid er knapheden på de førnævnte ressourcer i Kina yderst tydelig. Ifølge statistikker er agerjordsarealet pr. indbygger mindre end 0,1 hm2, hvilket kun er en tredjedel af verdens mængde pr. indbygger og mindre end en syvendedel af USA's; Kinas per capita ferskvandsressourcer er mindre end 2200 m3, kun 1/4 af verdensgennemsnittet, hvilket gør det til et af landene med de fattigste per capita vandressourcer i verden. Derfor skal der bruges en stor mængde kunstgødning i landbrugsproduktionen i Kina for at sikre det samlede udbytte.

Men i Kinas landbrugsproduktion er udnyttelsesgraden af ​​gødning ikke tilfredsstillende. Tager man nitrogengødning som et eksempel, nåede den samlede mængde kvælstofgødning, der blev anvendt i Kina, i 2017 22,06 millioner tons, svarende til 35% af verdens samlede mængde. Imidlertid var den omfattende udnyttelsesgrad af nitrogengødning i Kina mindre end 35% det år, hvilket forårsagede stort spild. Derfor begynder landbrugsvidenskabs- og teknologiarbejdere i Kina gradvist at studere high-end vandopløselige gødninger for at tilpasse sig processen med vandgødningsintegration [1-2]. Ifølge forskningen udført af National Agricultural Technology Promotion Center er der i øjeblikket over 30 millioner hektar agerjord egnet til integration af vand og gødning i Kina, mens den nuværende anvendelsesandel i landet kun er 3,2 %. Derfor er udviklingspotentialet for vandopløselig gødning i Kina meget stort, og det er et centralt fokus for fremtidig gødningsudvikling.

Vandopløselig gødning er en multielementforbindelse og hurtigvirkende gødning, der er fuldstændig opløselig i vand. Det har karakteristika for god vandopløselighed, ingen rester og kan absorberes direkte og udnyttes af afgrødernes rødder og blade. Som en vigtig komponent i vandgødningsintegration har vandopløselige gødninger indlysende fordele. For det første kan det forbedre udnyttelsesgraden af ​​gødning markant. Ifølge statistikker er udnyttelsesgraden af ​​konventionelle gødninger i Kina omkring 30%, mens udnyttelsesgraden af ​​vandopløselige gødninger er mellem 70% og 80%. Det kan også reducere den samlede mængde befrugtning, som opfylder de grundlæggende krav i den nationale dobbelte kulstofcyklus; For det andet har vandopløselige gødninger et højt næringsstofindhold og omfattende ernæring, hvilket kan forbedre afgrødeudbyttet og kvaliteten væsentligt, hvilket gør dem til en af ​​de vigtigste udviklingsretninger for fremtidens gødningsindustri; Endelig kan fremme og brug af vandopløselige gødninger, ledsaget af integration af vand og gødning, spare en stor mængde ferskvandsressourcer og hjælpe med at forbedre livskvaliteten for kinesiske indbyggere. 

På nuværende tidspunkt er der stadig mange problemer, der skal løses i produktionen og brugen af ​​vandopløselig gødning i Kina. Dårlig vandopløselighed og højt indhold af uopløselige stoffer kan let forårsage kalkblokering i rørledninger, især i områder med høje calcium- og magnesiumionkoncentrationer i kunstvandingsvand. På nuværende tidspunkt er kravet til vanduopløselige stoffer i opløselige gødninger i Kina 0,5 %, mens det integrerede vandgødningssystem generelt er fast eller halvfast med ekstremt fine og vanskelige at rengøre vandudløb, som let blokeres af vanduopløselige stoffer. En del af saltet i gødningen vil korrodere rørledningen. På nuværende tidspunkt er rørene i det integrerede vand- og gødningssystem for det meste lavet af kulstofstål eller plast, blandt hvilke rørene lavet af kulstofstål er tilbøjelige til korrosion af ilt, vand, syre og alkali, hvilket forkorter systemets levetid og øger brugsomkostningerne. Hovedbestanddelen af ​​vandopløselig gødning er kemisk gødning, som nemt kan forårsage jordkomprimering og ubalance i jordens mikrobielle samfund efter langvarig brug, hvilket i sidste ende fører til jordens frugtbarhedsforringelse. Baseret på ovenstående årsager, med udviklingen af ​​vandgødningsintegration, har store indenlandske og udenlandske kemiske virksomheder successivt udviklet kemikalier med skala- og korrosionshæmmende virkninger for at løse problemer med produktion og brug af vandopløselige gødninger. Blandt dem er polyasparaginsyre og dens derivater de mest undersøgte stoffer. 

1.1 Anvendelse af polyasparaginsyre i vandopløselige gødninger

Polyasparaginsyre (PASP) er et kunstigt syntetiseret vandopløseligt protein, der naturligt findes i slim af marine skaldyr såsom østers. Det er et aktivt stof, der bruges af marine skaldyr til at berige næringsstoffer og skabe skaller. Polyasparaginsyre, som en ny type gødningssynergist, kan øge afgrødernes absorption af nitrogen, fosfor, kalium og sporstoffer; Derudover er polyasparaginsyre ugiftig, harmløs og fuldt bionedbrydelig, hvilket gør den til et globalt anerkendt grønt kemikalie. Forsknings- og anvendelsesresultater i ind- og udland har vist, at polyasparaginsyre, som et synergistisk middel til vandopløselige gødninger, har hovedeffekter i følgende aspekter.

1.1 Dispersionseffekt af polyasparaginsyre

Hovedårsagerne til rørledningsblokering under brugen af ​​vandopløselig gødning omfatter nedbør forårsaget af kemiske reaktioner mellem gødninger, nedsat opløselighed forårsaget af vand-pH og vanduopløselige stoffer i gødning. Disse vanduopløselige stoffer dannet gennem forskellige veje klæber gradvist til det indre eller udløb af rørledningen, især vanduopløselige salte såsom calcium og magnesium, og blokerer derved hele systemet. 

Polyasparaginsyre, som en ny type grønt dispergeringsmiddel, kan forhindre og lindre dannelsen og aggregeringen af ​​uorganisk saltbelægning, når den påføres dryp (spray) kunstvandingssystemer. Det kan sprede den dannede kedelsten til små partikler suspenderet i vandsystemet og derved reducere blokeringsproblemet med vandopløselig gødning i systemet under brug. Ifølge forskning har polyasparaginsyre, som et chelaterende dispergeringsmiddel i vandcirkulationssystemer, gode chelaterende og dispergerende virkninger på jernoxider, calciumcarbonat, titaniumdioxid, zinkhydroxid, magnesiumhydroxid, magnesiumoxid, mangandioxid, etc. Koskan et al. mener, at polyasparaginsyre kan forhindre aflejring af kalk på varmeoverførselsoverflader og vandsystemrørledninger. 

I mellemtiden har forskning i virkningerne af polyasparaginsyres molekylvægt og systemtemperatur på skalahæmning bekræftet, at polyasparaginsyres skalahæmmende virkning er tæt forbundet med dens molekylvægt, men ikke til systemtemperaturen. Det antages generelt, at den skalahæmmende virkning af polyasparaginsyre syntetiseret ved forskellige metoder er tæt forbundet med dens tilsvarende skala. For eksempel har polyasparaginsyre, der anvender asparaginsyre som råmateriale, bedre kedelstensinhiberende virkning på CaF2, mens polyasparaginsyre, der anvender maleinsyreanhydrid og dets derivater, har bedre kedelstensinhiberende virkning på BaSO4, SrSO4, CaSO4, etc. Ross et al. bekræftet, at det optimale vægtgennemsnitlige molekylvægtinterval for dispergering af polyasparaginsyre såsom calciumcarbonat, calciumsulfat og bariumsulfat er mellem 10.000 og 4.000. Quan Zhenhua og andre fandt ud af, at når vandtemperaturen er under 60 ℃, har temperaturændringen lille effekt på skalahæmningshastigheden af ​​polyasparaginsyre; Når Ca2+ er 800mg/L, og doseringen af ​​polyasparaginsyre kun er 3 mg/L, kan skælhæmningsraten stadig nå over 90%. Ved 20 ℃ forårsager polyasparaginsyre en forsinkelse på mindst 150 minutter i kernedannelsen af ​​calciumcarbonat. Disse undersøgelser indikerer alle universaliteten af ​​polyasparaginsyreskalahæmning i forhold til temperatur. 

1.2 Korrosionshæmning af polyasparaginsyre

Det antages generelt, at de polære grupper (herunder N- og O-grupper) i polyasparaginsyre adsorberes på metalrørledninger, hvilket i høj grad forbedrer aktiveringsenergien af ​​metalioniseringsprocessen. Samtidig er de ikke-polære grupper (alkyl R) arrangeret i en retningsbestemt måde væk fra metallet og danner en hydrofob film, hvorved korrosionen af ​​metalrørledninger hæmmes af vandige opløsninger, hvilket effektivt beskytter drypvandingssystemer i integrationen af vand og gødning, forlænger udstyrets levetid og reducerer produktionsomkostningerne. Polyasparaginsyre har korrosionshæmmende virkninger på forskellige metalmaterialer såsom kulstofstål, kobber, messing og hvidt kobber i forskellige systemer [25]; Når koncentrationen af ​​polyasparaginsyre er 100 mg/L, kan korrosionshæmningshastigheden for kulstofstål nå 93%, og ved denne koncentration kan polyasparaginsyre sænke korrosionshastigheden af ​​kulstofstål med 90%, hvilket effektivt forlænger levetiden på rørledningen. 

I relevante undersøgelser har forskere fundet ud af, at polyasparaginsyre har en god hæmmende effekt på rørledningskorrosion i vandsystemer under forskellige pH-forhold. Bentons forskning tyder på, at brug af polyasparaginsyre og dens salte med en molekylvægt på 1000 til 5000 og en koncentration på 25 mg/L i et ætsende saltopløsningsmedium med en pH-værdi på 4,0 til 6,6 effektivt kan hæmme korrosionen af ​​kulstofstål med kuldioxid . Når Kalota et al. og Silverman et al. [30] undersøgte polyasparaginsyres korrosionshæmmende ydeevne på jern under forskellige pH-, temperatur- og fugtforhold, fandt de, at polyasparaginsyre har en god korrosionshæmmende ydeevne, når pH er større end 10. Mansfeld et al. [31] fandt ud af, at gode resultater også kan opnås ved pH-værdier fra 8 til 9. Derfor kan polyasparaginsyre løse korrosionen af ​​rørledninger under brugen af ​​forskellige formler for vandopløselige gødninger, hvilket er nyttigt til påføring af faste eller semi-faste rørledningssystemer. 

1.3 Synergistiske og kvalitetsforbedrende effekter af polyasparaginsyre

Polyasparaginsyre, som en gødningssynergist eller næringsforstærker, er blevet rapporteret i form af langsom frigivelse og effektivitetsforøgelse, øget gødningsudnyttelse, forbedret afgrødekvalitet og øget udbytte og indkomst. Forskning har vist, at tilsætning af polyasparaginsyre til vandopløselig gødning kan forlænge effektiviteten af ​​gødningen, sikre at afgrøder optager næringsstoffer jævnt gennem hele vækstprocessen og dermed sikre en effektiv udnyttelse af gødning. Eksperimentet udført af Lei Quankui et al. viste, at udnyttelseseffektiviteten af ​​N-, P- og K-gødning i jordnødder steg i varierende grad efter påføring af polyasparaginsyre, og jordnødden var mindre tilbøjelig til næringsstofmangelsymptomer gennem hele vækstsæsonen. Cao Dan et al. undersøgt polyasparaginsyres persistens og påvist, at brug af polyasparaginsyre en gang om året har en udbytteforøgende effekt på begge afgrøder. 

Ifølge rapporter kan polyasparaginsyre effektivt aktivere det essentielle medium og sporstoffer til afgrødevækst, forbedre absorptionseffektiviteten af ​​store mængder af grundstoffer og dermed øge gødningsudnyttelsen. Efter brug kan det øge modstandsdygtigheden over for afgrødestress, regulere enzymaktiviteten i afgrøder, øge udbyttet og forbedre afgrødekvaliteten. Li Jiangang et al. fandt ud af, at påføring af polyasparaginsyre på afgrøder som grønne grøntsager resulterede i varierende grader af stigning i C-vitamin og indhold af opløseligt sukker, hvilket effektivt kan forbedre kvaliteten af ​​grøntsager og frugter. Jiao Yongkang et al. fundet gennem bladsprøjtning af forskellige typer polyasparaginsyrechelater, at brugen af ​​polyasparaginsyre ikke kun øger udbyttet og kvaliteten af ​​Huangguan pære, men også reducerer gulning. Tabene forårsaget af krageklo-sygen hos pæretræet. Tang Huihui et al. fandt gennem deres undersøgelse af påføringen af ​​polyasparaginsk kvælstofgødning til nordøstlig forårsmajs, at PASP N blev brugt til majsdyrkning under betingelse af at reducere det samlede kvælstof med 1/3, uden at reducere majsudbyttet og effektivt regulere enzymaktiviteten i majs på forskellige stadier, hvilket er gavnligt for vægttab og effektivitetsforbedring. Xu Yanwei et al. fandt ud af, at efter påføring af urinstof indeholdende polyasparaginsyre på ris, var effektiviteten af ​​gødningen væsentligt forbedret, og gødningen blev ikke fjernet i vækstsæsonen. Cao Dan et al. fundet, at anvendelse af polyasparaginsyre til at dyrke poppelfrøplanter kræver en passende reduktion i nitrogenforbruget for at afhjælpe høj nitrogenbelastning forårsaget af høj nitrogenudnyttelseseffektivitet.

1.4 Miljøbeskyttelseskarakteristika for polyasparaginsyre

Polyasparaginsyre er en polymer hovedsageligt sammensat af aminosyrer, som fuldstændigt kan nedbrydes af mikroorganismer i miljøet til brugbare aminosyrer med lav molekylvægt, vand og kuldioxid. Nogen brugte OECD301A-metoden til at studere bionedbrydeligheden af ​​polyasparaginsyre og fandt ud af, at mængden af ​​kuldioxid, der frigives ved polyasparaginsyrebehandling, var tæt på referenceglucose. Derudover har Xiong Rongchun og andre også vist, at polyasparaginsyre er et grønt kemikalie med fremragende biologisk nedbrydelighed. 

2 Outlook

Med den gradvise realisering af målet om "én kontrol, to reduktioner og tre grundlæggende" i Kinas landbrug bliver integrationsprocessen af ​​vand og gødning stadig hurtigere, og efterspørgslen efter vandopløselig gødning, især high-end vand- opløselig gødning, er stigende. Polyasparaginsyre, som et grønt og miljøvenligt chelaterende dispergeringsmiddel og gødningssynergist, kan ikke kun effektivt forhindre skalering af kemisk gødning og korrosion af rørledninger, men også forbedre effektiviteten og kvaliteten med stærke anvendelsesmuligheder. 

Som svar på den nuværende anvendelsesstatus for polyasparaginsyre i vandopløselige gødninger, kombineret med egenskaberne ved polyasparaginsyre, der fremmer rodproduktion, regulerer afgrødens enzymaktivitet, øger næringsstofabsorptionen og chelaterer dispergerede metalelementer, mener forfatteren, at udviklingen af ​​polyasparaginsyre syrebaserede vandopløselige gødninger bør fokusere på specielle vandopløselige gødninger og high-end vandopløselige gødninger, især velegnet til kartofler og andre afgrøder til høst af knolde og knolde, og i specialiseret vandopløselig gødning til frugt og grøntsager med næringsoptagelse barrierer, såsom pære- og kyllingefodssygdom.