Nach den Statistiken der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen belief sich die weltweite Nahrungsmittelproduktion im Jahr 2017 auf 2,627 Milliarden Tonnen, wovon 618 Millionen Tonnen in China produziert wurden, was 23,5 % der gesamten weltweiten Nahrungsmittelproduktion im gleichen Zeitraum ausmachte . Um solch hohe Erträge aufrechtzuerhalten, erfordert die landwirtschaftliche Produktion Chinas jedes Jahr den Verbrauch großer Mengen an Ackerland und Süßwasserressourcen. Allerdings ist die Knappheit der oben genannten Ressourcen in China äußerst offensichtlich. Laut Statistik beträgt die Ackerlandfläche pro Kopf weniger als 0,1 hm2, was nur einem Drittel der Pro-Kopf-Menge der Welt und weniger als einem Siebtel der Pro-Kopf-Menge der Vereinigten Staaten entspricht; Chinas Süßwasserressourcen pro Kopf betragen weniger als 2200 m3, nur ein Viertel des Weltdurchschnitts, was es zu einem der Länder mit den ärmsten Pro-Kopf-Wasserressourcen der Welt macht. Daher müssen in der landwirtschaftlichen Produktion in China große Mengen chemischer Düngemittel eingesetzt werden, um den Gesamtertrag sicherzustellen.

Allerdings ist die Ausnutzung von Düngemitteln in der landwirtschaftlichen Produktion Chinas nicht zufriedenstellend. Nehmen wir als Beispiel Stickstoffdünger: Im Jahr 2017 erreichte die Gesamtmenge des in China ausgebrachten Stickstoffdüngers 22,06 Millionen Tonnen, was 35 % der weltweiten Gesamtmenge ausmacht. Allerdings lag die Gesamtnutzungsrate von Stickstoffdünger in China in diesem Jahr bei weniger als 35 %, was zu großer Verschwendung führte. Aus diesem Grund beginnen in China landwirtschaftliche Wissenschaftler und Techniker nach und nach damit, hochwertige wasserlösliche Düngemittel zu untersuchen, um sie an den Prozess der Integration von Wasserdüngern anzupassen [1-2]. Laut einer Untersuchung des National Agricultural Technology Promotion Center gibt es in China derzeit über 30 Millionen Hektar Ackerland, das für die Integration von Wasser und Düngemitteln geeignet ist, während der aktuelle Anwendungsanteil im Land nur 3,2 % beträgt. Daher ist das Entwicklungspotenzial wasserlöslicher Düngemittel in China sehr groß und ein zentraler Schwerpunkt für die zukünftige Düngemittelentwicklung.

Wasserlöslicher Dünger ist eine Multielementverbindung und ein schnell wirkender Dünger, der vollständig in Wasser löslich ist. Es hat die Eigenschaften einer guten Wasserlöslichkeit, hinterlässt keine Rückstände und kann direkt von den Wurzeln und Blättern von Nutzpflanzen aufgenommen und verwertet werden. Als wichtiger Bestandteil der Wasserdüngerintegration haben wasserlösliche Düngemittel offensichtliche Vorteile. Erstens kann dadurch die Ausnutzungsrate von Düngemitteln deutlich verbessert werden. Laut Statistik liegt der Nutzungsgrad konventioneller Düngemittel in China bei etwa 30 %, während der Nutzungsgrad wasserlöslicher Düngemittel zwischen 70 % und 80 % liegt. Es kann auch die Gesamtmenge der Düngung reduzieren, was den Grundanforderungen des nationalen dualen Kohlenstoffkreislaufs entspricht; Zweitens weisen wasserlösliche Düngemittel einen hohen Nährstoffgehalt und eine umfassende Ernährung auf, was den Ernteertrag und die Qualität erheblich verbessern kann, was sie zu einer der wichtigsten Entwicklungsrichtungen für die zukünftige Düngemittelindustrie macht; Schließlich kann die Förderung und Verwendung wasserlöslicher Düngemittel, begleitet von der Integration von Wasser und Düngemitteln, eine große Menge an Süßwasserressourcen einsparen und dazu beitragen, die Lebensqualität der chinesischen Einwohner zu verbessern. 

Derzeit sind in China noch viele Probleme bei der Herstellung und Verwendung wasserlöslicher Düngemittel zu lösen. Eine schlechte Wasserlöslichkeit und ein hoher Gehalt an unlöslichen Substanzen können leicht zu Ablagerungen in Rohrleitungen führen, insbesondere in Gebieten mit hohen Kalzium- und Magnesiumionenkonzentrationen im Bewässerungswasser. Derzeit beträgt der Bedarf an wasserunlöslichen Substanzen in löslichen Düngemitteln in China 0,5 %, während das integrierte Wasserdüngesystem im Allgemeinen fest oder halbfest ist und über extrem feine und schwer zu reinigende Wasserauslässe verfügt, die leicht durch wasserunlösliche Substanzen verstopft werden. Ein Teil des Salzes im Dünger führt zur Korrosion der Rohrleitung. Derzeit bestehen die Rohre des integrierten Wasser- und Düngemittelsystems größtenteils aus Kohlenstoffstahl oder Kunststoff, wobei die Rohre aus Kohlenstoffstahl anfällig für Korrosion durch Sauerstoff, Wasser, Säure und Alkali sind, was die Lebensdauer des Systems verkürzt und erhöht die Nutzungskosten. Der Hauptbestandteil wasserlöslicher Düngemittel sind chemische Düngemittel, die nach längerer Anwendung leicht zu Bodenverdichtung und Ungleichgewicht der Bodenmikrobengemeinschaften führen können, was letztendlich zu einer Verschlechterung der Bodenfruchtbarkeit führt. Aus den oben genannten Gründen haben große in- und ausländische Chemieunternehmen mit der Entwicklung der Integration von Wasserdüngern nacheinander Chemikalien mit Kesselstein- und Korrosionshemmwirkung entwickelt, um Probleme bei der Herstellung und Verwendung wasserlöslicher Düngemittel zu lösen. Unter ihnen sind Polyasparaginsäure und ihre Derivate die am häufigsten untersuchten Substanzen. 

1.1Anwendung von Polyasparaginsäure in wasserlöslichen Düngemitteln

Polyasparaginsäure (PASP) ist ein künstlich synthetisiertes wasserlösliches Protein, das natürlicherweise im Schleim von Meeresschalentieren wie Austern vorkommt. Es handelt sich um einen Wirkstoff, der von Meeresschalentieren zur Anreicherung von Nährstoffen und zur Bildung von Muscheln verwendet wird. Polyasparaginsäure kann als neuartiger Düngemittelsynergist die Aufnahme von Stickstoff, Phosphor, Kalium und Spurenelementen durch Nutzpflanzen verbessern; Darüber hinaus ist Polyasparaginsäure ungiftig, harmlos und vollständig biologisch abbaubar, was sie zu einer weltweit anerkannten umweltfreundlichen Chemikalie macht. Forschungs- und Anwendungsergebnisse im In- und Ausland haben gezeigt, dass Polyasparaginsäure als synergistischer Wirkstoff für wasserlösliche Düngemittel hauptsächlich folgende Aspekte hat.

1.1 Dispersionswirkung von Polyasparaginsäure

Zu den Hauptgründen für Rohrleitungsverstopfungen bei der Verwendung wasserlöslicher Düngemittel gehören Niederschläge, die durch chemische Reaktionen zwischen Düngemitteln verursacht werden, eine verringerte Löslichkeit aufgrund des pH-Werts des Wassers und wasserunlösliche Substanzen in Düngemitteln. Diese auf verschiedenen Wegen gebildeten wasserunlöslichen Substanzen haften nach und nach im Inneren oder Auslass der Rohrleitung an, insbesondere wasserunlösliche Salze wie Kalzium und Magnesium, und blockieren dadurch das gesamte System. 

Polyasparaginsäure kann als neuartiges grünes Dispergiermittel die Bildung und Aggregation anorganischer Salzablagerungen verhindern und lindern, wenn es in Tropfbewässerungssystemen (Sprühbewässerungssystemen) eingesetzt wird. Es kann die gebildeten Ablagerungen in kleine Partikel zerstreuen, die im Wassersystem schweben, wodurch das Verstopfungsproblem wasserlöslicher Düngemittel im System während der Verwendung verringert wird. Untersuchungen zufolge hat Polyasparaginsäure als chelatbildendes Dispergiermittel in Wasserkreislaufsystemen eine gute chelatbildende und dispergierende Wirkung auf Eisenoxide, Calciumcarbonat, Titandioxid, Zinkhydroxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid, Mangandioxid usw. Koskan et al. glauben, dass Polyasparaginsäure die Ablagerung von Ablagerungen auf Wärmeübertragungsflächen und Wassersystemleitungen verhindern kann. 

Inzwischen haben Untersuchungen zu den Auswirkungen des Molekulargewichts von Polyasparaginsäure und der Systemtemperatur auf die Ablagerungshemmung bestätigt, dass die Ablagerungshemmwirkung von Polyasparaginsäure eng mit ihrem Molekulargewicht, nicht jedoch mit der Systemtemperatur zusammenhängt. Es wird allgemein angenommen, dass die Ablagerungshemmwirkung von Polyasparaginsäure, die mit verschiedenen Methoden synthetisiert wird, eng mit der entsprechenden Ablagerung zusammenhängt. Beispielsweise hat Polyasparaginsäure unter Verwendung von Asparaginsäure als Rohmaterial eine bessere Wirkung zur Hemmung von Ablagerungen auf CaF2, während Polyasparaginsäure unter Verwendung von Maleinsäureanhydrid und seinen Derivaten eine bessere Wirkung zur Hemmung von Ablagerungen auf BaSO4, SrSO4, CaSO4 usw. aufweist. Ross et al. bestätigte, dass der optimale gewichtsmittlere Molekulargewichtsbereich zum Dispergieren von Polyasparaginsäure wie Calciumcarbonat, Calciumsulfat und Bariumsulfat zwischen 10.000 und 4.000 liegt. Quan Zhenhua und andere fanden heraus, dass die Temperaturänderung bei einer Wassertemperatur unter 60 °C nur geringe Auswirkungen hat Wirkung auf die Ablagerungshemmungsrate von Polyasparaginsäure; Wenn Ca2+ 800 mg/L beträgt und die Dosierung von Polyasparaginsäure nur 3 mg/L beträgt, kann die Ablagerungshemmungsrate immer noch über 90 % erreichen. Bei 20 °C verzögert Polyasparaginsäure die Keimbildung von Calciumcarbonat um mindestens 150 Minuten. Diese Studien belegen alle die Universalität der Wirkung von Polyasparaginsäure bei der Hemmung von Ablagerungen auf die Temperatur. 

1.2 Korrosionshemmung von Polyasparaginsäure

Es wird allgemein angenommen, dass die polaren Gruppen (einschließlich N- und O-Gruppen) in Polyasparaginsäure an Metallrohrleitungen adsorbiert werden, wodurch die Aktivierungsenergie des Metallionisierungsprozesses erheblich verbessert wird. Gleichzeitig sind die unpolaren Gruppen (Alkyl R) gerichtet vom Metall weg angeordnet und bilden einen hydrophoben Film, wodurch die Korrosion von Metallrohrleitungen durch wässrige Lösungen gehemmt wird und Tropfbewässerungssysteme bei der Integration wirksam geschützt werden Wasser und Dünger, wodurch die Lebensdauer der Ausrüstung verlängert und die Produktionskosten gesenkt werden. Polyasparaginsäure hat in verschiedenen Systemen eine korrosionshemmende Wirkung auf verschiedene Metallmaterialien wie Kohlenstoffstahl, Kupfer, Messing und Weißkupfer [25]; Wenn die Konzentration von Polyasparaginsäure 100 mg/L beträgt, kann die Korrosionshemmungsrate von Kohlenstoffstahl 93 % erreichen, und bei dieser Konzentration kann Polyasparaginsäure die Korrosionsrate von Kohlenstoffstahl um 90 % verlangsamen und so die Lebensdauer effektiv verlängern die Pipeline. 

In einschlägigen Studien haben Forscher herausgefunden, dass Polyasparaginsäure unter verschiedenen pH-Bedingungen eine gute Hemmwirkung auf Rohrleitungskorrosion in Wassersystemen hat. Bentons Untersuchungen legen nahe, dass die Verwendung von Polyasparaginsäure und ihren Salzen mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 5000 und einer Konzentration von 25 mg/L in einem korrosiven Salzlösungsmedium mit einem pH-Wert von 4,0 bis 6,6 die Korrosion von Kohlenstoffstahl durch Kohlendioxid wirksam hemmen kann . Als Kalota et al. und Silverman et al. [30] untersuchten die Korrosionshemmleistung von Polyasparaginsäure auf Eisen unter verschiedenen pH-, Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen und stellten fest, dass Polyasparaginsäure eine gute Korrosionshemmleistung aufweist, wenn der pH-Wert größer als 10 ist. Mansfeld et al. [31] fanden heraus, dass gute Ergebnisse auch bei einem pH-Wert im Bereich von 8 bis 9 erzielt werden können. Daher kann Polyasparaginsäure die Korrosion von Rohrleitungen während der Verwendung verschiedener Formeln wasserlöslicher Düngemittel lösen, was für die Anwendung von festen oder hilfreichen Düngemitteln hilfreich ist halbfeste Rohrleitungssysteme. 

1.3 Synergistische und qualitätssteigernde Wirkungen von Polyasparaginsäure

Es wurde berichtet, dass Polyasparaginsäure als Düngemittelsynergist oder Nährstoffverstärker eine langsame Freisetzung und Effizienzsteigerung, eine erhöhte Düngemittelausnutzung, eine verbesserte Erntequalität sowie einen höheren Ertrag und ein höheres Einkommen bewirkt. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Zugabe von Polyasparaginsäure zu wasserlöslichen Düngemitteln die Wirksamkeit des Düngemittels verlängern, eine gleichmäßige Nährstoffaufnahme der Pflanzen während des gesamten Wachstumsprozesses gewährleisten und so eine effektive Düngemittelausnutzung gewährleisten kann. Das von Lei Quankui et al. durchgeführte Experiment. zeigten, dass die Verwertungseffizienz von N-, P- und K-Düngemitteln in Erdnüssen nach der Anwendung von Polyasparaginsäure in unterschiedlichem Maße zunahm und die Erdnuss während der gesamten Wachstumssaison weniger anfällig für Nährstoffmangelsymptome war. Cao Dan et al. untersuchten die Persistenz von Polyasparaginsäure und zeigten, dass die einmal jährliche Verwendung von Polyasparaginsäure bei beiden Kulturen eine ertragssteigernde Wirkung hat. 

Berichten zufolge kann Polyasparaginsäure die für das Pflanzenwachstum essentiellen Nähr- und Spurenelemente wirksam aktivieren, die Absorptionseffizienz großer Mengen an Elementen verbessern und so die Düngemittelausnutzung steigern. Nach der Verwendung kann es die Stressresistenz der Pflanzen erhöhen, die Enzymaktivität in Pflanzen regulieren, den Ertrag steigern und die Pflanzenqualität verbessern. Li Jiangang et al. fanden heraus, dass die Anwendung von Polyasparaginsäure auf Nutzpflanzen wie grünes Gemüse zu einem unterschiedlich starken Anstieg des Vitamin C- und löslichen Zuckergehalts führte, was die Qualität von Gemüse und Obst wirksam verbessern kann. Jiao Yongkang et al. Durch Besprühen der Blätter mit verschiedenen Arten von Polyasparaginsäure-Chelaten wurde festgestellt, dass die Verwendung von Polyasparaginsäure nicht nur den Ertrag und die Qualität der Huangguan-Birne erhöht, sondern auch die Vergilbung verringert. Die durch die Krähenkrallenkrankheit des Birnbaums verursachten Verluste. Tang Huihui et al. Bei ihrer Studie über die Anwendung von Polyaspartic-Stickstoffdünger bei Nordost-Frühlingsmais stellten sie fest, dass PASP N für den Maisanbau unter der Bedingung verwendet wurde, den Gesamtstickstoff um 1/3 zu reduzieren, ohne den Maisertrag zu verringern und die Enzymaktivität im Mais in verschiedenen Stadien wirksam zu regulieren. was sich positiv auf die Gewichtsabnahme und Leistungssteigerung auswirkt. Xu Yanwei et al. fanden heraus, dass nach der Anwendung von Polyasparaginsäure enthaltendem Harnstoff auf Reis die Wirksamkeit des Düngers deutlich verbessert wurde und der Dünger während der Wachstumssaison nicht entfernt wurde. Cao Dan et al. fanden heraus, dass die Anwendung von Polyasparaginsäure zur Kultivierung von Pappelsämlingen eine entsprechende Reduzierung des Stickstoffverbrauchs erfordert, um den hohen Stickstoffstress, der durch eine hohe Stickstoffnutzungseffizienz verursacht wird, zu lindern.

1.4 Umweltschutzeigenschaften von Polyasparaginsäure

Polyasparaginsäure ist ein Polymer, das hauptsächlich aus Aminosäuren besteht und von Mikroorganismen in der Umwelt vollständig zu verwertbaren niedermolekularen Aminosäuren, Wasser und Kohlendioxid abgebaut werden kann. Jemand verwendete die OECD301A-Methode, um die biologische Abbaubarkeit von Polyasparaginsäure zu untersuchen, und stellte fest, dass die Menge an Kohlendioxid, die durch die Behandlung mit Polyasparaginsäure freigesetzt wurde, nahe an der Referenzglukose lag. Darüber hinaus haben Xiong Rongchun und andere auch gezeigt, dass Polyasparaginsäure eine umweltfreundliche Chemikalie mit ausgezeichneter biologischer Abbaubarkeit ist. 

2 Ausblick

Mit der schrittweisen Verwirklichung des Ziels „eine Kontrolle, zwei Reduzierungen und drei Grundwerte“ in der chinesischen Landwirtschaft wird der Integrationsprozess von Wasser und Düngemitteln immer schneller und die Nachfrage nach wasserlöslichen Düngemitteln, insbesondere nach hochwertigen Wasserdüngern, steigt. lösliche Düngemittel nehmen zu. Polyasparaginsäure kann als umweltfreundliches und umweltfreundliches chelatbildendes Dispergiermittel und Düngemittelsynergist nicht nur die Ablagerung chemischer Düngemittel und die Korrosion von Rohrleitungen wirksam verhindern, sondern auch die Effizienz und Qualität verbessern und bietet gute Anwendungsaussichten. 

Als Reaktion auf den aktuellen Anwendungsstatus von Polyasparaginsäure in wasserlöslichen Düngemitteln in Kombination mit den Eigenschaften von Polyasparaginsäure, die die Wurzelproduktion fördert, die Aktivität von Pflanzenenzymen reguliert, die Nährstoffaufnahme verbessert und dispergierte Metallelemente chelatisiert, glaubt der Autor, dass die Entwicklung von Polyasparaginsäure Wasserlösliche Düngemittel auf Säurebasis sollten sich auf spezielle wasserlösliche Düngemittel und hochwertige wasserlösliche Düngemittel konzentrieren, die besonders für Kartoffeln und andere Nutzpflanzen zur Ernte von Knollen und Knollen geeignet sind, sowie auf spezielle wasserlösliche Düngemittel für Obst und Gemüse mit Nährstoffaufnahme Barrieren wie die Birnen- und Hühnerfußkrankheit.