Según las estadísticas de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura en 2017, la producción mundial de alimentos fue de 2.627 millones de toneladas, de las cuales 618 millones de toneladas se produjeron en China, lo que representó el 23,5% de la producción mundial total de alimentos durante el mismo período. . Para mantener rendimientos tan altos, la producción agrícola de China requiere el consumo de una gran cantidad de tierras de cultivo y recursos de agua dulce cada año. Sin embargo, la escasez de los recursos mencionados en China es sumamente evidente. Según las estadísticas, la superficie cultivable per cápita es inferior a 0,1 hm2, lo que representa sólo un tercio de la cantidad per cápita mundial y menos de una séptima parte de la de los Estados Unidos; Los recursos de agua dulce per cápita de China son inferiores a 2200 m3, sólo 1/4 del promedio mundial, lo que lo convierte en uno de los países con los recursos de agua per cápita más pobres del mundo. Por lo tanto, se debe utilizar una gran cantidad de fertilizantes químicos en la producción agrícola en China para garantizar el rendimiento general.

Sin embargo, en la producción agrícola de China, la tasa de utilización de fertilizantes no es satisfactoria. Tomando como ejemplo los fertilizantes nitrogenados, en 2017, la cantidad total de fertilizantes nitrogenados aplicados en China alcanzó los 22,06 millones de toneladas, lo que representa el 35% del total mundial. Sin embargo, la tasa de utilización integral de fertilizantes nitrogenados en China fue inferior al 35% ese año, lo que provocó un gran desperdicio. Por lo tanto, los trabajadores de ciencia y tecnología agrícolas en China están comenzando gradualmente a estudiar fertilizantes solubles en agua de alta gama para adaptarse al proceso de integración de fertilizantes en agua [1-2]. Según una investigación realizada por el Centro Nacional de Promoción de Tecnología Agrícola, actualmente hay más de 30 millones de hectáreas de tierra cultivable aptas para la integración de agua y fertilizantes en China, mientras que la proporción de aplicación actual en el país es sólo del 3,2%. Por lo tanto, el potencial de desarrollo de fertilizantes solubles en agua en China es enorme y es un foco clave para el desarrollo futuro de fertilizantes.

El fertilizante soluble en agua es un compuesto multielemento y un fertilizante de acción rápida que es completamente soluble en agua. Tiene las características de buena solubilidad en agua, no deja residuos y puede ser absorbido y utilizado directamente por las raíces y hojas de los cultivos. Como componente importante de la integración de fertilizantes en agua, los fertilizantes solubles en agua tienen ventajas obvias. En primer lugar, puede mejorar significativamente la tasa de utilización de fertilizantes. Según las estadísticas, la tasa de utilización de fertilizantes convencionales en China es de aproximadamente el 30%, mientras que la tasa de utilización de fertilizantes solubles en agua está entre el 70% y el 80%. También puede reducir la cantidad total de fertilización, que cumple con los requisitos básicos del ciclo dual del carbono nacional; En segundo lugar, los fertilizantes solubles en agua tienen un alto contenido de nutrientes y una nutrición integral, lo que puede mejorar significativamente el rendimiento y la calidad de los cultivos, convirtiéndolos en una de las direcciones clave de desarrollo para la futura industria de fertilizantes; Finalmente, la promoción y el uso de fertilizantes solubles en agua, acompañados de la integración de agua y fertilizantes, pueden ahorrar una gran cantidad de recursos de agua dulce y ayudar a mejorar la calidad de vida de los residentes chinos. 

En la actualidad, todavía quedan muchos problemas por resolver en la producción y uso de fertilizantes solubles en agua en China. La mala solubilidad en agua y el alto contenido de sustancias insolubles pueden causar fácilmente obstrucciones en las tuberías, especialmente en áreas con altas concentraciones de iones de calcio y magnesio en el agua de riego. En la actualidad, el requisito de sustancias insolubles en agua en los fertilizantes solubles en China es del 0,5%, mientras que el sistema integrado de fertilizantes en agua es generalmente fijo o semifijo, con salidas de agua extremadamente finas y difíciles de limpiar, que se bloquean fácilmente con sustancias insolubles en agua. Parte de la sal del fertilizante corroerá la tubería. En la actualidad, las tuberías del sistema integrado de agua y fertilizantes están hechas en su mayoría de acero al carbono o plástico, entre las cuales las tuberías de acero al carbono son propensas a la corrosión por oxígeno, agua, ácidos y álcalis, lo que acorta la vida útil del sistema. y aumenta el coste de uso. El componente principal de los fertilizantes solubles en agua son los fertilizantes químicos, que pueden causar fácilmente la compactación del suelo y el desequilibrio de las comunidades microbianas del suelo después de un uso prolongado, lo que en última instancia conduce a la degradación de la fertilidad del suelo. Por las razones anteriores, con el desarrollo de la integración de fertilizantes acuáticos, las principales empresas químicas nacionales y extranjeras han desarrollado sucesivamente productos químicos con efectos inhibidores de incrustaciones y corrosión para resolver problemas en la producción y el uso de fertilizantes solubles en agua. Entre ellos, el ácido poliaspártico y sus derivados son las sustancias más estudiadas. 

1.1Aplicación de ácido poliaspártico en fertilizantes solubles en agua.

El ácido poliaspártico (PASP) es una proteína soluble en agua sintetizada artificialmente que existe naturalmente en la mucosa de los mariscos marinos como las ostras. Es una sustancia activa utilizada por los mariscos marinos para enriquecer nutrientes y crear conchas. El ácido poliaspártico, como nuevo tipo de fertilizante sinérgico, puede mejorar la absorción de nitrógeno, fósforo, potasio y oligoelementos por parte de los cultivos; Además, el ácido poliaspártico no es tóxico, es inofensivo y totalmente biodegradable, lo que lo convierte en un químico ecológico reconocido mundialmente. Los resultados de investigaciones y aplicaciones en el país y en el extranjero han demostrado que el ácido poliaspártico, como agente sinérgico para fertilizantes solubles en agua, tiene efectos principales en los siguientes aspectos.

1.1 Efecto de dispersión del ácido poliaspártico.

Las principales razones del bloqueo de las tuberías durante el uso de fertilizantes solubles en agua incluyen la precipitación causada por reacciones químicas entre fertilizantes, la disminución de la solubilidad causada por el pH del agua y las sustancias insolubles en agua en los fertilizantes. Estas sustancias insolubles en agua formadas a través de diferentes vías se adhieren gradualmente al interior o a la salida de la tubería, especialmente las sales insolubles en agua como el calcio y el magnesio, bloqueando así todo el sistema. 

El ácido poliaspártico, como nuevo tipo de dispersante verde, puede prevenir y aliviar la formación y agregación de incrustaciones de sales inorgánicas cuando se aplica a sistemas de riego por goteo (aspersión). Puede dispersar las incrustaciones formadas en pequeñas partículas suspendidas en el sistema de agua, reduciendo así el problema de obstrucción de los fertilizantes solubles en agua en el sistema durante su uso. Según la investigación, el ácido poliaspártico, como dispersante quelante en sistemas de circulación de agua, tiene buenos efectos quelantes y dispersantes sobre óxidos de hierro, carbonato de calcio, dióxido de titanio, hidróxido de zinc, hidróxido de magnesio, óxido de magnesio, dióxido de manganeso, etc. Koskan et al. Creemos que el ácido poliaspártico puede prevenir la deposición de incrustaciones en las superficies de transferencia de calor y las tuberías del sistema de agua. 

Mientras tanto, la investigación sobre los efectos del peso molecular del ácido poliaspártico y la temperatura del sistema en la inhibición de incrustaciones ha confirmado que el efecto de inhibición de incrustaciones del ácido poliaspártico está estrechamente relacionado con su peso molecular, pero no con la temperatura del sistema. En general, se cree que el efecto de inhibición de incrustaciones del ácido poliaspártico sintetizado mediante diferentes métodos está estrechamente relacionado con su incrustación correspondiente. Por ejemplo, el ácido poliaspártico que utiliza ácido aspártico como materia prima tiene un mejor efecto de inhibición de incrustaciones sobre CaF2, mientras que el ácido poliaspártico que utiliza anhídrido maleico y sus derivados tiene un mejor efecto de inhibición de incrustaciones sobre BaSO4, SrSO4, CaSO4, etc. Ross et al. confirmó que el rango de peso molecular promedio en peso óptimo para dispersar ácido poliaspártico como carbonato de calcio, sulfato de calcio y sulfato de bario está entre 10000 y 4000. Quan Zhenhua y otros descubrieron que cuando la temperatura del agua es inferior a 60 ℃, el cambio de temperatura tiene poco efecto sobre la tasa de inhibición de incrustaciones del ácido poliaspártico; Cuando el Ca2+ es de 800 mg/L y la dosis de ácido poliaspártico es de sólo 3 mg/L, la tasa de inhibición de incrustaciones aún puede alcanzar más del 90%. A 20 ℃, el ácido poliaspártico provoca un retraso de al menos 150 minutos en la nucleación del carbonato cálcico. Todos estos estudios indican la universalidad del rendimiento de la inhibición de incrustaciones del ácido poliaspártico en función de la temperatura. 

1.2 Inhibición de la corrosión del ácido poliaspártico

Generalmente se cree que los grupos polares (incluidos los grupos N y O) del ácido poliaspártico se adsorben en tuberías metálicas, lo que mejora en gran medida la energía de activación del proceso de ionización de metales. Al mismo tiempo, los grupos no polares (alquil R) están dispuestos de manera direccional alejada del metal, formando una película hidrófoba, inhibiendo así la corrosión de las tuberías metálicas por soluciones acuosas, protegiendo eficazmente los sistemas de riego por goteo en la integración de agua y fertilizantes, extendiendo la vida útil de los equipos y reduciendo los costos de producción. El ácido poliaspártico tiene efectos de inhibición de la corrosión en diversos materiales metálicos como acero al carbono, cobre, latón y cobre blanco en varios sistemas [25]; Cuando la concentración de ácido poliaspártico es de 100 mg/L, la tasa de inhibición de la corrosión del acero al carbono puede alcanzar el 93%, y en esta concentración, el ácido poliaspártico puede reducir la tasa de corrosión del acero al carbono en un 90%, extendiendo efectivamente la vida útil de la tubería. 

En estudios relevantes, los investigadores han descubierto que el ácido poliaspártico tiene un buen efecto inhibidor sobre la corrosión de las tuberías en sistemas de agua en diferentes condiciones de pH. La investigación de Benton sugiere que el uso de ácido poliaspártico y sus sales con un peso molecular de 1000 a 5000 y una concentración de 25 mg/L en un medio de solución salina corrosiva con un pH de 4,0 a 6,6 puede inhibir eficazmente la corrosión del acero al carbono por el dióxido de carbono. . Cuando Kalota et al. y Silverman et al. [30] estudiaron el rendimiento de inhibición de la corrosión del ácido poliaspártico sobre hierro en diferentes condiciones de pH, temperatura y humedad y encontraron que el ácido poliaspártico tiene un buen rendimiento de inhibición de la corrosión cuando el pH es superior a 10. Mansfeld et al. [31] descubrió que también se pueden lograr buenos resultados con un pH que oscila entre 8 y 9. Por lo tanto, el ácido poliaspártico puede resolver la corrosión de las tuberías durante el uso de diferentes fórmulas de fertilizantes solubles en agua, lo que es útil para la aplicación de fertilizantes fijos o Sistemas de tuberías semifijas. 

1.3 Efectos sinérgicos y de mejora de la calidad del ácido poliaspártico

Se ha informado que el ácido poliaspártico, como sinérgico de fertilizantes o potenciador de nutrientes, se libera lentamente y mejora la eficiencia, aumenta la utilización de fertilizantes, mejora la calidad de los cultivos y aumenta el rendimiento y los ingresos. Las investigaciones han demostrado que agregar ácido poliaspártico a los fertilizantes solubles en agua puede prolongar la eficacia del fertilizante, garantizar que los cultivos absorban los nutrientes de manera uniforme durante todo el proceso de crecimiento y, por lo tanto, garantizar la utilización eficaz de los fertilizantes. El experimento realizado por Lei Quankui et al. demostraron que la eficiencia de utilización de los fertilizantes N, P y K en maní aumentó en diversos grados después de la aplicación de ácido poliaspártico, y el maní fue menos propenso a síntomas de deficiencia de nutrientes durante toda la temporada de crecimiento. Cao Dan et al. estudiaron la persistencia del ácido poliaspártico y demostraron que el uso de ácido poliaspártico una vez al año tiene un efecto de aumento del rendimiento en ambos cultivos. 

Según los informes, el ácido poliaspártico puede activar eficazmente el medio esencial y los oligoelementos para el crecimiento de los cultivos, mejorar la eficiencia de absorción de grandes cantidades de elementos y así aumentar la utilización de fertilizantes. Después de su uso, puede mejorar la resistencia al estrés de los cultivos, regular la actividad enzimática en los cultivos, aumentar el rendimiento y mejorar la calidad de los cultivos. Li Jiangang et al. descubrió que la aplicación de ácido poliaspártico a cultivos como las hortalizas verdes daba como resultado diversos grados de aumento en el contenido de vitamina C y azúcar soluble, lo que puede mejorar eficazmente la calidad de las verduras y frutas. Jiao Yongkang et al. Se descubrió mediante la pulverización foliar de diferentes tipos de quelatos de ácido poliaspártico que el uso de ácido poliaspártico no solo aumenta el rendimiento y la calidad de la pera Huangguan, sino que también reduce el amarillamiento. Las pérdidas provocadas por la enfermedad de la garra de cuervo del peral. Tang Huihui et al. encontraron a través de su estudio sobre la aplicación de fertilizantes nitrogenados poliaspárticos al maíz de primavera del noreste que PASP N se usó para el cultivo de maíz bajo la condición de reducir el nitrógeno total en 1/3, sin reducir el rendimiento del maíz y regular efectivamente la actividad enzimática en el maíz en diferentes etapas. lo cual es beneficioso para perder peso y mejorar la eficiencia. Xu Yanwei et al. descubrieron que después de aplicar urea que contenía ácido poliaspártico al arroz, la eficacia del fertilizante mejoró significativamente y el fertilizante no se eliminó durante la temporada de crecimiento. Cao Dan et al. descubrieron que la aplicación de ácido poliaspártico para cultivar plántulas de álamo requiere una reducción adecuada en el uso de nitrógeno para aliviar el alto estrés causado por la alta eficiencia de utilización del nitrógeno.

1.4 Características de protección ambiental del ácido poliaspártico

El ácido poliaspártico es un polímero compuesto principalmente de aminoácidos, que los microorganismos del medio ambiente pueden degradar completamente en aminoácidos utilizables de bajo peso molecular, agua y dióxido de carbono. Alguien utilizó el método OECD301A para estudiar la biodegradabilidad del ácido poliaspártico y descubrió que la cantidad de dióxido de carbono liberado por el tratamiento con ácido poliaspártico era cercana a la glucosa de referencia. Además, Xiong Rongchun y otros también han demostrado que el ácido poliaspártico es una sustancia química verde con excelente biodegradabilidad. 

2 perspectiva

Con la realización gradual del objetivo de "un control, dos reducciones y tres básicos" en la agricultura de China, el proceso de integración del agua y los fertilizantes se está volviendo cada vez más rápido, y la demanda de fertilizantes solubles en agua, especialmente de alta calidad. fertilizantes solubles, está aumentando. El ácido poliaspártico, como dispersante quelante y sinérgico de fertilizantes ecológico y respetuoso con el medio ambiente, no solo puede prevenir eficazmente la incrustación de fertilizantes químicos y la corrosión de las tuberías, sino que también mejora la eficiencia y la calidad, con fuertes perspectivas de aplicación. 

En respuesta al estado actual de la aplicación del ácido poliaspártico en fertilizantes solubles en agua, combinado con las características del ácido poliaspártico que promueven la producción de raíces, regulan la actividad enzimática de los cultivos, mejoran la absorción de nutrientes y quelan elementos metálicos dispersos, el autor cree que el desarrollo del ácido poliaspártico Los fertilizantes solubles en agua a base de ácido deben centrarse en fertilizantes solubles en agua especiales y fertilizantes solubles en agua de alta gama, especialmente adecuados para papas y otros cultivos para cosechar tubérculos y tubérculos, y en fertilizantes solubles en agua especializados para frutas y verduras con absorción de nutrientes. barreras, como la enfermedad de las patas de pera y de pollo.