بر اساس آمار سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد در سال 2017، تولید جهانی غذا 2.627 میلیارد تن بوده است که 618 میلیون تن آن در چین تولید شده است که 23.5 درصد از کل تولید جهانی غذا در همین مدت را به خود اختصاص داده است. . برای حفظ چنین بازدهی بالایی، تولیدات کشاورزی چین نیازمند مصرف مقدار زیادی زمین کشاورزی و منابع آب شیرین در هر سال است. با این حال، کمبود منابع فوق در چین بسیار مشهود است. طبق آمار، سرانه زمین های قابل کشت کمتر از 0.1 میلی متر مربع است که تنها یک سوم مقدار سرانه جهان و کمتر از یک هفتم میزان سرانه ایالات متحده است. سرانه منابع آب شیرین چین کمتر از 2200 مترمکعب است که تنها 1/4 میانگین جهانی است و این کشور را به یکی از فقیرترین منابع آب سرانه در جهان تبدیل می کند. بنابراین، مقدار زیادی از کودهای شیمیایی باید در تولید کشاورزی در چین استفاده شود تا از عملکرد کلی اطمینان حاصل شود.

با این حال، در تولیدات کشاورزی چین، میزان استفاده از کودها رضایت بخش نیست. با در نظر گرفتن کود نیتروژن به عنوان مثال، در سال 2017، مقدار کل کود نیتروژن مورد استفاده در چین به 22.06 میلیون تن رسید که 35 درصد از کل کود نیتروژن در جهان را تشکیل می دهد. با این حال، نرخ استفاده جامع از کود نیتروژن در چین در آن سال کمتر از 35٪ بود که باعث ضایعات زیادی شد. بنابراین، کارگران علوم و فناوری کشاورزی در چین به تدریج شروع به مطالعه کودهای محلول در آب با کیفیت بالا برای انطباق با فرآیند یکپارچه سازی کودهای آب می کنند [1-2]. بر اساس تحقیقات انجام شده توسط مرکز ملی ترویج فناوری کشاورزی، در حال حاضر بیش از 30 میلیون هکتار زمین زراعی مناسب برای ادغام آب و کود در چین وجود دارد، در حالی که نسبت مصرف فعلی در این کشور تنها 3.2٪ است. بنابراین، پتانسیل توسعه کودهای محلول در آب در چین بسیار زیاد است و تمرکز اصلی برای توسعه کودهای آتی است.

کود محلول در آب یک کود ترکیبی چند عنصری و سریع الاثر است که کاملاً در آب محلول است. دارای ویژگی های حلالیت خوب در آب، بدون باقی ماندن است و می تواند مستقیماً توسط ریشه و برگ گیاهان جذب و مورد استفاده قرار گیرد. کودهای محلول در آب به عنوان یکی از اجزای مهم یکپارچه سازی کودهای آب، مزایای آشکاری دارند. اولاً، می تواند به طور قابل توجهی میزان استفاده از کودها را بهبود بخشد. طبق آمار، میزان مصرف کودهای معمولی در چین حدود 30 درصد است در حالی که میزان مصرف کودهای محلول در آب بین 70 تا 80 درصد است. همچنین می تواند مقدار کل لقاح را کاهش دهد که الزامات اساسی چرخه ملی کربن دوگانه را برآورده می کند. ثانیاً، کودهای محلول در آب دارای محتوای مواد مغذی بالا و تغذیه جامع هستند که می تواند عملکرد و کیفیت محصول را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و آنها را به یکی از مسیرهای توسعه کلیدی برای صنعت کود در آینده تبدیل کند. در نهایت، ترویج و استفاده از کودهای محلول در آب، همراه با ادغام آب و کود، می تواند مقدار زیادی از منابع آب شیرین را ذخیره کند و به بهبود کیفیت زندگی ساکنان چین کمک کند. 

در حال حاضر هنوز مشکلات زیادی در زمینه تولید و استفاده از کودهای محلول در آب در چین وجود دارد. حلالیت ضعیف در آب و محتوای بالای مواد نامحلول می تواند به راحتی باعث انسداد رسوب در خطوط لوله، به ویژه در مناطقی با غلظت یون کلسیم و منیزیم در آب آبیاری شود. در حال حاضر، نیاز به مواد نامحلول در آب در کودهای محلول در چین 0.5٪ است، در حالی که سیستم کود آب یکپارچه به طور کلی ثابت یا نیمه ثابت است، با خروجی های آب بسیار ریز و سخت برای تمیز کردن، که به راحتی توسط مواد نامحلول در آب مسدود می شود. بخشی از نمک موجود در کود باعث خوردگی خط لوله می شود. در حال حاضر لوله های سیستم یکپارچه آب و کود بیشتر از فولاد کربنی یا پلاستیک ساخته می شوند که در این میان لوله های ساخته شده از فولاد کربنی در معرض خوردگی توسط اکسیژن، آب، اسید و قلیایی هستند که باعث کوتاه شدن عمر سیستم می شود. و هزینه استفاده را افزایش می دهد. جزء اصلی کودهای محلول در آب، کودهای شیمیایی هستند که به راحتی پس از استفاده طولانی مدت باعث فشردگی خاک و عدم تعادل جوامع میکروبی خاک شده و در نهایت منجر به تخریب حاصلخیزی خاک می شود. بر اساس دلایل فوق، با توسعه یکپارچه سازی کودهای آب، شرکت های بزرگ شیمیایی داخلی و خارجی به طور متوالی اقدام به تولید مواد شیمیایی با مقیاس و اثرات بازدارنده خوردگی برای رفع مشکلات تولید و استفاده از کودهای محلول در آب کرده اند. در این میان پلی آسپارتیک اسید و مشتقات آن از موادی هستند که بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته اند. 

1.1 کاربرد اسید پلی اسپارتیک در کودهای محلول در آب

پلی اسپارتیک اسید (PASP) یک پروتئین محلول در آب سنتز شده مصنوعی است که به طور طبیعی در مخاط صدف های دریایی مانند صدف وجود دارد. این یک ماده فعال است که توسط صدف های دریایی برای غنی سازی مواد مغذی و ایجاد پوسته استفاده می شود. پلی اسپارتیک اسید، به عنوان یک نوع جدید هم افزایی کود، می تواند جذب نیتروژن، فسفر، پتاسیم و عناصر کمیاب توسط محصولات را افزایش دهد. علاوه بر این، پلی آسپارتیک اسید غیر سمی، بی ضرر و کاملاً زیست تخریب پذیر است و آن را به یک ماده شیمیایی سبز شناخته شده در سطح جهانی تبدیل می کند. نتایج تحقیقات و کاربرد در داخل و خارج از کشور نشان داده است که پلی آسپارتیک اسید به عنوان یک عامل هم افزایی برای کودهای محلول در آب، اثرات اصلی در جنبه های زیر دارد.

1.1 اثر پراکندگی پلی اسپارتیک اسید

از دلایل اصلی انسداد خط لوله در هنگام استفاده از کودهای محلول در آب می توان به بارش ناشی از واکنش های شیمیایی بین کودها، کاهش حلالیت ناشی از PH آب و مواد نامحلول در آب در کودها اشاره کرد. این مواد نامحلول در آب که از طریق مسیرهای مختلف تشکیل می شوند، به تدریج به داخل یا خروجی خط لوله، به ویژه نمک های نامحلول در آب مانند کلسیم و منیزیم می چسبند و در نتیجه کل سیستم را مسدود می کنند. 

پلی اسپارتیک اسید، به عنوان یک نوع جدید از پخش کننده سبز، می تواند از تشکیل و تجمع رسوب نمک معدنی در هنگام استفاده در سیستم های آبیاری قطره ای (اسپری) جلوگیری کرده و آن را کاهش دهد. می تواند رسوب تشکیل شده را به ذرات کوچک معلق در سیستم آب پراکنده کند و در نتیجه مشکل انسداد کودهای محلول در آب را در سیستم در هنگام استفاده کاهش دهد. بر اساس تحقیقات انجام شده، پلی آسپارتیک اسید به عنوان یک ماده پخش کننده کیلیت در سیستم های گردش آب، اثرات کیلاسیون و پخش کنندگی خوبی بر روی اکسیدهای آهن، کربنات کلسیم، دی اکسید تیتانیوم، هیدروکسید روی، هیدروکسید منیزیم، اکسید منیزیم، دی اکسید منگنز و غیره دارد. اعتقاد بر این است که پلی آسپارتیک اسید می تواند از رسوب رسوب بر روی سطوح انتقال حرارت و خطوط لوله سیستم آب جلوگیری کند. 

در همین حال، تحقیقات در مورد اثرات وزن مولکولی پلی اسپارتیک اسید و دمای سیستم بر بازدارندگی مقیاس تایید کرده است که اثر بازدارندگی مقیاس پلی آسپارتیک اسید ارتباط نزدیکی با وزن مولکولی آن دارد، اما نه با دمای سیستم. عموماً اعتقاد بر این است که اثر بازدارندگی پلی‌آسپارتیک اسید سنتز شده با روش‌های مختلف ارتباط نزدیکی با مقیاس مربوط به آن دارد. به عنوان مثال، پلی اسپارتیک اسید با استفاده از اسید آسپارتیک به عنوان ماده اولیه، اثر بازدارندگی مقیاس بهتری روی CaF2 دارد، در حالی که پلی اسپارتیک اسید با استفاده از انیدرید مالئیک و مشتقات آن، اثر بازدارندگی بهتری بر روی BaSO4، SrSO4، CaSO4 و غیره دارد. Ross et al. تایید کردند که محدوده وزن مولکولی میانگین وزنی بهینه برای پراکندگی اسید پلی اسپارتیک مانند کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و سولفات باریم بین 10000 تا 4000 است. کوان ژنهوا و دیگران دریافتند که وقتی دمای آب زیر 60 درجه سانتیگراد است، تغییر دما کمی است. اثر بر نرخ مهار مقیاس پلی آسپارتیک اسید. هنگامی که Ca2 + 800 میلی گرم در لیتر باشد و دوز پلی آسپارتیک اسید تنها 3 میلی گرم در لیتر باشد، نرخ مهار مقیاس همچنان می تواند به بیش از 90٪ برسد. در دمای 20 درجه سانتیگراد، پلی آسپارتیک اسید باعث تاخیر حداقل 150 دقیقه در هسته زایی کربنات کلسیم می شود. همه این مطالعات نشان دهنده جهانی بودن عملکرد مهار مقیاس پلی اسپارتیک اسید در دما است. 

1.2 مهار خوردگی پلی اسپارتیک اسید

به طور کلی اعتقاد بر این است که گروه های قطبی (از جمله گروه های N و O) در پلی اسپارتیک اسید روی خطوط لوله فلزی جذب می شوند و انرژی فعال سازی فرآیند یونیزاسیون فلز را به میزان زیادی بهبود می بخشند. در عین حال، گروه‌های غیر قطبی (آلکیل R) در جهتی دور از فلز قرار می‌گیرند و یک لایه آبگریز تشکیل می‌دهند و در نتیجه از خوردگی خطوط لوله فلزی توسط محلول‌های آبی جلوگیری می‌کنند و به طور موثر از سیستم‌های آبیاری قطره‌ای در یکپارچگی محافظت می‌کنند. آب و کود، افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش هزینه های تولید. پلی اسپارتیک اسید دارای اثرات بازدارنده خوردگی بر روی مواد فلزی مختلف مانند فولاد کربنی، مس، برنج و مس سفید در سیستم های مختلف است [25]. هنگامی که غلظت پلی آسپارتیک اسید 100 میلی گرم در لیتر باشد، نرخ مهار خوردگی فولاد کربنی می تواند به 93 درصد برسد و در این غلظت، پلی آسپارتیک اسید می تواند سرعت خوردگی فولاد کربنی را تا 90 درصد کاهش دهد و به طور موثر عمر مفید را افزایش دهد. خط لوله 

در مطالعات مربوطه، محققان دریافته‌اند که پلی‌آسپارتیک اسید اثر بازدارندگی خوبی بر خوردگی خطوط لوله در سیستم‌های آبی تحت شرایط pH مختلف دارد. تحقیقات بنتون نشان می دهد که استفاده از پلی اسپارتیک اسید و نمک های آن با وزن مولکولی 1000 تا 5000 و غلظت 25 میلی گرم در لیتر در محیط محلول نمک خورنده با pH 4.0 تا 6.6 می تواند به طور موثری از خوردگی فولاد کربنی توسط دی اکسید کربن جلوگیری کند. . هنگامی که Kalota و همکاران. و سیلورمن و همکاران [30] عملکرد مهار خوردگی پلی اسپارتیک اسید روی آهن را تحت شرایط pH، دما و رطوبت مختلف مورد مطالعه قرار دادند، آنها دریافتند که پلی آسپارتیک اسید زمانی که PH بیشتر از 10 باشد عملکرد خوبی در مهار خوردگی دارد. Mansfeld et al. [31] دریافتند که نتایج خوبی را می توان در pH بین 8 تا 9 نیز به دست آورد. بنابراین، پلی آسپارتیک اسید می تواند خوردگی خطوط لوله را در طول استفاده از فرمول های مختلف کودهای محلول در آب حل کند، که برای استفاده از کودهای ثابت یا ثابت مفید است. سیستم های خط لوله نیمه ثابت 

1.3 اثرات هم افزایی و افزایش کیفیت پلی آسپارتیک اسید

پلی اسپارتیک اسید، به عنوان هم افزاینده کود یا تقویت کننده مواد مغذی، از نظر رهایش آهسته و افزایش کارایی، افزایش مصرف کود، بهبود کیفیت محصول و افزایش عملکرد و درآمد گزارش شده است. تحقیقات نشان داده است که افزودن پلی آسپارتیک اسید به کودهای محلول در آب می تواند اثربخشی کود را طولانی تر کند، اطمینان حاصل کند که گیاهان در کل فرآیند رشد مواد مغذی را به طور یکنواخت جذب می کنند و در نتیجه استفاده موثر از کودها را تضمین می کند. آزمایشی که توسط لی کوانکوی و همکاران انجام شد. نشان داد که راندمان استفاده از کودهای N، P و K در بادام زمینی پس از کاربرد پلی اسپارتیک اسید به درجات مختلفی افزایش یافت و بادام زمینی در کل فصل رشد کمتر مستعد علائم کمبود مواد مغذی بود. کائو دان و همکاران ماندگاری پلی آسپارتیک اسید را مطالعه کرد و نشان داد که استفاده از پلی اسپارتیک اسید یک بار در سال اثر افزایش عملکرد در هر دو محصول دارد. 

بر اساس گزارش ها، پلی آسپارتیک اسید می تواند به طور موثر محیط ضروری و عناصر کمیاب برای رشد محصول را فعال کند، راندمان جذب مقادیر زیادی از عناصر را بهبود بخشد و در نتیجه مصرف کود را افزایش دهد. پس از استفاده، می تواند مقاومت به تنش محصول را افزایش دهد، فعالیت آنزیم را در محصولات تنظیم کند، عملکرد را افزایش دهد و کیفیت محصول را بهبود بخشد. لی جیانگانگ و همکاران دریافتند که استفاده از اسید پلی اسپارتیک در محصولاتی مانند سبزیجات سبز منجر به درجات مختلف افزایش ویتامین C و محتوای قند محلول می شود که می تواند به طور موثر کیفیت سبزیجات و میوه ها را بهبود بخشد. جیائو یونگ کانگ و همکاران از طریق محلول پاشی انواع مختلف کلات های پلی اسپارتیک اسید یافت می شود که استفاده از اسید پلی اسپارتیک نه تنها عملکرد و کیفیت گلابی Huangguan را افزایش می دهد، بلکه زردی را نیز کاهش می دهد. تلفات ناشی از بیماری پنجه کلاغی درخت گلابی. تانگ هویهوی و همکاران از طریق مطالعه خود بر روی کاربرد کود نیتروژن پلی اسپارتیک به ذرت بهاره شمال شرقی دریافتند که PASP N برای کشت ذرت تحت شرایط کاهش نیتروژن کل به میزان 1/3، بدون کاهش عملکرد ذرت و تنظیم موثر فعالیت آنزیم در ذرت در مراحل مختلف استفاده شد. که برای کاهش وزن و بهبود کارایی مفید است. خو یانوی و همکاران دریافتند که پس از استفاده از اوره حاوی اسید پلی اسپارتیک در برنج، اثربخشی کود به طور قابل توجهی بهبود یافته و کود در طول فصل رشد حذف نشد. کائو دان و همکاران دریافتند که استفاده از پلی آسپارتیک اسید برای کشت نهال صنوبر نیازمند کاهش مناسب مصرف نیتروژن به منظور کاهش تنش بالای نیتروژن ناشی از راندمان بالای استفاده از نیتروژن است.

1.4 ویژگی های حفاظت از محیط زیست پلی اسپارتیک اسید

پلی اسپارتیک اسید پلیمری است که عمدتاً از اسیدهای آمینه تشکیل شده است که می تواند به طور کامل توسط میکروارگانیسم های موجود در محیط به اسیدهای آمینه با وزن مولکولی کم قابل استفاده، آب و دی اکسید کربن تجزیه شود. شخصی از روش OECD301A برای مطالعه تجزیه پذیری زیستی پلی اسپارتیک اسید استفاده کرد و دریافت که میزان دی اکسید کربن آزاد شده توسط تیمار پلی اسپارتیک اسید نزدیک به گلوکز مرجع است. علاوه بر این، Xiong Rongchun و دیگران نیز نشان داده‌اند که پلی‌آسپارتیک اسید یک ماده شیمیایی سبز رنگ با قابلیت تجزیه زیستی عالی است. 

2 چشم انداز

با تحقق تدریجی هدف "یک کنترل، دو کاهش، و سه پایه" در کشاورزی چین، روند ادغام آب و کود به طور فزاینده ای سریع می شود و تقاضا برای کودهای محلول در آب، به ویژه کودهای آب مرغوب بالا می رود. کودهای محلول، در حال افزایش است. پلی اسپارتیک اسید، به عنوان یک کیلیت پراکنده سبز و دوستدار محیط زیست و هم افزایی کود، نه تنها می تواند به طور موثر از پوسته پوسته شدن کودهای شیمیایی و خوردگی خطوط لوله جلوگیری کند، بلکه کارایی و کیفیت را با چشم انداز کاربردی قوی افزایش می دهد. 

در پاسخ به وضعیت فعلی کاربرد پلی اسپارتیک اسید در کودهای محلول در آب، همراه با ویژگی‌های اسید پلی اسپارتیک که باعث افزایش تولید ریشه، تنظیم فعالیت آنزیم‌های گیاهی، افزایش جذب مواد مغذی و کیل کردن عناصر فلزی پراکنده می‌شود، نویسنده معتقد است که توسعه پلی اسپارتیک کودهای محلول در آب مبتنی بر اسید باید بر روی کودهای مخصوص محلول در آب و کودهای محلول در آب پیشرفته، به ویژه برای سیب زمینی و سایر محصولات مناسب برای برداشت غده و غده، و در کودهای تخصصی محلول در آب برای میوه ها و سبزیجات با جذب مواد مغذی تمرکز کنند. موانع، مانند بیماری پای گلابی و مرغ.