YK:n elintarvike- ja maatalousjärjestön vuoden 2017 tilastojen mukaan maailman elintarviketuotanto oli 2,627 miljardia tonnia, josta 618 miljoonaa tonnia tuotettiin Kiinassa, mikä on 23,5 % koko maailman elintarviketuotannosta samalla ajanjaksolla. . Tällaisten korkeiden satojen ylläpitämiseksi Kiinan maataloustuotanto vaatii suuren määrän viljelysmaata ja makean veden käyttöä vuosittain. Edellä mainittujen resurssien niukkuus Kiinassa on kuitenkin erittäin ilmeinen. Tilastojen mukaan peltoala asukasta kohden on alle 0,1 hm2, mikä on vain kolmasosa maailman asukasta kohden lasketusta määrästä ja alle seitsemäsosa Yhdysvaltojen peltoalasta; Kiinan makean veden resurssit asukasta kohden ovat alle 2200 m3, mikä on vain 1/4 maailman keskiarvosta, joten se on yksi maailman köyhimmistä vesivaroista henkeä kohti. Siksi Kiinan maataloustuotannossa on käytettävä suuria määriä kemiallisia lannoitteita kokonaissadon varmistamiseksi.

Kiinan maataloustuotannossa lannoitteiden käyttöaste ei kuitenkaan ole tyydyttävä. Esimerkiksi typpilannoitteet huomioon ottaen Kiinassa levitettyjen typpilannoitteiden kokonaismäärä vuonna 2017 oli 22,06 miljoonaa tonnia, mikä on 35 % maailman kokonaismäärästä. Typpilannoitteiden kokonaiskäyttöaste Kiinassa oli kuitenkin alle 35 % sinä vuonna, mikä aiheutti suurta tuhlausta. Siksi Kiinan maataloustieteen ja teknologian työntekijät alkavat vähitellen tutkia huippuluokan vesiliukoisia lannoitteita sopeutuakseen vesilannoitteiden integrointiprosessiin [1-2]. Maatalousteknologian edistämiskeskuksen tekemän tutkimuksen mukaan Kiinassa on tällä hetkellä yli 30 miljoonaa hehtaaria veden ja lannoitteiden yhdistämiseen soveltuvaa peltoa, kun maan levitysosuus on tällä hetkellä vain 3,2 %. Siksi vesiliukoisten lannoitteiden kehityspotentiaali Kiinassa on erittäin suuri ja se on tulevaisuuden lannoitekehityksen avainpainopiste.

Vesiliukoinen lannoite on monialkuaineseos ja nopeavaikutteinen lannoite, joka liukenee täysin veteen. Sillä on hyvä vesiliukoisuus, ei jäämiä, ja se voi imeytyä suoraan ja hyödyntää viljelykasvien juuret ja lehdet. Vesiliukoisilla lannoitteilla, jotka ovat tärkeä osa vesilannoitteiden integrointia, on ilmeisiä etuja. Ensinnäkin se voi parantaa merkittävästi lannoitteiden käyttöastetta. Tilastojen mukaan perinteisten lannoitteiden käyttöaste on Kiinassa noin 30 %, kun taas vesiliukoisten lannoitteiden käyttöaste on 70-80 %. Se voi myös vähentää lannoituksen kokonaismäärää, joka täyttää kansallisen kaksoishiilen kierron perusvaatimukset; Toiseksi vesiliukoisilla lannoitteilla on korkea ravintoainepitoisuus ja kattava ravinto, mikä voi parantaa merkittävästi satoa ja laatua, mikä tekee niistä yhden tulevan lannoiteteollisuuden tärkeimmistä kehityssuunnista; Lopuksi, vesiliukoisten lannoitteiden edistäminen ja käyttö sekä veden ja lannoitteiden yhdistäminen voivat säästää suuren määrän makean veden resursseja ja auttaa parantamaan Kiinan asukkaiden elämänlaatua. 

Vesiliukoisten lannoitteiden tuotannossa ja käytössä Kiinassa on tällä hetkellä vielä monia ratkaisemattomia ongelmia. Huono vesiliukoisuus ja suuri liukenemattomien aineiden pitoisuus voivat helposti aiheuttaa kalkkitukoksia putkistoissa, erityisesti alueilla, joilla kasteluveden kalsium- ja magnesiumionipitoisuudet ovat korkeat. Tällä hetkellä vaatimus veteen liukenemattomista aineista liukoisissa lannoitteissa on Kiinassa 0,5 %, kun taas integroitu vesilannoitejärjestelmä on yleensä kiinteä tai puolikiinteä, ja siinä on erittäin hienot ja vaikeasti puhdistettavat vedenpoistoaukot, jotka veteen liukenemattomat aineet tukkivat helposti. Osa lannoitteen suolasta syövyttää putkistoa. Tällä hetkellä integroidun vesi- ja lannoitejärjestelmän putket ovat pääosin hiiliterästä tai muovia, joista hiiliteräksestä valmistetut putket ovat alttiita hapen, veden, hapon ja alkalin aiheuttamalle korroosiolle, mikä lyhentää järjestelmän käyttöikää. ja nostaa käyttökustannuksia. Vesiliukoisten lannoitteiden pääkomponentti on kemialliset lannoitteet, jotka voivat helposti aiheuttaa maaperän tiivistymistä ja maaperän mikrobiyhteisöjen epätasapainoa pitkäaikaisen käytön jälkeen, mikä johtaa viime kädessä maaperän hedelmällisyyden heikkenemiseen. Edellä mainituista syistä vesilannoitteiden integroinnin kehittyessä suuret kotimaiset ja ulkomaiset kemianyhtiöt ovat peräkkäin kehittäneet kemikaaleja, joilla on kalkkia ja korroosiota estäviä vaikutuksia vesiliukoisten lannoitteiden tuotannon ja käytön ongelmien ratkaisemiseksi. Niistä polyasparagiinihappo ja sen johdannaiset ovat laajimmin tutkittuja aineita. 

1.1 Polyasparagiinihapon käyttö vesiliukoisissa lannoitteissa

Polyasparagiinihappo (PASP) on keinotekoisesti syntetisoitu vesiliukoinen proteiini, jota esiintyy luonnollisesti meren äyriäisten, kuten ostereiden, limassa. Se on aktiivinen aine, jota meren äyriäiset käyttävät ravinteiden rikastamiseen ja kuorien luomiseen. Polyasparagiinihappo uudenlaisena lannoitesynergistinä voi parantaa typen, fosforin, kaliumin ja hivenaineiden imeytymistä viljelykasveihin; Lisäksi polyasparagiinihappo on myrkytön, vaaraton ja täysin biohajoava, joten se on maailmanlaajuisesti tunnustettu vihreä kemikaali. Tutkimus- ja käyttötulokset kotimaassa ja ulkomailla ovat osoittaneet, että polyasparagiinihapolla vesiliukoisten lannoitteiden synergistisenä aineena on päävaikutuksia seuraavissa asioissa.

1.1 Polyasparagiinihapon dispersiovaikutus

Tärkeimmät syyt putkistojen tukkeutumiseen vesiliukoisten lannoitteiden käytön aikana ovat lannoitteiden välisten kemiallisten reaktioiden aiheuttama saostuminen, veden pH:n aiheuttama liukoisuuden heikkeneminen sekä veteen liukenemattomat aineet lannoitteissa. Nämä eri reittien kautta muodostuneet veteen liukenemattomat aineet kiinnittyvät vähitellen putkilinjan sisäosaan tai ulostuloaukkoon, erityisesti veteen liukenemattomat suolat, kuten kalsium ja magnesium, tukkien siten koko järjestelmän. 

Polyasparagiinihappo uudenlaisena vihreänä dispergointiaineena voi estää ja lievittää epäorgaanisten suolahilseiden muodostumista ja kerääntymistä, kun sitä levitetään tippakastelujärjestelmiin. Se voi hajottaa muodostuneen kattilakiven pieniksi hiukkasiksi, jotka ovat suspendoituneet vesijärjestelmään, mikä vähentää vesiliukoisten lannoitteiden tukosongelmaa järjestelmässä käytön aikana. Tutkimusten mukaan polyasparagiinihapolla kelatoivana dispergointiaineena vesikiertojärjestelmissä on hyvä kelatoiva ja dispergoiva vaikutus rautaoksideihin, kalsiumkarbonaattiin, titaanidioksidiin, sinkkihydroksidiin, magnesiumhydroksidiin, magnesiumoksidiin, mangaanidioksidiin jne. Koskan et al. uskovat, että polyasparagiinihappo voi estää kalkkikiven kertymisen lämmönsiirtopinnoille ja vesijärjestelmän putkistoon. 

Samaan aikaan tutkimus polyasparagiinihapon molekyylipainon ja järjestelmän lämpötilan vaikutuksista mittakaavan estämiseen on vahvistanut, että polyasparagiinihapon asteikkoa estävä vaikutus liittyy läheisesti sen molekyylipainoon, mutta ei järjestelmän lämpötilaan. Yleisesti uskotaan, että eri menetelmillä syntetisoidun polyasparagiinihapon hilseilyvaikutus liittyy läheisesti sen vastaavaan mittakaavaan. Esimerkiksi polyasparagiinihapolla, joka käyttää asparagiinihappoa raaka-aineena, on parempi mittakaavan estovaikutus CaF2:lle, kun taas polyasparagiinihapolla, joka käyttää maleiinihappoanhydridiä ja sen johdannaisia, on parempi mittakaavan estovaikutus BaSO4:lle, SrSO4:lle, CaSO4:lle jne. Ross et al. vahvisti, että optimaalinen painokeskimääräinen molekyylipainoalue polyasparagiinihapon, kuten kalsiumkarbonaatin, kalsiumsulfaatin ja bariumsulfaatin, dispergoimiseksi on 10 000 ja 4 000 välillä. Quan Zhenhua ja muut havaitsivat, että kun veden lämpötila on alle 60 ℃, lämpötilan muutoksella on vähän vaikutus polyasparagiinihapon asteikon estoasteeseen; Kun Ca2+ on 800mg/L ja polyasparagiinihapon annostus on vain 3 mg/l, mittakaavan estoaste voi silti olla yli 90 %. 20 ℃:ssa polyasparagiinihappo aiheuttaa vähintään 150 minuutin viiveen kalsiumkarbonaatin ytimen muodostumisessa. Kaikki nämä tutkimukset osoittavat polyasparagiinihapon kattilakiven estokyvyn universaalisuuden lämpötilaan nähden. 

1.2 Polyasparagiinihapon korroosion esto

Yleisesti uskotaan, että polyasparagiinihapon polaariset ryhmät (mukaan lukien N- ja O-ryhmät) adsorboituvat metalliputkiin, mikä parantaa huomattavasti metallin ionisaatioprosessin aktivointienergiaa. Samanaikaisesti ei-polaariset ryhmät (alkyyli R) on sijoitettu suunnatulla tavalla poispäin metallista muodostaen hydrofobisen kalvon, mikä estää metalliputkien korroosiota vesiliuosten vaikutuksesta ja suojaa tehokkaasti tippakastelujärjestelmiä integrointiin vettä ja lannoitteita, pidentää laitteiden käyttöikää ja alentaa tuotantokustannuksia. Polyasparagiinihapolla on korroosiota estäviä vaikutuksia erilaisissa metallimateriaaleissa, kuten hiiliteräksessä, kuparissa, messingissä ja valkokuparissa eri järjestelmissä [25]; Kun polyasparagiinihapon pitoisuus on 100 mg/l, hiiliteräksen korroosionestoaste voi nousta 93 %:iin ja tällä pitoisuudella polyasparagiinihappo voi hidastaa hiiliteräksen korroosionopeutta 90 %, mikä pidentää tehokkaasti teräksen käyttöikää. putki. 

Asiaankuuluvissa tutkimuksissa tutkijat ovat havainneet, että polyasparagiinihapolla on hyvä estovaikutus putkistojen korroosioon vesijärjestelmissä erilaisissa pH-olosuhteissa. Bentonin tutkimukset viittaavat siihen, että käyttämällä polyasparagiinihappoa ja sen suoloja, joiden molekyylipaino on 1000-5000 ja pitoisuus 25 mg/l syövyttävässä suolaliuosväliaineessa, jonka pH on 4,0-6,6, voidaan tehokkaasti estää hiiliteräksen korroosiota hiilidioksidin vaikutuksesta. . Kun Kalota et ai. ja Silverman et ai. [30] tutki polyasparagiinihapon korroosionestokykyä raudalla erilaisissa pH-, lämpötila- ja kosteusolosuhteissa. He havaitsivat, että polyasparagiinihapolla on hyvä korroosionestokyky, kun pH on yli 10. Mansfeld et al. [31] havaitsivat, että hyviä tuloksia voidaan saavuttaa myös pH-alueella 8-9. Siksi polyasparagiinihappo voi ratkaista putkistojen korroosion erilaisten vesiliukoisten lannoitteiden käytön aikana, mikä on hyödyllistä kiinteiden tai lannoitteiden levittämisessä. puolikiinteät putkijärjestelmät. 

1.3 Polyasparagiinihapon synergistiset ja laatua parantavat vaikutukset

Polyasparagiinihapon lannoitesynergistinä tai ravinteiden tehostajana on raportoitu olevan hidas vapautuminen ja tehokkuuden lisääminen, lisääntynyt lannoitteiden käyttö, parantunut sadon laatu sekä lisääntynyt sato ja tulot. Tutkimukset ovat osoittaneet, että polyasparagiinihapon lisääminen vesiliukoisiin lannoitteisiin voi pidentää lannoitteen tehoa, varmistaa, että kasvit imevät ravinteet tasaisesti koko kasvuprosessin ajan ja näin varmistavat lannoitteiden tehokkaan hyödyntämisen. Lei Quankui et ai. osoitti, että maapähkinöiden N-, P- ja K-lannoitteiden hyötysuhde parani vaihtelevasti polyasparagiinihapon levityksen jälkeen ja maapähkinä oli vähemmän altis ravinteiden puutosoireille koko kasvukauden ajan. Cao Dan et ai. tutki polyasparagiinihapon pysyvyyttä ja osoitti, että polyasparagiinihapon käytöllä kerran vuodessa on satoa lisäävä vaikutus molempiin kasveihin. 

Raporttien mukaan polyasparagiinihappo voi tehokkaasti aktivoida sadon kasvulle välttämättömät väliaineet ja hivenaineet, parantaa suurten alkuainemäärien imeytystehoa ja siten lisätä lannoitteiden käyttöä. Käytön jälkeen se voi parantaa sadon stressinkestoa, säädellä entsyymiaktiivisuutta viljelykasveissa, lisätä satoa ja parantaa sadon laatua. Li Jiangang et ai. havaitsi, että polyasparagiinihapon levittäminen viljelykasveille, kuten vihreille vihanneksille, johti C-vitamiinin ja liukoisen sokerin pitoisuuden vaihtelevaan nousuun, mikä voi parantaa tehokkaasti vihannesten ja hedelmien laatua. Jiao Yongkang et ai. Erityyppisten polyasparagiinihappokelaattien lehtiruiskutuksella havaittiin, että polyasparagiinihapon käyttö ei ainoastaan ​​lisää Huangguan-päärynän satoa ja laatua, vaan myös vähentää kellastumista. Päärynäpuun variksen kynsien taudin aiheuttamat menetykset. Tang Huihui et ai. havaitsivat tutkimuksessaan polyasparagaattisen typpilannoitteen levittämisestä koilliskevään maissille, että PASP N:ää käytettiin maissin viljelyyn sillä ehdolla, että typen kokonaismäärä väheni 1/3:lla ilman, että maissin sato alenee ja säätelee tehokkaasti maissin entsyymiaktiivisuutta eri vaiheissa, mikä on hyödyllistä painonpudotuksessa ja tehokkuuden parantamisessa. Xu Yanwei et ai. havaitsi, että polyasparagiinihappoa sisältävän ureaa sisältävän riisin levittämisen jälkeen lannoitteen tehokkuus parani merkittävästi, eikä lannoitetta poistettu kasvukauden aikana. Cao Dan et ai. havaitsivat, että polyasparagiinihapon käyttäminen poppelin taimien viljelyyn vaatii tarkoituksenmukaista typen käytön vähentämistä, jotta voidaan lievittää korkean typen käyttötehokkuuden aiheuttamaa suurta typpistressiä.

1.4 Polyasparagiinihapon ympäristönsuojeluominaisuudet

Polyasparagiinihappo on pääasiassa aminohapoista koostuva polymeeri, jonka ympäristön mikro-organismit voivat hajottaa täysin käyttökelpoisiksi pienimolekyylisiksi aminohapoiksi, vedeksi ja hiilidioksidiksi. Joku tutki OECD301A-menetelmällä polyasparagiinihapon biohajoavuutta ja havaitsi, että polyasparagiinihapon käsittelystä vapautuvan hiilidioksidin määrä oli lähellä vertailuglukoosia. Lisäksi Xiong Rongchun ja muut ovat myös osoittaneet, että polyasparagiinihappo on vihreä kemikaali, jolla on erinomainen biohajoavuus. 

2 Outlook

Kun Kiinan maatalouden tavoite "yksi kontrolli, kaksi vähennystä ja kolme perusainetta" toteutuu vähitellen, veden ja lannoitteiden integraatioprosessi on tulossa yhä nopeammaksi, ja vesiliukoisten lannoitteiden, erityisesti huippuluokan vesi- liukoisten lannoitteiden käyttö lisääntyy. Polyasparagiinihappo vihreänä ja ympäristöystävällisenä kelatoivana dispergointiaineena ja lannoitesynergistina ei ainoastaan ​​pysty tehokkaasti estämään kemiallisten lannoitteiden hilseilyä ja putkistojen korroosiota, vaan myös parantaa tehokkuutta ja laatua, jolla on vahvat käyttömahdollisuudet. 

Vastauksena polyasparagiinihapon nykyiseen käyttötilaan vesiliukoisissa lannoitteissa yhdistettynä polyasparagiinihapon ominaisuuksiin, jotka edistävät juurien tuotantoa, säätelevät viljelykasvien entsyymien toimintaa, tehostavat ravinteiden imeytymistä ja kelatoivat dispergoituneita metallielementtejä, kirjoittaja uskoo, että polyasparagiinihapon kehitys happopohjaisten vesiliukoisten lannoitteiden tulisi keskittyä erityisiin vesiliukoisiin lannoitteisiin ja huippuluokan vesiliukoisiin lannoitteisiin, jotka soveltuvat erityisesti perunalle ja muille viljelykasveille mukuloiden ja mukuloiden korjuuseen, sekä erikoistuneisiin vesiliukoisiin lannoitteisiin hedelmille ja vihanneksille, jotka imeytyvät ravinteita esteitä, kuten päärynä- ja kananjalkojen tauti.