על פי הנתונים הסטטיסטיים של ארגון המזון והחקלאות של האו"ם בשנת 2017, ייצור המזון העולמי עמד על 2.627 מיליארד טון, מתוכם 618 מיליון טון יוצרו בסין, המהווים 23.5% מכלל ייצור המזון העולמי באותה תקופה. . על מנת לשמור על יבול כה גבוה, הייצור החקלאי של סין דורש צריכת כמות גדולה של קרקע חקלאית ומשאבי מים מתוקים מדי שנה. עם זאת, המחסור במשאבים הנ"ל בסין בולט ביותר. לפי הסטטיסטיקה, שטח האדמה לעיבוד לנפש הוא פחות מ-0.1 hm2, שהם רק שליש מהכמות בעולם לנפש ופחות משביעית מזו של ארצות הברית; משאבי המים המתוקים לנפש של סין הם פחות מ-2200 מ"ק, רק 1/4 מהממוצע העולמי, מה שהופך אותה לאחת המדינות עם משאבי המים העניים ביותר לנפש בעולם. לכן, יש להשתמש בכמות גדולה של דשנים כימיים בייצור חקלאי בסין כדי להבטיח תשואה כוללת.

עם זאת, בייצור החקלאי של סין, שיעור הניצול של הדשנים אינו משביע רצון. אם ניקח לדוגמא דשן חנקן, בשנת 2017, הכמות הכוללת של דשן חנקן שיושם בסין הגיעה ל-22.06 מיליון טון, המהווה 35% מהכלל העולמי. עם זאת, שיעור הניצול המקיף של דשן חנקן בסין היה פחות מ-35% באותה שנה, מה שגרם לבזבוז גדול. לכן, עובדי מדע וטכנולוגיה חקלאיים בסין מתחילים בהדרגה ללמוד דשנים מסיסים במים מתקדמים כדי להסתגל לתהליך של שילוב דשן מים [1-2]. על פי המחקר שנערך על ידי המרכז הלאומי לקידום טכנולוגיה חקלאית, יש כיום למעלה מ-30 מיליון דונם של אדמה חקלאית המתאימה לשילוב מים ודשן בסין, בעוד ששיעור היישום הנוכחי במדינה הוא רק 3.2%. לכן, פוטנציאל הפיתוח של דשן מסיס במים בסין הוא עצום מאוד והוא מהווה מוקד מרכזי לפיתוח דשנים עתידיים.

דשן מסיס במים הוא תרכובת מרובת אלמנטים ודשן מהיר הפועל מסיס לחלוטין במים. יש לו מאפיינים של מסיסות מים טובה, ללא שאריות, והוא יכול להיספג ישירות ולנצל על ידי השורשים והעלים של הגידולים. כמרכיב חשוב בשילוב דשן מים, לדשנים מסיסים במים יש יתרונות ברורים. ראשית, זה יכול לשפר משמעותית את שיעור הניצול של דשנים. לפי הסטטיסטיקה, שיעור הניצול של דשנים קונבנציונליים בסין הוא כ-30%, בעוד ששיעור הניצול של דשנים מסיסים במים הוא בין 70% ל-80%. זה יכול גם להפחית את כמות ההפריה הכוללת, העומדת בדרישות הבסיסיות של מחזור הפחמן הכפול הלאומי; שנית, לדשנים מסיסים במים יש תכולת תזונה גבוהה ותזונה מקיפה, מה שיכול לשפר משמעותית את תפוקת היבול ואיכותם, מה שהופך אותם לאחד מכיווני הפיתוח המרכזיים של תעשיית הדשנים העתידית; לבסוף, קידום ושימוש בדשנים מסיסים במים, בליווי שילוב של מים ודשן, יכולים לחסוך כמות גדולה של משאבי מים מתוקים ולעזור לשפר את איכות החיים של תושבי סין. 

נכון לעכשיו, יש עדיין בעיות רבות שצריך לפתור בייצור ובשימוש של דשנים מסיסים במים בסין. מסיסות ירודה במים ותכולה גבוהה של חומרים בלתי מסיסים עלולים לגרום בקלות לחסימת אבנית בצנרת, במיוחד באזורים עם ריכוז גבוה של יוני סידן ומגנזיום במי השקיה. נכון להיום, הדרישה לחומרים בלתי מסיסים במים בדשנים מסיסים בסין היא 0.5%, בעוד שמערכת דשן המים המשולבת היא בדרך כלל קבועה או קבועה למחצה, עם יציאות מים עדינות וקשות לניקוי, שנחסמות בקלות על ידי חומרים בלתי מסיסים במים. חלק מהמלח בדשן יחליד את הצינור. כיום, הצינורות של מערכת המים והדשן המשולבת עשויים ברובם מפלדת פחמן או פלסטיק, ביניהם הצינורות העשויים מפלדת פחמן מועדים לקורוזיה על ידי חמצן, מים, חומצה ואלקלי, מה שמקצר את חיי השירות של המערכת ומעלה את עלות השימוש. המרכיב העיקרי של דשנים מסיסים במים הוא דשנים כימיים, שעלולים לגרום בקלות לדחיסת הקרקע ולחוסר איזון של קהילות מיקרוביאליות בקרקע לאחר שימוש ארוך טווח, מה שבסופו של דבר מוביל לפגיעה בפוריות הקרקע. בהתבסס על הסיבות לעיל, עם התפתחות אינטגרציה של דשן מים, חברות כימיקלים גדולות מקומיות וזרות פיתחו ברציפות כימיקלים בעלי השפעות עיכוב אבנית וקורוזיה כדי לפתור בעיות בייצור ושימוש בדשנים מסיסים במים. ביניהם, חומצה פוליאספרטית ונגזרותיה הם החומרים הנחקרים ביותר. 

1.1 יישום של חומצה פוליאספרטית בדשנים מסיסים במים

חומצה פוליאספרטית (PASP) היא חלבון מסיס במים המסונתז באופן מלאכותי, הקיים באופן טבעי בריר של רכיכות ימיות כגון צדפות. זהו חומר פעיל המשמש רכיכות ימיות להעשרת חומרים מזינים ויצירת קונכיות. חומצה פוליאספרטית, כסוג חדש של סינרגיסט דשנים, יכולה לשפר את ספיגת החנקן, זרחן, אשלגן ויסודות קורט על ידי גידולים; בנוסף, חומצה פוליאספרטית אינה רעילה, לא מזיקה ומתכלה לחלוטין, מה שהופך אותה לכימיקל ירוק מוכר בעולם. תוצאות מחקר ויישום בארץ ובחו"ל הראו שלחומצה פוליאספרטית, כסוכן סינרגטי לדשנים מסיסים במים, יש השפעות עיקריות בהיבטים הבאים.

1.1 אפקט פיזור של חומצה פוליאספרטית

הסיבות העיקריות לחסימת צנרת במהלך השימוש בדשנים מסיסים במים כוללות משקעים הנגרמים מתגובות כימיות בין דשנים, ירידה במסיסות הנגרמת כתוצאה מ-pH מים וחומרים בלתי מסיסים במים בדשנים. חומרים בלתי מסיסים במים אלו הנוצרים דרך מסלולים שונים נצמדים בהדרגה לפנים או למוצא הצינור, במיוחד מלחים בלתי מסיסים במים כגון סידן ומגנזיום, ובכך חוסמים את המערכת כולה. 

חומצה פוליאספרטית, כסוג חדש של חומר מפזר ירוק, יכולה למנוע ולהקל על היווצרות והצטברות של אבנית מלח אנאורגנית כאשר היא מיושמת על מערכות השקיה בטפטוף (ריסוס). הוא יכול לפזר את האבנית שנוצרה לחלקיקים קטנים התלויים במערכת המים, ובכך להפחית את בעיית החסימה של דשנים מסיסים במים במערכת במהלך השימוש. על פי מחקר, לחומצה פוליאספרטית, כמפיצה קלאטית במערכות זרימת מים, יש השפעות קלאטיות ופיזור טובות על תחמוצות ברזל, סידן פחמתי, טיטניום דו חמצני, אבץ הידרוקסיד, מגנזיום הידרוקסיד, מגנזיום אוקסיד, מנגן דו חמצני וכו'. Koskan וחב'. מאמינים כי חומצה פוליאספרטית יכולה למנוע שקיעת אבנית על משטחי העברת חום וצינורות מערכות מים. 

בינתיים, מחקר על ההשפעות של משקל מולקולרי חומצה פוליאספרטית וטמפרטורת המערכת על עיכוב קנה המידה אישר כי השפעת עיכוב קנה המידה של חומצה פוליאספרטית קשורה קשר הדוק למשקל המולקולרי שלה, אך לא לטמפרטורת המערכת. מקובל להאמין כי השפעת עיכוב האבנית של חומצה פוליאספרטית המסונתזת בשיטות שונות קשורה קשר הדוק לקנה המידה המקביל לה. לדוגמה, לחומצה פוליאספרטית המשתמשת בחומצה אספרטית כחומר גלם יש השפעה טובה יותר על עיכוב אבנית על CaF2, בעוד שלחומצה פוליאספרטית המשתמשת ב-maleic anhydride ונגזרותיו יש השפעה טובה יותר על עיכוב אבנית על BaSO4, SrSO4, CaSO4 וכו'. Ross et al. אישרו שטווח המשקל המולקולרי האופטימלי לפיזור חומצה פוליאספרטית כמו סידן פחמתי, סידן סולפט ובריום סולפט הוא בין 10000 ל-4000. Quan Zhenhua ואחרים מצאו שכאשר טמפרטורת המים מתחת ל-60 ℃, לשינוי הטמפרטורה יש מעט השפעה על קצב עיכוב האבנית של חומצה פוליאספרטית; כאשר Ca2+ הוא 800 מ"ג/ליטר והמינון של חומצה פוליאספרטית הוא רק 3 מ"ג/ליטר, שיעור עיכוב האבנית עדיין יכול להגיע ליותר מ-90%. בטמפרטורה של 20 ℃, חומצה פוליאספרטית גורמת לעיכוב של לפחות 150 דקות בגרעין של סידן פחמתי. מחקרים אלו מצביעים כולם על האוניברסליות של ביצועי עיכוב סולם חומצה פוליאספרטית לטמפרטורה. 

1.2 עיכוב קורוזיה של חומצה פוליאספרטית

נהוג להאמין שהקבוצות הקוטביות (כולל קבוצות N ו-O) בחומצה פוליאספרטית נספגות בצינורות מתכת, מה שמשפר מאוד את אנרגיית ההפעלה של תהליך יינון מתכת. במקביל, הקבוצות הלא קוטביות (אלקיל R) מסודרות בצורה כיוונית הרחק מהמתכת, ויוצרות סרט הידרופובי, ובכך מעכבות את קורוזיה של צינורות מתכת על ידי תמיסות מימיות, ומגנים ביעילות על מערכות השקיה בטפטוף בשילוב של מים ודשן, הארכת חיי השירות של הציוד והפחתת עלויות הייצור. לחומצה פוליאספרטית השפעות עיכוב קורוזיה על חומרי מתכת שונים כגון פלדת פחמן, נחושת, פליז ונחושת לבנה במערכות שונות [25]; כאשר ריכוז החומצה הפוליאספרטית הוא 100 מ"ג/ליטר, שיעור עיכוב הקורוזיה של פלדת פחמן יכול להגיע ל-93%, ובריכוז זה, חומצה פוליאספרטית יכולה להאט את קצב הקורוזיה של פלדת פחמן ב-90%, ולמעשה להאריך את חיי השירות של את הצינור. 

במחקרים רלוונטיים, חוקרים מצאו שלחומצה פוליאספרטית יש השפעה מעכבת טובה על קורוזיה בצנרת במערכות מים בתנאי pH שונים. המחקר של בנטון מצביע על כך ששימוש בחומצה פוליאספרטית ומלחיה במשקל מולקולרי של 1000 עד 5000 וריכוז של 25 מ"ג/ליטר במדיום תמיסת מלח קורוזיבית עם pH של 4.0 עד 6.6 יכול למעשה לעכב את קורוזיה של פלדת פחמן על ידי פחמן דו חמצני. . כאשר קלוטה ואח'. וסילברמן ואח'. [30] חקרו את ביצועי עיכוב קורוזיה של חומצה פוליאספרטית על ברזל בתנאי pH, טמפרטורה ולחות שונים, הם מצאו שלחומצה פוליאספרטית יש ביצועים טובים לעיכוב קורוזיה כאשר ה-pH גדול מ-10. Mansfeld et al. [31] מצא שניתן להשיג תוצאות טובות גם ב-pH הנעים בין 8 ל-9. לכן, חומצה פוליאספרטית יכולה לפתור את קורוזיה של צינורות במהלך השימוש בנוסחאות שונות של דשנים מסיסים במים, מה שמועיל ליישום של קבוע או מערכות צינורות חצי קבועות. 

1.3 השפעות סינרגיות ומשפרות איכות של חומצה פוליאספרטית

חומצה פוליאספרטית, כסינרגיסטית דשן או משפרת חומרי הזנה, דווחה במונחים של שחרור איטי ושיפור יעילות, ניצול מוגבר של דשן, שיפור איכות היבול והגדלת היבול וההכנסה. מחקרים הראו כי הוספת חומצה פוליאספרטית לדשנים המסיסים במים יכולה להאריך את יעילות הדשן, להבטיח שהגידולים סופגים חומרים מזינים באופן שווה לאורך כל תהליך הגידול, ובכך להבטיח ניצול יעיל של הדשנים. הניסוי שנערך על ידי Lei Quankui וחב'. הראה כי יעילות הניצול של דשני N, P ו-K בבוטנים גדלה בדרגות שונות לאחר מריחת חומצה פוליאספרטית, והבוטן היה מועד פחות לתסמיני מחסור בתזונה לאורך כל עונת הגידול. קאו דן ואחרים. חקרו את התמדתה של חומצה פוליאספרטית והוכיחו שלשימוש בחומצה פוליאספרטית פעם בשנה יש השפעה על העלאת יבול בשני הגידולים. 

על פי דיווחים, חומצה פוליאספרטית יכולה להפעיל ביעילות את המדיום ואת יסודות הקורט החיוניים לצמיחת היבול, לשפר את יעילות הספיגה של כמויות גדולות של יסודות, ובכך להגביר את ניצול הדשן. לאחר השימוש, הוא יכול לשפר את העמידות ללחץ ביבול, לווסת את פעילות האנזים בגידולים, להגדיל את התפוקה ולשפר את איכות היבול. Li Jiangang et al. מצאו כי מריחת חומצה פוליאספרטית על גידולים כגון ירקות ירוקים הביאה לדרגות שונות של עלייה בוויטמין C ובתכולת הסוכר המסיס, מה שיכול לשפר ביעילות את איכות הירקות והפירות. Jiao Yongkang et al. מצא באמצעות ריסוס עלים של סוגים שונים של חומצה פוליאספרטית שהשימוש בחומצה פוליאספרטית לא רק מגביר את התפוקה והאיכות של אגס Huangguan, אלא גם מפחית את ההצהבה. ההפסדים שנגרמו כתוצאה ממחלת ציפורני העורב של עץ האגס. Tang Huihui et al. מצאו באמצעות מחקרם על יישום דשן חנקן פולי-אספרטי על תירס אביבי צפון-מזרחי ש-PASP N שימש לגידול תירס בתנאי של הפחתת כלל החנקן ב-1/3, מבלי להפחית את תנובת התירס ולוויסות ביעילות את פעילות האנזים בתירס בשלבים שונים, מה שמועיל לירידה במשקל ולשיפור היעילות. Xu Yanwei et al. נמצא כי לאחר מריחת אוריאה המכילה חומצה פוליאספרטית על אורז, יעילות הדשן השתפרה משמעותית, והדשן לא הוסר במהלך עונת הגידול. קאו דן ואחרים. מצא כי יישום חומצה פוליאספרטית לטיפוח שתילי צפצפה מצריך הפחתה מתאימה בשימוש בחנקן על מנת להקל על מתח חנקן גבוה הנגרם מיעילות ניצול חנקן גבוה.

1.4 מאפייני הגנת הסביבה של חומצה פוליאספרטית

חומצה פוליאספרטית היא פולימר המורכב בעיקר מחומצות אמינו, הניתנות לפירוק מוחלט על ידי מיקרואורגניזמים בסביבה לחומצות אמינו שמישות במשקל מולקולרי נמוך, מים ופחמן דו חמצני. מישהו השתמש בשיטת OECD301A כדי לחקור את הפירוק הביולוגי של חומצה פוליאספרטית ומצא שכמות הפחמן הדו-חמצני המשתחררת בטיפול בחומצה פוליאספרטית קרובה לגלוקוז הייחוס. בנוסף, Xiong Rongchun ואחרים גם הוכיחו כי חומצה פוליאספרטית היא כימיקל ירוק עם מתכלות ביולוגית מעולה. 

2 אאוטלוק

עם מימוש הדרגתי של המטרה של "שליטה אחת, שתי הפחתות ושלושה בסיסיים" בחקלאות בסין, תהליך האינטגרציה של מים ודשן הופך למהיר יותר ויותר, והביקוש לדשנים מסיסים במים, במיוחד מים מתקדמים- דשנים מסיסים, עולה. חומצה פוליאספרטית, כמפיצה קלאטית ירוקה וידידותית לסביבה וסינרגיסטית דשנים, יכולה לא רק למנוע ביעילות את קנה המידה של דשנים כימיים וקורוזיה של צינורות, אלא גם לשפר את היעילות והאיכות, עם סיכויי יישום חזקים. 

בתגובה למצב היישום הנוכחי של חומצה פוליאספרטית בדשנים מסיסים במים, בשילוב עם המאפיינים של חומצה פוליאספרטית המעודדת ייצור שורשים, מווסתת פעילות אנזימי היבול, הגברת ספיגת חומרי הזנה וקלציה של יסודות מתכת מפוזרים, המחבר מאמין שפיתוח של פוליאספרטיק דשנים מסיסים במים על בסיס חומצה צריכים להתמקד בדשנים מיוחדים מסיסים במים ודשנים מסיסים במים מתקדמים, המתאימים במיוחד לתפוחי אדמה וגידולים אחרים לקצירת פקעות ופקעות, ובדשנים מיוחדים מסיסים במים לפירות וירקות עם ספיגת חומרים מזינים. מחסומים, כגון מחלת אגסים ורגלי תרנגולת.