Prema statistici Organizacije Ujedinjenih naroda za hranu i poljoprivredu u 2017., globalna proizvodnja hrane iznosila je 2,627 milijardi tona, od čega je 618 milijuna tona proizvedeno u Kini, što čini 23,5% ukupne svjetske proizvodnje hrane u istom razdoblju. . Kako bi se održali tako visoki prinosi, poljoprivredna proizvodnja u Kini zahtijeva potrošnju velike količine poljoprivrednog zemljišta i slatkovodnih resursa svake godine. Međutim, oskudica navedenih resursa u Kini je izrazito očita. Prema statistici, površina obradive zemlje po stanovniku manja je od 0,1 hm2, što je samo jedna trećina svjetske količine po stanovniku i manje od jedne sedmine one u Sjedinjenim Državama; Kineski resursi slatke vode po stanovniku manji su od 2200 m3, što je samo 1/4 svjetskog prosjeka, što je čini jednom od zemalja s najsiromašnijim vodnim resursima po glavi stanovnika u svijetu. Stoga se u poljoprivrednoj proizvodnji u Kini mora koristiti velika količina kemijskih gnojiva kako bi se osigurao ukupni prinos.

Međutim, u kineskoj poljoprivrednoj proizvodnji, stopa iskorištenja gnojiva nije zadovoljavajuća. Uzimajući dušična gnojiva kao primjer, 2017. godine ukupna količina dušičnih gnojiva primijenjenih u Kini dosegla je 22,06 milijuna tona, što čini 35% ukupne svjetske količine. Međutim, sveobuhvatna stopa iskorištenja dušikovih gnojiva u Kini bila je manja od 35% te godine, što je uzrokovalo veliki otpad. Stoga djelatnici poljoprivredne znanosti i tehnologije u Kini postupno počinju proučavati vrhunska vodotopiva gnojiva kako bi se prilagodili procesu integracije vodenih gnojiva [1-2]. Prema istraživanju koje je proveo Nacionalni centar za promicanje poljoprivredne tehnologije, trenutno postoji više od 30 milijuna hektara obradive zemlje pogodne za integraciju vode i gnojiva u Kini, dok je trenutni udio primjene u zemlji samo 3,2%. Stoga je razvojni potencijal vodotopivih gnojiva u Kini vrlo velik i to je ključni fokus za budući razvoj gnojiva.

Gnojivo topivo u vodi je složeno s više elemenata i brzodjelujuće gnojivo koje je potpuno topivo u vodi. Ima karakteristike dobre topljivosti u vodi, nema ostataka i može se izravno apsorbirati i iskoristiti korijenjem i lišćem usjeva. Kao važna komponenta integracije vodenih gnojiva, vodotopiva gnojiva imaju očite prednosti. Prvo, može značajno poboljšati stopu iskorištenja gnojiva. Prema statistici, stopa iskorištenja konvencionalnih gnojiva u Kini je oko 30%, dok je stopa iskorištenja vodotopivih gnojiva između 70% i 80%. Također može smanjiti ukupnu količinu gnojidbe, što udovoljava osnovnim zahtjevima nacionalnog ciklusa dvostrukog ugljika; Drugo, vodotopiva gnojiva imaju visok sadržaj hranjivih tvari i sveobuhvatnu ishranu, što može značajno poboljšati prinos i kvalitetu usjeva, što ih čini jednim od ključnih smjerova razvoja buduće industrije gnojiva; Konačno, promicanje i korištenje vodotopivih gnojiva, popraćeno integracijom vode i gnojiva, može uštedjeti veliku količinu slatkovodnih resursa i pomoći poboljšati kvalitetu života kineskih stanovnika. 

Trenutačno postoji još mnogo problema koje treba riješiti u proizvodnji i korištenju vodotopivih gnojiva u Kini. Slaba topljivost u vodi i visok sadržaj netopivih tvari mogu lako uzrokovati začepljenje kamenca u cjevovodima, posebno u područjima s visokim koncentracijama iona kalcija i magnezija u vodi za navodnjavanje. Trenutačno, zahtjev za supstance netopive u vodi u topivim gnojivima u Kini je 0,5%, dok je sustav integriranog gnojiva u vodi općenito fiksan ili polufiksan, s izuzetno finim otvorima za vodu koji se teško čiste, a koje lako blokiraju tvari netopive u vodi. Dio soli u gnojivu će nagrizati cjevovod. Trenutno su cijevi integriranog sustava za vodu i gnojivo uglavnom izrađene od ugljičnog čelika ili plastike, među kojima su cijevi od ugljičnog čelika sklone koroziji kisikom, vodom, kiselinama i lužinama, što skraćuje životni vijek sustava. i poskupljuje korištenje. Glavna komponenta vodotopivih gnojiva su kemijska gnojiva, koja nakon dugotrajne uporabe lako mogu uzrokovati zbijanje tla i neravnotežu mikrobnih zajednica u tlu, što u konačnici dovodi do degradacije plodnosti tla. Na temelju gore navedenih razloga, s razvojem integracije vodenih gnojiva, velike domaće i strane kemijske tvrtke sukcesivno su razvile kemikalije s učinkom inhibicije kamenca i korozije kako bi riješile probleme u proizvodnji i upotrebi vodotopivih gnojiva. Među njima, poliasparaginska kiselina i njeni derivati ​​su najčešće proučavane tvari. 

1.1 Primjena poliasparaginske kiseline u vodotopivim gnojivima

Poliasparaginska kiselina (PASP) je umjetno sintetiziran protein topiv u vodi koji prirodno postoji u sluzi morskih školjkaša kao što su kamenice. To je aktivna tvar koju koriste morski školjkaši za obogaćivanje hranjivim tvarima i stvaranje ljuštura. Poliasparaginska kiselina, kao nova vrsta sinergista gnojiva, može poboljšati apsorpciju dušika, fosfora, kalija i elemenata u tragovima od strane usjeva; Osim toga, poliasparaginska kiselina je netoksična, bezopasna i potpuno biorazgradiva, što je čini globalno priznatom zelenom kemikalijom. Rezultati istraživanja i primjene u zemlji i inozemstvu pokazali su da poliasparaginska kiselina, kao sinergističko sredstvo za vodotopiva gnojiva, ima glavne učinke u sljedećim aspektima.

1.1 Disperzijski učinak poliasparaginske kiseline

Glavni razlozi začepljenja cjevovoda tijekom korištenja vodotopivih gnojiva su oborine uzrokovane kemijskim reakcijama između gnojiva, smanjena topljivost uzrokovana pH vode i u vodi netopive tvari u gnojivima. Te tvari netopljive u vodi formirane različitim putevima postupno se lijepe za unutrašnjost ili izlaz cjevovoda, posebno soli netopive u vodi kao što su kalcij i magnezij, blokirajući tako cijeli sustav. 

Poliasparaginska kiselina, kao nova vrsta zelenog raspršivača, može spriječiti i ublažiti stvaranje i nakupljanje kamenca anorganske soli kada se primjenjuje na sustave navodnjavanja kap po kap (sprej). Može raspršiti formirani kamenac u male čestice suspendirane u vodenom sustavu, čime se smanjuje problem začepljenja vodotopivih gnojiva u sustavu tijekom upotrebe. Prema istraživanjima, poliasparaginska kiselina, kao kelatni disperzant u sustavima cirkulacije vode, ima dobre kelirajuće i dispergirajuće učinke na željezne okside, kalcijev karbonat, titanijev dioksid, cink hidroksid, magnezijev hidroksid, magnezijev oksid, manganov dioksid itd. Koskan et al. vjeruju da poliasparaginska kiselina može spriječiti taloženje kamenca na površinama za prijenos topline i cjevovodima vodovodnog sustava. 

U međuvremenu, istraživanje o učincima molekularne težine poliasparaginske kiseline i temperature sustava na inhibiciju kamenca potvrdilo je da je učinak inhibicije kamenca poliasparaginske kiseline usko povezan s njezinom molekularnom težinom, ali ne i s temperaturom sustava. Općenito se vjeruje da je učinak inhibicije kamenca poliasparaginske kiseline sintetizirane različitim metodama usko povezan s odgovarajućim razmjerom. Na primjer, poliasparaginska kiselina koja koristi asparaginsku kiselinu kao sirovinu ima bolji učinak inhibicije kamenca na CaF2, dok poliasparaginska kiselina koja koristi anhidrid maleinske kiseline i njegove derivate ima bolji učinak inhibicije kamenca na BaSO4, SrSO4, CaSO4, itd. Ross et al. potvrdio je da je optimalni prosjek molekularne težine za disperziju poliasparaginske kiseline kao što je kalcijev karbonat, kalcijev sulfat i barijev sulfat između 10000 i 4000. Quan Zhenhua i drugi otkrili su da kada je temperatura vode ispod 60 ℃, promjena temperature je mala učinak poliasparaginske kiseline na stopu inhibicije kamenca; Kada je Ca2+ 800 mg/L, a doza poliasparaginske kiseline samo 3 mg/L, stopa inhibicije kamenca još uvijek može doseći preko 90%. Na 20 ℃, poliasparaginska kiselina uzrokuje odgodu od najmanje 150 minuta u nukleaciji kalcijevog karbonata. Sve ove studije ukazuju na univerzalnost učinkovitosti inhibicije kamenca poliasparaginske kiseline prema temperaturi. 

1.2 Inhibicija korozije poliasparaginske kiseline

Općenito se vjeruje da se polarne skupine (uključujući N i O skupine) u poliasparaginskoj kiselini adsorbiraju na metalne cjevovode, čime se znatno poboljšava energija aktivacije procesa ionizacije metala. U isto vrijeme, nepolarne skupine (alkil R) raspoređene su usmjereno od metala, tvoreći hidrofobni film, čime se sprječava korozija metalnih cjevovoda vodenim otopinama, učinkovito štiteći sustave za navodnjavanje kap po kap u integraciji vode i gnojiva, produljenje vijeka trajanja opreme i smanjenje troškova proizvodnje. Poliasparaginska kiselina ima učinke inhibicije korozije na različite metalne materijale kao što su ugljični čelik, bakar, mjed i bijeli bakar u različitim sustavima [25]; Kada je koncentracija poliasparaginske kiseline 100 mg/L, stopa inhibicije korozije ugljičnog čelika može doseći 93%, a pri ovoj koncentraciji poliasparaginska kiselina može usporiti stopu korozije ugljičnog čelika za 90%, učinkovito produžujući životni vijek cjevovod. 

U relevantnim studijama istraživači su otkrili da poliasparaginska kiselina ima dobar inhibitorni učinak na koroziju cjevovoda u vodenim sustavima pod različitim pH uvjetima. Bentonovo istraživanje sugerira da uporaba poliasparaginske kiseline i njezinih soli s molekularnom težinom od 1000 do 5000 i koncentracijom od 25 mg/L u korozivnoj otopini soli s pH od 4,0 do 6,6 može učinkovito inhibirati koroziju ugljičnog čelika ugljičnim dioksidom . Kada su Kalota i sur. i Silverman et al. [30] proučavali učinak inhibicije korozije poliasparaginske kiseline na željezu pod različitim pH, temperaturom i uvjetima vlage, otkrili su da poliasparaginska kiselina ima dobru učinkovitost inhibicije korozije kada je pH veći od 10. Mansfeld et al. [31] otkrili su da se dobri rezultati mogu postići i pri pH u rasponu od 8 do 9. Stoga poliasparaginska kiselina može riješiti koroziju cjevovoda tijekom korištenja različitih formula vodotopivih gnojiva, što je korisno za primjenu fiksnih ili polufiksni sustavi cjevovoda. 

1.3 Sinergistički učinci i učinci poliasparaginske kiseline na poboljšanje kvalitete

Poliasparaginska kiselina, kao sinergist gnojiva ili pojačivač hranjivih tvari, zabilježena je u smislu sporog oslobađanja i poboljšanja učinkovitosti, povećane upotrebe gnojiva, poboljšane kvalitete usjeva i povećanog prinosa i prihoda. Istraživanja su pokazala da se dodavanjem poliasparaginske kiseline vodotopivim gnojivima može produžiti učinkovitost gnojiva, osigurati da usjevi ravnomjerno apsorbiraju hranjive tvari tijekom cijelog procesa rasta i tako osigurati učinkovitu iskoristivost gnojiva. Eksperiment koji su proveli Lei Quankui i sur. pokazalo je da se učinkovitost iskorištenja N, P i K gnojiva u kikirikiju povećala u različitim stupnjevima nakon primjene poliasparaginske kiseline, a kikiriki je bio manje sklon simptomima nedostatka hranjivih tvari tijekom cijele sezone rasta. Cao Dan i sur. proučavali su postojanost poliasparaginske kiseline i pokazali da uporaba poliasparaginske kiseline jednom godišnje ima učinak povećanja prinosa na oba usjeva. 

Prema izvješćima, poliasparaginska kiselina može učinkovito aktivirati esencijalni medij i elemente u tragovima za rast usjeva, poboljšati učinkovitost apsorpcije velikih količina elemenata i tako povećati iskorištenost gnojiva. Nakon uporabe, može povećati otpornost usjeva na stres, regulirati aktivnost enzima u usjevima, povećati prinos i poboljšati kvalitetu usjeva. Li Jiangang i sur. otkrili su da primjena poliasparaginske kiseline na usjeve kao što je zeleno povrće rezultira različitim stupnjevima povećanja sadržaja vitamina C i topivog šećera, što može učinkovito poboljšati kvalitetu povrća i voća. Jiao Yongkang i sur. otkrili su folijarnim prskanjem različitih tipova kelata poliasparaginske kiseline da uporaba poliasparaginske kiseline ne samo da povećava prinos i kvalitetu Huangguan kruške, već također smanjuje žutilo. Gubici uzrokovani bolešću kruške kruške. Tang Huihui i sur. su svojom studijom o primjeni poliasparaginskog dušičnog gnojiva na sjeveroistočnom proljetnom kukuruzu utvrdili da je PASP N korišten za uzgoj kukuruza pod uvjetom smanjenja ukupnog dušika za 1/3, bez smanjenja prinosa kukuruza i učinkovite regulacije aktivnosti enzima u kukuruzu u različitim fazama, što je korisno za mršavljenje i poboljšanje učinkovitosti. Xu Yanwei i sur. otkrili su da je nakon primjene uree koja sadrži poliasparaginsku kiselinu na rižu, učinkovitost gnojiva značajno poboljšana, a gnojivo nije uklonjeno tijekom sezone rasta. Cao Dan i sur. otkrili su da primjena poliasparaginske kiseline za uzgoj sadnica topole zahtijeva odgovarajuće smanjenje upotrebe dušika kako bi se ublažio veliki dušikov stres uzrokovan visokom učinkovitošću iskorištavanja dušika.

1.4 Karakteristike zaštite okoliša poliasparaginske kiseline

Poliasparaginska kiselina je polimer koji se uglavnom sastoji od aminokiselina, koje mikroorganizmi u okolišu mogu u potpunosti razgraditi u iskoristive aminokiseline niske molekularne težine, vodu i ugljikov dioksid. Netko je upotrijebio metodu OECD301A za proučavanje biorazgradljivosti poliasparaginske kiseline i otkrio da je količina ugljičnog dioksida oslobođena tretmanom s poliasparaginskom kiselinom bila blizu referentne glukoze. Osim toga, Xiong Rongchun i drugi također su pokazali da je poliasparaginska kiselina zelena kemikalija s izvrsnom biorazgradljivošću. 

2 Outlook

S postupnim ostvarenjem cilja "jedna kontrola, dva smanjenja i tri osnovna" u kineskoj poljoprivredi, proces integracije vode i gnojiva postaje sve brži, a potražnja za gnojivima topivim u vodi, posebno visokokvalitetnim vodenim gnojivima. topivih gnojiva, raste. Poliasparaginska kiselina, kao zeleni i ekološki prihvatljiv kelatni disperzant i sinergist gnojiva, ne samo da može učinkovito spriječiti stvaranje kamenca kemijskih gnojiva i koroziju cjevovoda, već također može poboljšati učinkovitost i kvalitetu, s velikim izgledima za primjenu. 

Kao odgovor na trenutni status primjene poliasparaginske kiseline u vodotopivim gnojivima, u kombinaciji sa karakteristikama poliasparaginske kiseline koja potiče proizvodnju korijena, regulira aktivnost enzima usjeva, poboljšava apsorpciju hranjivih tvari i kelatira raspršene metalne elemente, autor vjeruje da razvoj poliasparaginske kiseline Gnojiva topiva u vodi na bazi kiseline trebaju se usredotočiti na posebna gnojiva topiva u vodi i vrhunska gnojiva topiva u vodi, posebno pogodna za krumpir i druge usjeve za berbu gomolja i gomolja, te na specijalizirana gnojiva topiva u vodi za voće i povrće s apsorpcijom hranjivih tvari barijere, kao što su bolesti kruške i kokošje noge.