Menurut statistik Organisasi Pangan dan Pertanian Perserikatan Bangsa-Bangsa pada tahun 2017, produksi pangan global adalah 2,627 miliar ton, dimana 618 juta ton di antaranya diproduksi di Tiongkok, menyumbang 23,5% dari total produksi pangan global pada periode yang sama. . Untuk mempertahankan hasil panen yang tinggi, produksi pertanian Tiongkok memerlukan konsumsi sejumlah besar lahan pertanian dan sumber daya air tawar setiap tahunnya. Namun, kelangkaan sumber daya yang disebutkan di atas di Tiongkok sangat nyata. Menurut statistik, luas lahan subur per kapita kurang dari 0,1 hm2, yang hanya sepertiga dari jumlah per kapita dunia dan kurang dari sepertujuh luas Amerika Serikat; Sumber daya air tawar per kapita Tiongkok kurang dari 2200 m3, hanya 1/4 dari rata-rata dunia, menjadikannya salah satu negara dengan sumber daya air per kapita termiskin di dunia. Oleh karena itu, sejumlah besar pupuk kimia harus digunakan dalam produksi pertanian di Tiongkok untuk menjamin hasil keseluruhan.

Namun pada produksi pertanian Tiongkok, tingkat pemanfaatan pupuk kurang memuaskan. Mengambil contoh pupuk nitrogen, pada tahun 2017, jumlah total pupuk nitrogen yang diterapkan di Tiongkok mencapai 22,06 juta ton, atau setara dengan 35% dari total pupuk nitrogen di dunia. Namun, tingkat pemanfaatan pupuk nitrogen secara komprehensif di Tiongkok kurang dari 35% pada tahun itu, sehingga menyebabkan banyak limbah. Oleh karena itu, pekerja ilmu pengetahuan dan teknologi pertanian di Tiongkok secara bertahap mulai mempelajari pupuk kelas atas yang larut dalam air untuk beradaptasi dengan proses integrasi pupuk air [1-2]. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Pusat Promosi Teknologi Pertanian Nasional, saat ini terdapat lebih dari 30 juta hektar lahan subur yang cocok untuk integrasi air dan pupuk di Tiongkok, sedangkan proporsi penerapannya saat ini di negara tersebut hanya 3,2%. Oleh karena itu, potensi pengembangan pupuk yang larut dalam air di Tiongkok sangat besar dan merupakan fokus utama pengembangan pupuk di masa depan.

Pupuk larut air merupakan pupuk majemuk multi unsur dan pupuk kerja cepat yang larut sempurna dalam air. Memiliki ciri kelarutan dalam air yang baik, tidak ada residu, serta dapat langsung diserap dan dimanfaatkan oleh akar dan daun tanaman. Sebagai komponen penting dalam integrasi pupuk air, pupuk yang larut dalam air memiliki keunggulan yang jelas. Pertama, hal ini dapat meningkatkan tingkat pemanfaatan pupuk secara signifikan. Menurut statistik, tingkat pemanfaatan pupuk konvensional di Tiongkok adalah sekitar 30%, sedangkan tingkat pemanfaatan pupuk yang larut dalam air adalah antara 70% dan 80%. Hal ini juga dapat mengurangi jumlah total pemupukan, yang memenuhi persyaratan dasar siklus karbon ganda nasional; Kedua, pupuk yang larut dalam air memiliki kandungan unsur hara yang tinggi dan nutrisi yang komprehensif, yang secara signifikan dapat meningkatkan hasil dan kualitas tanaman, menjadikannya salah satu arah pengembangan utama industri pupuk di masa depan; Terakhir, promosi dan penggunaan pupuk yang larut dalam air, disertai dengan integrasi air dan pupuk, dapat menghemat banyak sumber daya air tawar dan membantu meningkatkan kualitas hidup penduduk Tiongkok. 

Saat ini, masih banyak permasalahan yang harus diselesaikan dalam produksi dan penggunaan pupuk yang larut dalam air di Tiongkok. Kelarutan yang buruk dalam air dan tingginya kandungan zat tidak larut dapat dengan mudah menyebabkan penyumbatan kerak pada pipa, terutama di daerah dengan konsentrasi ion kalsium dan magnesium yang tinggi dalam air irigasi. Saat ini, kebutuhan zat yang tidak larut dalam air dalam pupuk larut di Tiongkok adalah 0,5%, sedangkan sistem pupuk air terpadu umumnya bersifat tetap atau semi tetap, dengan saluran keluar air yang sangat halus dan sulit dibersihkan, yang mudah tersumbat oleh zat yang tidak larut dalam air. Sebagian garam dalam pupuk akan menimbulkan korosi pada pipa. Saat ini, pipa-pipa sistem air dan pupuk terpadu sebagian besar terbuat dari baja karbon atau plastik, di antaranya pipa-pipa yang terbuat dari baja karbon rentan terhadap korosi oleh oksigen, air, asam dan alkali, sehingga memperpendek umur sistem. dan meningkatkan biaya penggunaan. Komponen utama pupuk yang larut dalam air adalah pupuk kimia, yang setelah penggunaan jangka panjang dapat dengan mudah menyebabkan pemadatan tanah dan ketidakseimbangan komunitas mikroba tanah, yang pada akhirnya menyebabkan penurunan kesuburan tanah. Berdasarkan alasan di atas, dengan berkembangnya integrasi pupuk air, perusahaan kimia besar dalam dan luar negeri berturut-turut mengembangkan bahan kimia dengan efek penghambatan skala dan korosi untuk memecahkan masalah dalam produksi dan penggunaan pupuk yang larut dalam air. Diantaranya, asam poliaspartat dan turunannya merupakan zat yang paling banyak dipelajari. 

1.1Penerapan asam poliaspartat dalam pupuk yang larut dalam air

Asam poliaspartat (PASP) adalah protein larut air yang disintesis secara artifisial yang secara alami ada dalam lendir kerang laut seperti tiram. Merupakan zat aktif yang digunakan kerang laut untuk memperkaya nutrisi dan membuat cangkang. Asam poliaspartat, sebagai pupuk sinergis jenis baru, dapat meningkatkan penyerapan nitrogen, fosfor, kalium, dan unsur jejak oleh tanaman; Selain itu, asam poliaspartat tidak beracun, tidak berbahaya, dan sepenuhnya dapat terurai secara hayati, menjadikannya bahan kimia ramah lingkungan yang diakui secara global. Hasil penelitian dan penerapan di dalam dan luar negeri menunjukkan bahwa asam poliaspartat, sebagai bahan sinergis pupuk yang larut dalam air, mempunyai pengaruh utama pada aspek-aspek berikut.

1.1 Efek dispersi asam poliaspartat

Penyebab utama penyumbatan pipa selama penggunaan pupuk yang larut dalam air antara lain pengendapan yang disebabkan oleh reaksi kimia antar pupuk, penurunan kelarutan yang disebabkan oleh pH air, dan zat yang tidak larut dalam air dalam pupuk. Zat-zat yang tidak larut dalam air ini terbentuk melalui jalur yang berbeda dan secara bertahap melekat pada bagian dalam atau saluran keluar pipa, terutama garam yang tidak larut dalam air seperti kalsium dan magnesium, sehingga menghalangi keseluruhan sistem. 

Asam poliaspartat, sebagai dispersan hijau jenis baru, dapat mencegah dan mengurangi pembentukan dan agregasi kerak garam anorganik bila diterapkan pada sistem irigasi tetes (semprot). Hal ini dapat membubarkan kerak yang terbentuk menjadi partikel-partikel kecil yang tersuspensi dalam sistem air, sehingga mengurangi masalah penyumbatan pupuk yang larut dalam air dalam sistem selama penggunaan. Menurut penelitian, asam poliaspartat, sebagai dispersan pengkelat dalam sistem sirkulasi air, memiliki efek pengkelat dan pendispersi yang baik pada oksida besi, kalsium karbonat, titanium dioksida, seng hidroksida, magnesium hidroksida, magnesium oksida, mangan dioksida, dll. Koskan et al. percaya bahwa asam poliaspartat dapat mencegah pengendapan kerak pada permukaan perpindahan panas dan jaringan pipa sistem air. 

Sementara itu, penelitian tentang pengaruh berat molekul asam poliaspartat dan suhu sistem terhadap penghambatan kerak telah mengkonfirmasi bahwa efek penghambatan kerak asam poliaspartat berkaitan erat dengan berat molekulnya, tetapi tidak dengan suhu sistem. Secara umum diyakini bahwa efek penghambatan kerak dari asam poliaspartat yang disintesis dengan metode berbeda berkaitan erat dengan skala yang sesuai. Misalnya, asam poliaspartat yang menggunakan asam aspartat sebagai bahan baku memiliki efek penghambatan kerak yang lebih baik terhadap CaF2, sedangkan asam poliaspartat yang menggunakan anhidrida maleat dan turunannya memiliki efek penghambatan kerak yang lebih baik terhadap BaSO4, SrSO4, CaSO4, dll. Ross et al. menegaskan bahwa kisaran berat molekul rata-rata berat optimal untuk mendispersikan asam poliaspartat seperti kalsium karbonat, kalsium sulfat, dan barium sulfat adalah antara 10.000 dan 4000. Quan Zhenhua dan yang lainnya menemukan bahwa ketika suhu air di bawah 60 ℃, perubahan suhu hanya terjadi sedikit. berpengaruh pada tingkat penghambatan skala asam poliaspartat; Ketika Ca2+ adalah 800mg/L dan dosis asam poliaspartat hanya 3 mg/L, tingkat penghambatan kerak masih dapat mencapai lebih dari 90%. Pada 20 ℃, asam poliaspartat menyebabkan penundaan setidaknya 150 menit dalam nukleasi kalsium karbonat. Semua studi ini menunjukkan universalitas kinerja penghambatan skala asam poliaspartat terhadap suhu. 

1.2 Penghambatan Korosi Asam Poliaspartat

Secara umum diyakini bahwa gugus polar (termasuk gugus N dan O) dalam asam poliaspartat teradsorpsi pada pipa logam, sehingga sangat meningkatkan energi aktivasi proses ionisasi logam. Pada saat yang sama, gugus non-polar (alkil R) disusun secara terarah menjauhi logam, membentuk lapisan hidrofobik, sehingga menghambat korosi pipa logam oleh larutan berair, secara efektif melindungi sistem irigasi tetes dalam integrasi air dan pupuk, memperpanjang umur peralatan, dan mengurangi biaya produksi. Asam poliaspartat memiliki efek penghambatan korosi pada berbagai bahan logam seperti baja karbon, tembaga, kuningan, dan tembaga putih dalam berbagai sistem [25]; Ketika konsentrasi asam poliaspartat 100 mg/L, laju penghambatan korosi baja karbon dapat mencapai 93%, dan pada konsentrasi ini, asam poliaspartat dapat memperlambat laju korosi baja karbon hingga 90%, sehingga secara efektif memperpanjang masa pakai baja karbon. pipa. 

Dalam penelitian yang relevan, para peneliti telah menemukan bahwa asam poliaspartat memiliki efek penghambatan yang baik terhadap korosi pipa dalam sistem air pada kondisi pH yang berbeda. Penelitian Benton menunjukkan bahwa penggunaan asam poliaspartat dan garamnya dengan berat molekul 1000 hingga 5000 dan konsentrasi 25 mg/L dalam media larutan garam korosif dengan pH 4,0 hingga 6,6 dapat secara efektif menghambat korosi baja karbon oleh karbon dioksida. . Ketika Kalota dkk. dan Silverman dkk. [30] mempelajari kinerja penghambatan korosi asam poliaspartat pada besi pada kondisi pH, suhu, dan kelembaban yang berbeda, mereka menemukan bahwa asam poliaspartat memiliki kinerja penghambatan korosi yang baik ketika pH lebih besar dari 10. Mansfeld et al. [31] menemukan bahwa hasil yang baik juga dapat dicapai pada pH berkisar antara 8 hingga 9. Oleh karena itu, asam poliaspartat dapat mengatasi korosi pipa selama penggunaan berbagai formula pupuk yang larut dalam air, yang berguna untuk penerapan pupuk tetap atau tetap. sistem pipa semi tetap. 

1.3 Efek sinergis dan peningkatan kualitas asam poliaspartat

Asam poliaspartat, sebagai sinergis pupuk atau penambah unsur hara, telah dilaporkan memiliki efek pelepasan lambat dan peningkatan efisiensi, peningkatan pemanfaatan pupuk, peningkatan kualitas tanaman, serta peningkatan hasil dan pendapatan. Penelitian telah menunjukkan bahwa menambahkan asam poliaspartat ke dalam pupuk yang larut dalam air dapat memperpanjang efektivitas pupuk, memastikan tanaman menyerap unsur hara secara merata sepanjang proses pertumbuhan, dan dengan demikian menjamin penggunaan pupuk secara efektif. Eksperimen yang dilakukan oleh Lei Quankui dkk. menunjukkan bahwa efisiensi pemanfaatan pupuk N, P, dan K pada kacang tanah meningkat pada tingkat yang berbeda-beda setelah penerapan asam poliaspartat, dan kacang tanah tidak terlalu rentan terhadap gejala kekurangan unsur hara sepanjang musim pertumbuhan. Cao Dan dkk. mempelajari persistensi asam poliaspartat dan menunjukkan bahwa penggunaan asam poliaspartat setahun sekali mempunyai efek peningkatan hasil pada kedua tanaman. 

Menurut laporan, asam poliaspartat dapat secara efektif mengaktifkan media penting dan unsur-unsur jejak untuk pertumbuhan tanaman, meningkatkan efisiensi penyerapan unsur-unsur dalam jumlah besar, dan dengan demikian meningkatkan pemanfaatan pupuk. Setelah digunakan, dapat meningkatkan ketahanan tanaman terhadap stres, mengatur aktivitas enzim dalam tanaman, meningkatkan hasil, dan meningkatkan kualitas tanaman. Li Jiangang dkk. menemukan bahwa penerapan asam poliaspartat pada tanaman seperti sayuran hijau menghasilkan berbagai tingkat peningkatan vitamin C dan kandungan gula larut, yang secara efektif dapat meningkatkan kualitas sayuran dan buah-buahan. Jiao Yongkang dkk. ditemukan melalui penyemprotan daun berbagai jenis kelat asam poliaspartat bahwa penggunaan asam poliaspartat tidak hanya meningkatkan hasil dan kualitas pir Huangguan, tetapi juga mengurangi kekuningan. Kerugian akibat penyakit cakar gagak pada pohon pir. Tang Huihui dkk. menemukan melalui studi mereka tentang penerapan pupuk nitrogen poliaspartik pada jagung musim semi Timur Laut bahwa PASP N digunakan untuk budidaya jagung dengan kondisi mengurangi total nitrogen sebesar 1/3, tanpa mengurangi hasil jagung dan secara efektif mengatur aktivitas enzim dalam jagung pada berbagai tahap, yang bermanfaat untuk penurunan berat badan dan peningkatan efisiensi. Xu Yanwei dkk. menemukan bahwa setelah pemberian urea yang mengandung asam poliaspartat pada padi, efektivitas pupuk meningkat secara signifikan, dan pupuk tidak dihilangkan selama musim tanam. Cao Dan dkk. menemukan bahwa penerapan asam poliaspartat untuk membudidayakan bibit poplar memerlukan pengurangan penggunaan nitrogen yang tepat untuk mengurangi tekanan nitrogen yang tinggi yang disebabkan oleh efisiensi pemanfaatan nitrogen yang tinggi.

1.4 Karakteristik Perlindungan Lingkungan dari Asam Poliaspartat

Asam poliaspartat adalah polimer yang sebagian besar terdiri dari asam amino, yang dapat terdegradasi sepenuhnya oleh mikroorganisme di lingkungan menjadi asam amino dengan berat molekul rendah, air, dan karbon dioksida yang dapat digunakan. Seseorang menggunakan metode OECD301A untuk mempelajari biodegradabilitas asam poliaspartat dan menemukan bahwa jumlah karbon dioksida yang dilepaskan oleh perlakuan asam poliaspartat mendekati glukosa referensi. Selain itu, Xiong Rongchun dan lainnya juga telah menunjukkan bahwa asam poliaspartat adalah bahan kimia ramah lingkungan dengan kemampuan terurai secara hayati yang sangat baik. 

2 Pandangan

Dengan realisasi bertahap dari tujuan "satu pengendalian, dua pengurangan, dan tiga dasar" dalam pertanian Tiongkok, proses integrasi air dan pupuk menjadi semakin cepat, dan permintaan akan pupuk yang larut dalam air, terutama pupuk air kelas atas. pupuk larut semakin meningkat. Asam poliaspartat, sebagai dispersan pengkelat dan sinergis pupuk yang ramah lingkungan dan ramah lingkungan, tidak hanya efektif mencegah kerak pupuk kimia dan korosi pada saluran pipa, namun juga meningkatkan efisiensi dan kualitas, dengan prospek penerapan yang kuat. 

Menanggapi status penerapan asam poliaspartat saat ini dalam pupuk yang larut dalam air, dikombinasikan dengan karakteristik asam poliaspartat yang meningkatkan produksi akar, mengatur aktivitas enzim tanaman, meningkatkan penyerapan nutrisi, dan mengkelat unsur logam terdispersi, penulis percaya bahwa pengembangan poliaspartik pupuk yang larut dalam air berbasis asam harus fokus pada pupuk khusus yang larut dalam air dan pupuk larut dalam air kelas atas, terutama cocok untuk kentang dan tanaman lain untuk memanen umbi-umbian dan umbi-umbian, Dan pada pupuk khusus yang larut dalam air untuk buah-buahan dan sayuran dengan penyerapan unsur hara hambatan, seperti penyakit pir dan ceker ayam.