Secondo le statistiche dell’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura nel 2017, la produzione alimentare globale è stata di 2,627 miliardi di tonnellate, di cui 618 milioni di tonnellate sono state prodotte in Cina, pari al 23,5% della produzione alimentare mondiale totale nello stesso periodo. . Per mantenere rendimenti così elevati, la produzione agricola cinese richiede il consumo ogni anno di una grande quantità di terreni agricoli e risorse di acqua dolce. Tuttavia, la scarsità delle suddette risorse in Cina è estremamente evidente. Secondo le statistiche, la superficie arabile pro capite è inferiore a 0,1 hm2, ovvero solo un terzo della quantità pro capite mondiale e meno di un settimo di quella degli Stati Uniti; Le risorse idriche pro capite della Cina sono inferiori a 2.200 m3, solo 1/4 della media mondiale, rendendolo uno dei paesi con le risorse idriche pro capite più povere al mondo. Pertanto, nella produzione agricola cinese è necessario utilizzare una grande quantità di fertilizzanti chimici per garantire la resa complessiva.

Tuttavia, nella produzione agricola cinese, il tasso di utilizzo dei fertilizzanti non è soddisfacente. Prendendo come esempio i fertilizzanti azotati, nel 2017 la quantità totale di fertilizzanti azotati applicati in Cina ha raggiunto 22,06 milioni di tonnellate, pari al 35% del totale mondiale. Tuttavia, quell’anno il tasso di utilizzo complessivo dei fertilizzanti azotati in Cina era inferiore al 35%, causando grandi sprechi. Pertanto, i lavoratori della scienza e della tecnologia agricola in Cina stanno gradualmente iniziando a studiare fertilizzanti idrosolubili di fascia alta per adattarsi al processo di integrazione dei fertilizzanti acquatici [1-2]. Secondo la ricerca condotta dal Centro nazionale per la promozione della tecnologia agricola, attualmente in Cina ci sono oltre 30 milioni di ettari di terreni coltivabili adatti all’integrazione di acqua e fertilizzanti, mentre l’attuale percentuale di applicazione nel paese è solo del 3,2%. Pertanto, il potenziale di sviluppo dei fertilizzanti idrosolubili in Cina è molto ampio e rappresenta un obiettivo chiave per lo sviluppo futuro dei fertilizzanti.

Il fertilizzante idrosolubile è un composto multielemento e un fertilizzante ad azione rapida completamente solubile in acqua. Ha le caratteristiche di buona solubilità in acqua, nessun residuo e può essere assorbito e utilizzato direttamente dalle radici e dalle foglie delle colture. Essendo un componente importante dell'integrazione dei fertilizzanti acquatici, i fertilizzanti idrosolubili presentano evidenti vantaggi. In primo luogo, può migliorare significativamente il tasso di utilizzo dei fertilizzanti. Secondo le statistiche, il tasso di utilizzo dei fertilizzanti convenzionali in Cina è di circa il 30%, mentre il tasso di utilizzo dei fertilizzanti idrosolubili è compreso tra il 70% e l’80%. Può anche ridurre la quantità totale di fertilizzazione, che soddisfa i requisiti di base del ciclo nazionale del doppio carbonio; In secondo luogo, i fertilizzanti idrosolubili hanno un elevato contenuto di nutrienti e una nutrizione completa, che può migliorare significativamente la resa e la qualità delle colture, rendendoli una delle direzioni di sviluppo chiave per il futuro settore dei fertilizzanti; Infine, la promozione e l’utilizzo di fertilizzanti idrosolubili, accompagnati dall’integrazione di acqua e fertilizzanti, possono far risparmiare una grande quantità di risorse di acqua dolce e contribuire a migliorare la qualità della vita dei residenti cinesi. 

Attualmente ci sono ancora molti problemi da risolvere nella produzione e nell’utilizzo dei fertilizzanti idrosolubili in Cina. La scarsa solubilità in acqua e l'elevato contenuto di sostanze insolubili possono facilmente causare intasamenti di calcare nelle tubazioni, soprattutto in aree con elevate concentrazioni di ioni calcio e magnesio nell'acqua di irrigazione. Attualmente, il fabbisogno di sostanze insolubili in acqua nei fertilizzanti solubili in Cina è dello 0,5%, mentre il sistema integrato di fertilizzazione dell'acqua è generalmente fisso o semifisso, con scarichi dell'acqua estremamente fini e difficili da pulire, che vengono facilmente bloccati dalle sostanze insolubili in acqua. Parte del sale nel fertilizzante corroderà la tubazione. Attualmente, i tubi del sistema integrato di acqua e fertilizzanti sono per lo più realizzati in acciaio al carbonio o plastica, tra cui i tubi in acciaio al carbonio sono soggetti a corrosione da parte di ossigeno, acqua, acidi e alcali, il che riduce la durata del sistema e aumenta il costo di utilizzo. Il componente principale dei fertilizzanti idrosolubili sono i fertilizzanti chimici, che possono facilmente causare la compattazione del suolo e lo squilibrio delle comunità microbiche del suolo dopo un uso a lungo termine, portando infine al degrado della fertilità del suolo. Sulla base delle ragioni di cui sopra, con lo sviluppo dell'integrazione dei fertilizzanti acquatici, le principali aziende chimiche nazionali ed estere hanno successivamente sviluppato prodotti chimici con effetti di inibizione delle incrostazioni e della corrosione per risolvere i problemi nella produzione e nell'uso di fertilizzanti idrosolubili. Tra questi, l'acido poliaspartico e i suoi derivati ​​sono le sostanze più studiate. 

1.1 Applicazione dell'acido poliaspartico nei fertilizzanti idrosolubili

L'acido poliaspartico (PASP) è una proteina idrosolubile sintetizzata artificialmente che esiste naturalmente nel muco dei molluschi marini come le ostriche. È un principio attivo utilizzato dai molluschi marini per arricchire i nutrienti e creare conchiglie. L'acido poliaspartico, come nuovo tipo di sinergizzante dei fertilizzanti, può migliorare l'assorbimento di azoto, fosforo, potassio e oligoelementi da parte delle colture; Inoltre, l’acido poliaspartico è atossico, innocuo e completamente biodegradabile, il che lo rende una sostanza chimica verde riconosciuta a livello mondiale. I risultati della ricerca e delle applicazioni in patria e all'estero hanno dimostrato che l'acido poliaspartico, come agente sinergico per fertilizzanti idrosolubili, ha effetti principali nei seguenti aspetti.

1.1 Effetto di dispersione dell'acido poliaspartico

Le ragioni principali del blocco delle tubazioni durante l'uso di fertilizzanti idrosolubili includono precipitazioni causate da reazioni chimiche tra fertilizzanti, diminuzione della solubilità causata dal pH dell'acqua e sostanze insolubili in acqua nei fertilizzanti. Queste sostanze non solubili in acqua, formate attraverso diversi percorsi, aderiscono gradualmente all'interno o all'uscita della tubazione, in particolare sali non solubili in acqua come calcio e magnesio, bloccando così l'intero sistema. 

L'acido poliaspartico, come nuovo tipo di disperdente verde, può prevenire e alleviare la formazione e l'aggregazione di incrostazioni saline inorganiche quando applicato ai sistemi di irrigazione a goccia (a spruzzo). Può disperdere le incrostazioni formate in piccole particelle sospese nel sistema idrico, riducendo così il problema del blocco dei fertilizzanti idrosolubili nel sistema durante l'uso. Secondo la ricerca, l'acido poliaspartico, come disperdente chelante nei sistemi di circolazione dell'acqua, ha buoni effetti chelanti e disperdenti su ossidi di ferro, carbonato di calcio, biossido di titanio, idrossido di zinco, idrossido di magnesio, ossido di magnesio, biossido di manganese, ecc. Koskan et al. ritengono che l'acido poliaspartico possa prevenire la deposizione di incrostazioni sulle superfici di trasferimento del calore e sulle condutture del sistema idrico. 

Nel frattempo, la ricerca sugli effetti del peso molecolare dell’acido poliaspartico e della temperatura del sistema sull’inibizione delle incrostazioni ha confermato che l’effetto di inibizione delle incrostazioni dell’acido poliaspartico è strettamente correlato al suo peso molecolare, ma non alla temperatura del sistema. Si ritiene generalmente che l'effetto di inibizione delle incrostazioni dell'acido poliaspartico sintetizzato con metodi diversi sia strettamente correlato alle sue incrostazioni corrispondenti. Ad esempio, l'acido poliaspartico che utilizza l'acido aspartico come materia prima ha un migliore effetto di inibizione delle incrostazioni su CaF2, mentre l'acido poliaspartico che utilizza l'anidride maleica e i suoi derivati ​​ha un migliore effetto di inibizione delle incrostazioni su BaSO4, SrSO4, CaSO4, ecc. Ross et al. ha confermato che l'intervallo ottimale di peso molecolare medio per la dispersione dell'acido poliaspartico come carbonato di calcio, solfato di calcio e solfato di bario è compreso tra 10.000 e 4.000. Quan Zhenhua e altri hanno scoperto che quando la temperatura dell'acqua è inferiore a 60 ℃, il cambiamento di temperatura è minimo effetto sul tasso di inibizione delle incrostazioni dell'acido poliaspartico; Quando il Ca2+ è pari a 800 mg/l e il dosaggio di acido poliaspartico è pari a soli 3 mg/l, il tasso di inibizione delle incrostazioni può comunque superare il 90%. A 20 ℃, l'acido poliaspartico provoca un ritardo di almeno 150 minuti nella nucleazione del carbonato di calcio. Tutti questi studi indicano l'universalità delle prestazioni di inibizione delle incrostazioni dell'acido poliaspartico in funzione della temperatura. 

1.2 Inibizione della corrosione dell'acido poliaspartico

Si ritiene generalmente che i gruppi polari (compresi i gruppi N e O) nell'acido poliaspartico siano adsorbiti su tubazioni metalliche, migliorando notevolmente l'energia di attivazione del processo di ionizzazione del metallo. Allo stesso tempo, i gruppi non polari (alchile R) sono disposti in modo direzionale lontano dal metallo, formando una pellicola idrofobica, inibendo così la corrosione delle tubazioni metalliche da parte di soluzioni acquose, proteggendo efficacemente i sistemi di irrigazione a goccia nell'integrazione di acqua e fertilizzanti, prolungando la durata delle attrezzature e riducendo i costi di produzione. L'acido poliaspartico ha effetti di inibizione della corrosione su vari materiali metallici come acciaio al carbonio, rame, ottone e rame bianco in vari sistemi [25]; Quando la concentrazione di acido poliaspartico è 100 mg/L, il tasso di inibizione della corrosione dell'acciaio al carbonio può raggiungere il 93% e a questa concentrazione l'acido poliaspartico può rallentare il tasso di corrosione dell'acciaio al carbonio del 90%, prolungando efficacemente la durata di servizio dell'acciaio al carbonio. il gasdotto. 

In studi pertinenti, i ricercatori hanno scoperto che l’acido poliaspartico ha un buon effetto inibitorio sulla corrosione delle tubazioni nei sistemi idrici in diverse condizioni di pH. La ricerca di Benton suggerisce che l'uso di acido poliaspartico e dei suoi sali con un peso molecolare compreso tra 1.000 e 5.000 e una concentrazione di 25 mg/l in una soluzione salina corrosiva con un pH compreso tra 4,0 e 6,6 può inibire efficacemente la corrosione dell'acciaio al carbonio da parte del biossido di carbonio. . Quando Kalota et al. e Silverman et al. [30] hanno studiato le prestazioni di inibizione della corrosione dell'acido poliaspartico sul ferro in diverse condizioni di pH, temperatura e umidità, e hanno scoperto che l'acido poliaspartico ha buone prestazioni di inibizione della corrosione quando il pH è maggiore di 10. Mansfeld et al. [31] hanno scoperto che buoni risultati possono essere ottenuti anche a pH compresi tra 8 e 9. Pertanto, l'acido poliaspartico può risolvere la corrosione delle tubazioni durante l'uso di diverse formule di fertilizzanti idrosolubili, il che è utile per l'applicazione di fertilizzanti fissi o sistemi di tubazioni semifissi. 

1.3 Effetti sinergici e di miglioramento della qualità dell'acido poliaspartico

L'acido poliaspartico, come sinergizzante dei fertilizzanti o potenziatore dei nutrienti, è stato segnalato in termini di rilascio lento e miglioramento dell'efficienza, aumento dell'utilizzo dei fertilizzanti, miglioramento della qualità delle colture e aumento della resa e del reddito. La ricerca ha dimostrato che l’aggiunta di acido poliaspartico ai fertilizzanti idrosolubili può prolungare l’efficacia del fertilizzante, garantire che le colture assorbano i nutrienti in modo uniforme durante l’intero processo di crescita e quindi garantire l’utilizzo efficace dei fertilizzanti. L'esperimento condotto da Lei Quankui et al. hanno dimostrato che l’efficienza di utilizzo dei fertilizzanti N, P e K nelle arachidi aumentava a vari livelli dopo l’applicazione di acido poliaspartico e l’arachide era meno incline ai sintomi di carenza di nutrienti durante l’intera stagione di crescita. Cao Dan et al. hanno studiato la persistenza dell'acido poliaspartico e hanno dimostrato che l'uso dell'acido poliaspartico una volta all'anno ha un effetto di aumento della resa su entrambe le colture. 

Secondo i rapporti, l’acido poliaspartico può attivare efficacemente il mezzo essenziale e gli oligoelementi per la crescita delle colture, migliorare l’efficienza di assorbimento di grandi quantità di elementi e quindi aumentare l’utilizzo dei fertilizzanti. Dopo l'uso, può migliorare la resistenza allo stress delle colture, regolare l'attività enzimatica nelle colture, aumentare la resa e migliorare la qualità delle colture. Li Jiangang et al. hanno scoperto che l’applicazione dell’acido poliaspartico a colture come le verdure verdi ha comportato vari gradi di aumento del contenuto di vitamina C e di zuccheri solubili, che possono effettivamente migliorare la qualità di frutta e verdura. Jiao Yongkang et al. attraverso l'irrorazione fogliare di diversi tipi di chelati di acido poliaspartico si è scoperto che l'uso dell'acido poliaspartico non solo aumenta la resa e la qualità della pera Huangguan, ma riduce anche l'ingiallimento. Le perdite causate dalla malattia della cornacchia del pero. Tang Huihui et al. hanno scoperto, attraverso il loro studio sull'applicazione del fertilizzante azotato poliaspartico al mais primaverile del nord-est, che PASP N è stato utilizzato per la coltivazione del mais a condizione di ridurre l'azoto totale di 1/3, senza ridurre la resa del mais e regolando efficacemente l'attività enzimatica nel mais in diverse fasi, che è utile per la perdita di peso e il miglioramento dell’efficienza. Xu Yanwei et al. hanno scoperto che dopo aver applicato al riso urea contenente acido poliaspartico, l’efficacia del fertilizzante era significativamente migliorata e il fertilizzante non veniva rimosso durante la stagione di crescita. Cao Dan et al. hanno scoperto che l'applicazione dell'acido poliaspartico per coltivare piantine di pioppo richiede un'adeguata riduzione dell'utilizzo di azoto al fine di alleviare l'elevato stress da azoto causato dall'elevata efficienza di utilizzo dell'azoto.

1.4 Caratteristiche di protezione ambientale dell'acido poliaspartico

L'acido poliaspartico è un polimero composto principalmente da amminoacidi, che possono essere completamente degradati dai microrganismi presenti nell'ambiente in amminoacidi a basso peso molecolare utilizzabili, acqua e anidride carbonica. Qualcuno ha utilizzato il metodo OECD301A per studiare la biodegradabilità dell'acido poliaspartico e ha scoperto che la quantità di anidride carbonica rilasciata dal trattamento con acido poliaspartico era vicina al glucosio di riferimento. Inoltre, Xiong Rongchun e altri hanno anche dimostrato che l'acido poliaspartico è una sostanza chimica verde con eccellente biodegradabilità. 

2 Prospettiva

Con la graduale realizzazione dell'obiettivo di "un controllo, due riduzioni e tre basi" nell'agricoltura cinese, il processo di integrazione di acqua e fertilizzanti sta diventando sempre più rapido e la domanda di fertilizzanti idrosolubili, in particolare di fertilizzanti di fascia alta, fertilizzanti solubili, è in aumento. L'acido poliaspartico, in quanto disperdente chelante ecologico e sinergista di fertilizzanti, può non solo prevenire efficacemente la formazione di calcare dei fertilizzanti chimici e la corrosione delle tubazioni, ma anche migliorare l'efficienza e la qualità, con forti prospettive di applicazione. 

In risposta all'attuale stato applicativo dell'acido poliaspartico nei fertilizzanti idrosolubili, combinato con le caratteristiche dell'acido poliaspartico che promuove la produzione delle radici, regola l'attività degli enzimi delle colture, migliora l'assorbimento dei nutrienti e chela gli elementi metallici dispersi, l'autore ritiene che lo sviluppo dell'acido poliaspartico i fertilizzanti idrosolubili a base acida dovrebbero concentrarsi su fertilizzanti idrosolubili speciali e fertilizzanti idrosolubili di fascia alta, particolarmente adatti per patate e altre colture per la raccolta di tuberi e tuberi, e fertilizzanti idrosolubili specializzati per frutta e verdura con assorbimento dei nutrienti barriere, come la malattia del pero e delle zampe di gallina.