2017年の国連食糧農業機関の統計によると、世界の食料生産量は26億2,700万トンで、このうち6億1,800万トンが中国で生産され、同期間の世界の食料生産量の23.5％を占めた。 。このような高い収量を維持するために、中国の農業生産では毎年大量の農地と淡水資源を消費する必要があります。しかし、中国における前述の資源の不足は極めて明らかです。統計によれば、一人当たりの耕地面積は 0.1 hm2 未満であり、これは世界の一人当たりの耕地面積の 3 分の 1 にすぎず、米国の 7 分の 1 にも満たない。中国の一人当たりの淡水資源は2200立方メートル未満で、世界平均のわずか4分の1に過ぎず、世界で最も一人当たりの水資源が乏しい国の一つとなっている。したがって、全体の収量を確保するために、中国の農業生産では大量の化学肥料を使用する必要があります。

しかし、中国の農業生産における肥料利用率は満足できるものではありません。窒素肥料を例に挙げると、2017年に中国で施用された窒素肥料の総量は2,206万トンに達し、世界全体の35％を占めた。しかし、同年の中国における窒素肥料の総合利用率は35％にも満たず、多大な無駄が発生していた。したがって、中国の農業科学技術従事者は、水肥統合のプロセスに適応するために、徐々に高級水溶性肥料の研究を始めています[1-2]。国家農業技術促進センターが実施した調査によると、現在中国には水と肥料の統合に適した耕地面積が3000万ヘクタール以上あるが、国内の現在の施用割合はわずか3.2％にすぎない。したがって、中国における水溶性肥料の開発の可能性は非常に大きく、将来の肥料開発の重要な焦点となっています。

水溶性肥料は、水に完全に溶ける多元素配合の速効性肥料です。水溶性が良く残留性がなく、作物の根や葉から直接吸収されて利用できるという特徴があります。水肥料統合の重要な要素として、水溶性肥料には明らかな利点があります。第一に、肥料の利用率を大幅に向上させることができます。統計によると、中国における従来型肥料の利用率は約30％であるのに対し、水溶性肥料の利用率は70～80％となっている。また、施肥の総量を削減することもでき、国家の二重炭素循環の基本要件を満たします。第二に、水溶性肥料は栄養素含有量が高く、総合的な栄養を含んでおり、作物の収量と品質を大幅に向上させることができ、将来の肥料産業の重要な発展方向の 1 つとなります。最後に、水と肥料の統合を伴う水溶性肥料の促進と使用は、大量の淡水資源を節約し、中国住民の生活の質の向上に役立ちます。 

現在、中国における水溶性肥料の生産と使用には、解決すべき課題が依然として多い。水への溶解度が低く、不溶性物質の含有量が多いため、特に灌漑用水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンの濃度が高い地域では、パイプライン内でスケール詰まりが発生しやすくなります。現在、中国における可溶性肥料中の水不溶性物質の要件は0.5%であるが、統合型水肥システムは一般に固定式または半固定式であり、水の出口が非常に細く清掃が難しく、水不溶性物質によって詰まりやすい。肥料に含まれる塩の一部がパイプラインを腐食させます。現在、水と肥料の統合システムのパイプはほとんどが炭素鋼またはプラスチックで作られていますが、炭素鋼で作られたパイプは酸素、水、酸、アルカリによって腐食されやすく、システムの耐用年数が短くなります。そして使用コストも増加します。水溶性肥料の主成分は化学肥料ですが、長期間使用すると土壌の圧縮や土壌微生物群集のアンバランスを引き起こしやすく、最終的には地力の低下につながります。上記の理由に基づいて、水溶性肥料の統合の発展に伴い、国内外の大手化学会社は水溶性肥料の生産と使用の問題を解決するために、スケールと腐食抑制効果を備えた化学物質を次々に開発してきました。その中でも、ポリアスパラギン酸とその誘導体は最も広く研究されている物質です。 

1.1水溶性肥料へのポリアスパラギン酸の応用

ポリアスパラギン酸（PASP）は、カキなどの海産貝類の粘液中に天然に存在する、人工的に合成された水溶性タンパク質です。これは、海洋貝類が栄養を豊富にし、貝殻を形成するために使用する活性物質です。ポリアスパラギン酸は、新しいタイプの肥料相乗剤として、作物による窒素、リン、カリウム、微量元素の吸収を高めることができます。さらに、ポリアスパラギン酸は無毒、無害で、完全に生分解性であるため、世界的に認められたグリーンケミカルです。国内外の研究と応用の結果は、ポリアスパラギン酸が水溶性肥料の相乗剤として、以下の側面で主な効果を発揮することを示しています。

1.1 ポリアスパラギン酸の分散効果

水溶性肥料の使用時にパイプラインが詰まる主な原因としては、肥料間の化学反応による沈殿、水のpHによる溶解度の低下、肥料中の水不溶性物質などが挙げられます。さまざまな経路を通じて生成されるこれらの水不溶性物質、特にカルシウムやマグネシウムなどの水不溶性塩は、パイプラインの内部または出口に徐々に付着し、システム全体を閉塞します。 

新しいタイプの緑色分散剤であるポリアスパラギン酸は、点滴（スプレー）灌漑システムに適用すると、無機塩スケールの形成と凝集を防止および軽減できます。形成されたスケールを水系内に浮遊する小さな粒子に分散させることができるため、使用中のシステム内での水溶性肥料の詰まりの問題が軽減されます。研究によると、水循環システムにおけるキレート分散剤としてのポリアスパラギン酸は、酸化鉄、炭酸カルシウム、二酸化チタン、水酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、二酸化マンガンなどに対して優れたキレート効果と分散効果を発揮します。ポリアスパラギン酸は伝熱面や給水システムのパイプラインへのスケールの堆積を防止できると考えられています。 

一方、スケール抑制に対するポリアスパラギン酸の分子量と系温度の影響に関する研究では、ポリアスパラギン酸のスケール抑制効果は分子量と密接に関係しているが、系温度とは関係がないことが確認されています。一般に、さまざまな方法で合成されたポリアスパラギン酸のスケール抑制効果は、対応するスケールと密接に関連していると考えられています。例えば、原料としてアスパラギン酸を使用するポリアスパラギン酸は、CaF2 に対してより優れたスケール抑制効果を示しますが、無水マレイン酸およびその誘導体を使用するポリアスパラギン酸は、BaSO4、SrSO4、CaSO4 などに対してより優れたスケール抑制効果を示します。Ross et al. Quan Zhenhuaらは、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどのポリアスパラギン酸を分散させるのに最適な重量平均分子量範囲は10000～4000であることを確認した。Quan Zhenhuaらは、水温が60℃以下では温度変化がほとんどないことを発見した。ポリアスパラギン酸のスケール抑制率への影響。 Ca2+が800mg/Lでポリアスパラギン酸の投与量がわずか3mg/Lの場合でも、スケール抑制率は90%以上に達する可能性があります。 20℃では、ポリアスパラギン酸は炭酸カルシウムの核生成に少なくとも150分の遅延を引き起こします。これらの研究はすべて、温度に対するポリアスパラギン酸スケール抑制性能の普遍性を示しています。 

1.2 ポリアスパラギン酸の腐食抑制

一般に、ポリアスパラギン酸の極性基（N 基と O 基を含む）が金属パイプラインに吸着され、金属イオン化プロセスの活性化エネルギーが大幅に向上すると考えられています。同時に、非極性基（アルキル R）が金属から離れる方向に配置され、疎水性フィルムを形成することで、水溶液による金属パイプラインの腐食を抑制し、点滴灌漑システムを効果的に保護します。水と肥料を節約し、設備の耐用年数を延ばし、生産コストを削減します。ポリアスパラギン酸は、さまざまな系で炭素鋼、銅、真鍮、白銅などのさまざまな金属材料に対して腐食抑制効果があります [25]。ポリアスパラギン酸の濃度が 100 mg/L の場合、炭素鋼の腐食抑制率は 93% に達し、この濃度ではポリアスパラギン酸は炭素鋼の腐食速度を 90% 遅らせることができ、炭素鋼の耐用年数を効果的に延長します。パイプライン。 

関連する研究において、研究者らは、ポリアスパラギン酸が、さまざまな pH 条件下で水道システムのパイプラインの腐食に対して優れた抑制効果があることを発見しました。 Benton の研究は、分子量 1000 ～ 5000、濃度 25 mg/L のポリアスパラギン酸とその塩を pH 4.0 ～ 6.6 の腐食性塩溶液媒体中で使用すると、二酸化炭素による炭素鋼の腐食を効果的に抑制できることを示唆しています。 。 Kalota et al.およびシルバーマンら。 Mansfeld et al. [30] は、さまざまな pH、温度、湿度条件下で鉄に対するポリアスパラギン酸の腐食抑制性能を研究し、pH 10 を超える場合にポリアスパラギン酸が良好な腐食抑制性能を発揮することを発見しました。 [31] らは、pH 8 ～ 9 の範囲でも良好な結果が得られることを発見しました。 したがって、ポリアスパラギン酸は、さまざまな配合の水溶性肥料の使用中にパイプラインの腐食を解決でき、固定肥料や肥料の施用に役立ちます。半固定式パイプラインシステム。 

1.3 ポリアスパラギン酸の相乗効果と品質向上効果

肥料相乗剤または栄養強化剤としてのポリアスパラギン酸は、徐放性および効率の向上、肥料利用の増加、作物の品質の改善、および収量と収入の増加の点で報告されています。研究によると、水溶性肥料にポリアスパラギン酸を添加すると、肥料の効果が長くなり、作物が生育過程全体を通して栄養素を均一に吸収できるようになり、肥料の効果的な利用が保証されることが示されています。 Lei Quanguiらによって行われた実験。は、ポリアスパラギン酸の施用後、落花生の窒素、リン、カリウム肥料の利用効率がさまざまな程度に増加し、生育期全体を通じて落花生が栄養欠乏症状を起こしにくくなることを示しました。曹丹ら。らは、ポリアスパラギン酸の持続性を研究し、ポリアスパラギン酸を年に 1 回使用すると、両方の作物に収量増加効果があることを実証しました。 

報告によると、ポリアスパラギン酸は作物の成長に必須の培地と微量元素を効果的に活性化し、大量の元素の吸収効率を向上させ、肥料の利用率を高めることができます。使用後は、作物のストレス耐性を強化し、作物の酵素活性を調節し、収量を増加させ、作物の品質を向上させることができます。李建港ら。緑黄色野菜などの作物にポリアスパラギン酸を適用すると、ビタミンCと可溶性糖の含有量がさまざまな程度増加し、野菜や果物の品質を効果的に改善できることを発見しました。 Jiao Yongkangら。さまざまな種類のポリアスパラギン酸キレートの葉面散布により、ポリアスパラギン酸の使用により黄関梨の収量と品質が増加するだけでなく、黄変も軽減されることが判明しました。梨の木のカラスの爪病による損失。唐恵恵ら。北東春トウモロコシへのポリアスパラギン酸窒素肥料の適用に関する研究を通じて、PASP Nをトウモロコシの収量を低下させることなく、全窒素を1/3削減する条件下でトウモロコシ栽培に使用し、さまざまな段階でトウモロコシの酵素活性を効果的に制御できることを発見しました。これは減量と効率の向上に有益です。 Xu Yanweiら。ポリアスパラギン酸を含む尿素を米に施用したところ、肥料の効果が大幅に向上し、生育期に肥料を取り除かなくても済むことを発見しました。曹丹ら。ポプラ苗の栽培にポリアスパラギン酸を適用するには、高い窒素利用効率によって引き起こされる高い窒素ストレスを軽減するために、窒素使用量を適切に削減する必要があることを発見しました。

1.4 ポリアスパラギン酸の環境保護特性

ポリアスパラギン酸はアミノ酸を主成分とするポリマーであり、環境中の微生物により利用可能な低分子量アミノ酸、水、二酸化炭素に完全に分解されます。誰かが OECD301A 法を使用してポリアスパラギン酸の生分解性を研究し、ポリアスパラギン酸処理によって放出される二酸化炭素の量が参照グルコースに近いことを発見しました。さらに、Xiong Rongchun らは、ポリアスパラギン酸が生分解性に優れたグリーンケミカルであることも実証しました。 

2 展望

中国農業における「一管理、二削減、三基本」の目標が徐々に実現するにつれて、水と肥料の統合プロセスはますます急速になり、水溶性肥料、特に高級水の需要が高まっています。水溶性肥料が増えています。ポリアスパラギン酸は、グリーンで環境に優しいキレート分散剤および肥料相乗剤として、化学肥料のスケールやパイプラインの腐食を効果的に防ぐだけでなく、効率と品質を向上させ、強力な応用の見通しを持っています。 

水溶性肥料におけるポリアスパラギン酸の現在の適用状況と、根の生成の促進、作物の酵素活性の調節、栄養吸収の促進、および分散金属元素のキレート化というポリアスパラギン酸の特性と組み合わせて、著者はポリアスパラギン酸の開発が重要であると考えています。酸ベースの水溶性肥料は、特にジャガイモや塊茎を収穫する作物に適した特殊な水溶性肥料と高級水溶性肥料、および栄養素を吸収する果物や野菜に特化した水溶性肥料に焦点を当てる必要があります。ナシ病や鶏足病などの障害。