Volgens de statistieken van de Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties in 2017 bedroeg de mondiale voedselproductie 2,627 miljard ton, waarvan 618 miljoen ton in China werd geproduceerd, goed voor 23,5% van de totale mondiale voedselproductie in dezelfde periode. . Om zulke hoge opbrengsten te kunnen behouden, vereist de Chinese landbouwproductie jaarlijks de consumptie van een grote hoeveelheid landbouwgrond en zoetwaterbronnen. De schaarste van de bovengenoemde hulpbronnen in China is echter buitengewoon duidelijk. Volgens de statistieken bedraagt ​​het bebouwbare landoppervlak per hoofd van de bevolking minder dan 0,1 hm2, wat slechts een derde is van de hoeveelheid per hoofd van de bevolking in de wereld en minder dan een zevende van die van de Verenigde Staten; De zoetwatervoorraden per hoofd van de bevolking in China bedragen minder dan 2200 m3, slechts 1/4 van het wereldgemiddelde, waardoor het land een van de landen is met de armste watervoorraden per hoofd van de bevolking ter wereld. Daarom moet er in de landbouwproductie in China een grote hoeveelheid kunstmest worden gebruikt om de algehele opbrengst te garanderen.

In de Chinese landbouwproductie is de benuttingsgraad van meststoffen echter niet bevredigend. Als we bijvoorbeeld stikstofmeststoffen als voorbeeld nemen: in 2017 bedroeg de totale hoeveelheid stikstofmeststoffen die in China werd toegepast 22,06 miljoen ton, goed voor 35% van het wereldtotaal. De totale benuttingsgraad van stikstofkunstmest in China bedroeg dat jaar echter minder dan 35%, wat tot grote verspilling leidde. Daarom beginnen landbouwwetenschappers en -technologiewerkers in China geleidelijk hoogwaardige wateroplosbare meststoffen te bestuderen om zich aan te passen aan het proces van integratie van watermeststoffen [1-2]. Volgens het onderzoek van het National Agricultural Technology Promotion Center is er momenteel ruim 30 miljoen hectare bouwland geschikt voor de integratie van water en kunstmest in China, terwijl het huidige toepassingspercentage in het land slechts 3,2% bedraagt. Daarom is het ontwikkelingspotentieel van wateroplosbare meststoffen in China zeer groot en vormt dit een belangrijk aandachtspunt voor de toekomstige ontwikkeling van meststoffen.

Wateroplosbare meststof is een samengestelde en snelwerkende meststof die uit meerdere elementen bestaat en volledig oplosbaar is in water. Het heeft de kenmerken van een goede wateroplosbaarheid, geen residu en kan direct worden opgenomen en gebruikt door de wortels en bladeren van gewassen. Als belangrijk onderdeel van de integratie van watermeststoffen hebben wateroplosbare meststoffen duidelijke voordelen. Ten eerste kan het de benuttingsgraad van meststoffen aanzienlijk verbeteren. Volgens statistieken bedraagt ​​de benuttingsgraad van conventionele meststoffen in China ongeveer 30%, terwijl de benuttingsgraad van wateroplosbare meststoffen tussen de 70% en 80% ligt. Het kan ook de totale hoeveelheid bemesting verminderen, wat voldoet aan de basisvereisten van de nationale dubbele koolstofcyclus; Ten tweede hebben wateroplosbare meststoffen een hoog nutriëntengehalte en een uitgebreide voeding, wat de opbrengst en kwaliteit van gewassen aanzienlijk kan verbeteren, waardoor ze een van de belangrijkste ontwikkelingsrichtingen voor de toekomstige kunstmestindustrie worden; Ten slotte kan de promotie en het gebruik van in water oplosbare meststoffen, samen met de integratie van water en kunstmest, een grote hoeveelheid zoetwaterbronnen besparen en de levenskwaliteit van de Chinese inwoners helpen verbeteren. 

Momenteel moeten er nog veel problemen worden opgelost bij de productie en het gebruik van wateroplosbare meststoffen in China. Een slechte wateroplosbaarheid en een hoog gehalte aan onoplosbare stoffen kunnen gemakkelijk verstopping van kalkaanslag in pijpleidingen veroorzaken, vooral in gebieden met hoge concentraties calcium- en magnesiumionen in irrigatiewater. Momenteel bedraagt ​​de eis aan in water onoplosbare stoffen in oplosbare meststoffen in China 0,5%, terwijl het geïntegreerde waterbemestingssysteem over het algemeen vast of semi-vast is, met uiterst fijne en moeilijk schoon te maken wateruitlaten, die gemakkelijk worden geblokkeerd door in water onoplosbare stoffen. Een deel van het zout in de kunstmest zal de pijpleiding aantasten. Momenteel zijn de leidingen van het geïntegreerde water- en kunstmestsysteem meestal gemaakt van koolstofstaal of kunststof, waarbij de leidingen van koolstofstaal gevoelig zijn voor corrosie door zuurstof, water, zuur en alkali, wat de levensduur van het systeem verkort. en verhoogt de gebruikskosten. Het hoofdbestanddeel van wateroplosbare meststoffen zijn chemische meststoffen, die na langdurig gebruik gemakkelijk bodemverdichting en onbalans van microbiële gemeenschappen in de bodem kunnen veroorzaken, wat uiteindelijk kan leiden tot verslechtering van de bodemvruchtbaarheid. Op basis van de bovenstaande redenen hebben grote binnenlandse en buitenlandse chemische bedrijven, met de ontwikkeling van de integratie van watermeststoffen, achtereenvolgens chemicaliën ontwikkeld met kalkaanslag- en corrosieremmende effecten om problemen bij de productie en het gebruik van in water oplosbare meststoffen op te lossen. Onder hen zijn polyasparaginezuur en zijn derivaten de meest bestudeerde stoffen. 

1.1Toepassing van polyasparaginezuur in wateroplosbare meststoffen

Polyasparaginezuur (PASP) is een kunstmatig gesynthetiseerd, in water oplosbaar eiwit dat van nature voorkomt in het slijm van zeeschelpdieren zoals oesters. Het is een werkzame stof die door zeeschelpdieren wordt gebruikt om voedingsstoffen te verrijken en schelpen te creëren. Polyasparaginezuur kan als nieuw type kunstmestsynergist de opname van stikstof, fosfor, kalium en sporenelementen door gewassen verbeteren; Bovendien is polyasparaginezuur niet giftig, onschadelijk en volledig biologisch afbreekbaar, waardoor het een wereldwijd erkende groene chemische stof is. Uit onderzoek en toepassingsresultaten in binnen- en buitenland is gebleken dat polyasparaginezuur, als synergetisch middel voor wateroplosbare meststoffen, de belangrijkste effecten heeft op de volgende aspecten.

1.1 Dispersie-effect van polyasparaginezuur

De belangrijkste redenen voor verstopping van pijpleidingen tijdens het gebruik van in water oplosbare meststoffen zijn onder meer neerslag veroorzaakt door chemische reacties tussen meststoffen, verminderde oplosbaarheid veroorzaakt door de pH van water en in water onoplosbare stoffen in meststoffen. Deze in water onoplosbare stoffen die via verschillende routes worden gevormd, hechten zich geleidelijk aan het inwendige of aan de uitlaat van de pijpleiding, vooral aan in water onoplosbare zouten zoals calcium en magnesium, waardoor het hele systeem wordt geblokkeerd. 

Polyasparaginezuur kan, als een nieuw type groen dispergeermiddel, de vorming en aggregatie van anorganische zoutaanslag voorkomen en verlichten wanneer het wordt toegepast op druppelirrigatiesystemen (sproeisystemen). Het kan de gevormde kalk verspreiden in kleine deeltjes die in het watersysteem zweven, waardoor het verstoppingsprobleem van in water oplosbare meststoffen in het systeem tijdens gebruik wordt verminderd. Volgens onderzoek heeft polyasparaginezuur, als chelaatvormend dispergeermiddel in watercirculatiesystemen, goede chelaatvormende en dispergerende effecten op ijzeroxiden, calciumcarbonaat, titaniumdioxide, zinkhydroxide, magnesiumhydroxide, magnesiumoxide, mangaandioxide, enz. Koskan et al. geloven dat polyasparaginezuur de afzetting van kalk op warmteoverdrachtsoppervlakken en pijpleidingen van watersystemen kan voorkomen. 

Ondertussen heeft onderzoek naar de effecten van het molecuulgewicht van polyasparaginezuur en de systeemtemperatuur op de kalkremming bevestigd dat het kalkremmende effect van polyasparaginezuur nauw verband houdt met het molecuulgewicht ervan, maar niet met de systeemtemperatuur. Algemeen wordt aangenomen dat het aanslagremmende effect van polyasparaginezuur, gesynthetiseerd volgens verschillende methoden, nauw verwant is aan de overeenkomstige aanslag. Polyasparaginezuur dat asparaginezuur als grondstof gebruikt, heeft bijvoorbeeld een beter kalkremmend effect op CaF2, terwijl polyasparaginezuur dat maleïnezuuranhydride en zijn derivaten gebruikt een beter kalkremmend effect heeft op BaSO4, SrSO4, CaSO4, enz. Ross et al. bevestigde dat het optimale gewichtsgemiddelde molecuulgewichtsbereik voor het dispergeren van polyasparaginezuur zoals calciumcarbonaat, calciumsulfaat en bariumsulfaat tussen 10.000 en 4000 ligt. Quan Zhenhua en anderen ontdekten dat wanneer de watertemperatuur lager is dan 60 ℃, de temperatuurverandering weinig invloed heeft. effect op de schaalremmingssnelheid van polyasparaginezuur; Wanneer Ca2+ 800 mg/l is en de dosering polyasparaginezuur slechts 3 mg/l is, kan de kalkremmingsgraad nog steeds boven de 90% uitkomen. Bij 20 ℃ veroorzaakt polyasparaginezuur een vertraging van minstens 150 minuten in de kernvorming van calciumcarbonaat. Deze onderzoeken wijzen allemaal op de universaliteit van de remming van polyasparaginezuur op temperatuur. 

1.2 Corrosieremming van polyasparaginezuur

Algemeen wordt aangenomen dat de polaire groepen (inclusief N- en O-groepen) in polyasparaginezuur worden geadsorbeerd aan metalen pijpleidingen, waardoor de activeringsenergie van het metaalionisatieproces aanzienlijk wordt verbeterd. Tegelijkertijd zijn de niet-polaire groepen (alkyl R) in een richting weg van het metaal gerangschikt, waardoor een hydrofobe film wordt gevormd, waardoor de corrosie van metalen pijpleidingen door waterige oplossingen wordt geremd, waardoor druppelirrigatiesystemen effectief worden beschermd bij de integratie van water en kunstmest, waardoor de levensduur van apparatuur wordt verlengd en de productiekosten worden verlaagd. Polyasparaginezuur heeft corrosieremmende effecten op verschillende metalen materialen zoals koolstofstaal, koper, messing en wit koper in verschillende systemen [25]; Wanneer de concentratie polyasparaginezuur 100 mg/l is, kan de corrosieremming van koolstofstaal 93% bereiken, en bij deze concentratie kan polyasparaginezuur de corrosiesnelheid van koolstofstaal met 90% vertragen, waardoor de levensduur van koolstofstaal effectief wordt verlengd. de pijpleiding. 

In relevante onderzoeken hebben onderzoekers ontdekt dat polyasparaginezuur een goed remmend effect heeft op pijpleidingcorrosie in watersystemen onder verschillende pH-omstandigheden. Benton's onderzoek suggereert dat het gebruik van polyasparaginezuur en zijn zouten met een molecuulgewicht van 1000 tot 5000 en een concentratie van 25 mg/l in een corrosief zoutoplossingsmedium met een pH van 4,0 tot 6,6 de corrosie van koolstofstaal door koolstofdioxide effectief kan remmen. . Toen Kalota et al. en Silverman et al. [30] bestudeerden de corrosieremmende prestaties van polyasparaginezuur op ijzer onder verschillende pH-, temperatuur- en vochtomstandigheden. Ze ontdekten dat polyasparaginezuur goede corrosieremmende prestaties heeft wanneer de pH groter is dan 10. Mansfeld et al. [31] hebben ontdekt dat er ook goede resultaten kunnen worden bereikt bij een pH tussen 8 en 9. Daarom kan polyasparaginezuur de corrosie van pijpleidingen oplossen tijdens het gebruik van verschillende formules van wateroplosbare meststoffen, wat nuttig is voor de toepassing van vaste of semi-vaste pijpleidingsystemen. 

1.3 Synergetische en kwaliteitsverhogende effecten van polyasparaginezuur

Polyasparaginezuur, als kunstmestsynergist of voedingsversterker, is gerapporteerd in termen van langzame afgifte en efficiëntieverbetering, verhoogd gebruik van kunstmest, verbeterde gewaskwaliteit en verhoogde opbrengst en inkomen. Onderzoek heeft aangetoond dat het toevoegen van polyasparaginezuur aan wateroplosbare meststoffen de effectiviteit van de meststof kan verlengen, ervoor kan zorgen dat gewassen gedurende het gehele groeiproces voedingsstoffen gelijkmatig opnemen en zo een effectief gebruik van meststoffen kan garanderen. Het experiment uitgevoerd door Lei Quankui et al. toonde aan dat de gebruiksefficiëntie van N-, P- en K-meststoffen in pinda's in verschillende mate toenam na de toepassing van polyasparaginezuur, en dat de pinda gedurende het hele groeiseizoen minder vatbaar was voor symptomen van tekorten aan voedingsstoffen. Cao Dan et al. bestudeerde de persistentie van polyasparaginezuur en toonde aan dat het gebruik van polyasparaginezuur eenmaal per jaar een opbrengstverhogend effect heeft op beide gewassen. 

Volgens rapporten kan polyasparaginezuur effectief het essentiële medium en sporenelementen voor de groei van gewassen activeren, de absorptie-efficiëntie van grote hoeveelheden elementen verbeteren en zo het gebruik van kunstmest verhogen. Na gebruik kan het de stressbestendigheid van gewassen verbeteren, de enzymactiviteit in gewassen reguleren, de opbrengst verhogen en de gewaskwaliteit verbeteren. Li Jiangang et al. ontdekte dat het toepassen van polyasparaginezuur op gewassen zoals groene groenten resulteerde in een variërende mate van toename van het vitamine C- en oplosbare suikergehalte, wat de kwaliteit van groenten en fruit effectief kan verbeteren. Jiao Yongkang et al. Uit bladbespuiting van verschillende soorten polyasparaginezuurchelaten is gebleken dat het gebruik van polyasparaginezuur niet alleen de opbrengst en kwaliteit van Huangguan-peer verhoogt, maar ook de vergeling vermindert. De verliezen veroorzaakt door de kraaienklauwziekte van de perenboom. Tang Huihui et al. ontdekten via hun onderzoek naar de toepassing van polyasparagine-stikstofmeststof op noordoostelijke lentemaïs dat PASP N werd gebruikt voor de maïsteelt onder de voorwaarde dat de totale stikstof met 1/3 werd verminderd, zonder de maïsopbrengst te verminderen en de enzymactiviteit in maïs in verschillende stadia effectief te reguleren, wat gunstig is voor gewichtsverlies en efficiëntieverbetering. Xu Yanwei et al. ontdekte dat na het aanbrengen van ureumhoudend polyasparaginezuur op rijst de effectiviteit van de meststof aanzienlijk was verbeterd en dat de meststof tijdens het groeiseizoen niet werd verwijderd. Cao Dan et al. ontdekte dat het toepassen van polyasparaginezuur voor het kweken van populierzaailingen een passende vermindering van het stikstofgebruik vereist om de hoge stikstofstress veroorzaakt door een hoge stikstofgebruiksefficiëntie te verlichten.

1.4 Milieubeschermingskenmerken van polyasparaginezuur

Polyasparaginezuur is een polymeer dat voornamelijk bestaat uit aminozuren, die door micro-organismen in het milieu volledig kunnen worden afgebroken tot bruikbare aminozuren met een laag molecuulgewicht, water en kooldioxide. Iemand gebruikte de OECD301A-methode om de biologische afbreekbaarheid van polyasparaginezuur te bestuderen en ontdekte dat de hoeveelheid kooldioxide die vrijkwam bij de behandeling met polyasparaginezuur dicht bij de referentieglucose lag. Bovendien hebben Xiong Rongchun en anderen ook aangetoond dat polyasparaginezuur een groene chemische stof is met uitstekende biologische afbreekbaarheid. 

2 Vooruitzichten

Met de geleidelijke realisatie van het doel van ‘één controle, twee reducties en drie fundamentele’ in de Chinese landbouw, wordt het integratieproces van water en kunstmest steeds sneller en wordt de vraag naar wateroplosbare meststoffen, vooral hoogwaardige water-meststoffen, steeds sneller. oplosbare meststoffen neemt toe. Polyasparaginezuur kan als groen en milieuvriendelijk dispergeermiddel en kunstmestsynergist niet alleen effectief de aanslag van chemische meststoffen en corrosie van pijpleidingen voorkomen, maar ook de efficiëntie en kwaliteit verbeteren, met sterke toepassingsvooruitzichten. 

Als reactie op de huidige toepassingsstatus van polyasparaginezuur in wateroplosbare meststoffen, gecombineerd met de eigenschappen van polyasparaginezuur die de wortelproductie bevorderen, de enzymactiviteit van gewassen reguleren, de opname van voedingsstoffen verbeteren en gedispergeerde metaalelementen cheleren, is de auteur van mening dat de ontwikkeling van polyasparaginezuur zuurgebaseerde wateroplosbare meststoffen moeten zich richten op speciale wateroplosbare meststoffen en hoogwaardige wateroplosbare meststoffen, vooral geschikt voor aardappel- en andere gewassen om knollen en knollen te oogsten, en op gespecialiseerde wateroplosbare meststoffen voor fruit en groenten met opname van voedingsstoffen barrières, zoals de peren- en kippenpootziekte.