De acordo com as estatísticas da Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura em 2017, a produção global de alimentos foi de 2,627 mil milhões de toneladas, das quais 618 milhões de toneladas foram produzidas na China, representando 23,5% da produção alimentar global total durante o mesmo período. . Para manter rendimentos tão elevados, a produção agrícola da China exige o consumo de uma grande quantidade de terras agrícolas e de recursos de água doce todos os anos. No entanto, a escassez dos referidos recursos na China é extremamente evidente. Segundo as estatísticas, a área de terra arável per capita é inferior a 0,1 hm2, o que representa apenas um terço da quantidade per capita do mundo e menos de um sétimo da dos Estados Unidos; Os recursos de água doce per capita da China são inferiores a 2.200 m3, apenas 1/4 da média mundial, tornando-a um dos países com os recursos hídricos per capita mais pobres do mundo. Portanto, uma grande quantidade de fertilizantes químicos deve ser utilizada na produção agrícola na China para garantir o rendimento global.

No entanto, na produção agrícola da China, a taxa de utilização de fertilizantes não é satisfatória. Tomando como exemplo os fertilizantes nitrogenados, em 2017, a quantidade total de fertilizantes nitrogenados aplicados na China atingiu 22,06 milhões de toneladas, representando 35% do total mundial. No entanto, a taxa de utilização abrangente de fertilizantes nitrogenados na China foi inferior a 35% naquele ano, causando grande desperdício. Portanto, os trabalhadores de ciência e tecnologia agrícola na China estão gradualmente começando a estudar fertilizantes solúveis em água de alta qualidade para se adaptarem ao processo de integração de fertilizantes aquáticos [1-2]. De acordo com a pesquisa realizada pelo Centro Nacional de Promoção de Tecnologia Agrícola, existem atualmente mais de 30 milhões de hectares de terras aráveis ​​adequadas para a integração de água e fertilizantes na China, enquanto a atual proporção de aplicação no país é de apenas 3,2%. Portanto, o potencial de desenvolvimento de fertilizantes solúveis em água na China é muito grande e é um foco fundamental para o desenvolvimento futuro de fertilizantes.

O fertilizante solúvel em água é um composto multielemento e fertilizante de ação rápida que é completamente solúvel em água. Possui características de boa solubilidade em água, sem resíduos, podendo ser absorvido e aproveitado diretamente pelas raízes e folhas das lavouras. Como um componente importante da integração de fertilizantes aquáticos, os fertilizantes solúveis em água têm vantagens óbvias. Em primeiro lugar, pode melhorar significativamente a taxa de utilização de fertilizantes. Segundo as estatísticas, a taxa de utilização de fertilizantes convencionais na China é de cerca de 30%, enquanto a taxa de utilização de fertilizantes solúveis em água está entre 70% e 80%. Também pode reduzir a quantidade total de fertilização, que atende aos requisitos básicos do duplo ciclo nacional do carbono; Em segundo lugar, os fertilizantes solúveis em água têm um elevado teor de nutrientes e uma nutrição abrangente, o que pode melhorar significativamente o rendimento e a qualidade das colheitas, tornando-os uma das principais direcções de desenvolvimento para a futura indústria de fertilizantes; Finalmente, a promoção e utilização de fertilizantes solúveis em água, acompanhada pela integração de água e fertilizantes, pode poupar uma grande quantidade de recursos de água doce e ajudar a melhorar a qualidade de vida dos residentes chineses. 

Actualmente, ainda existem muitos problemas a serem resolvidos na produção e utilização de fertilizantes solúveis em água na China. A baixa solubilidade em água e o alto teor de substâncias insolúveis podem facilmente causar bloqueio de incrustações nas tubulações, especialmente em áreas com altas concentrações de íons de cálcio e magnésio na água de irrigação. Actualmente, a exigência de substâncias insolúveis em água em fertilizantes solúveis na China é de 0,5%, enquanto o sistema integrado de fertilizantes em água é geralmente fixo ou semifixo, com saídas de água extremamente finas e difíceis de limpar, que são facilmente bloqueadas por substâncias insolúveis em água. Parte do sal do fertilizante irá corroer a tubulação. Atualmente, as tubulações do sistema integrado de água e fertilizantes são em sua maioria feitas de aço carbono ou plástico, entre as quais as tubulações de aço carbono são propensas à corrosão por oxigênio, água, ácido e álcali, o que encurta a vida útil do sistema e aumenta o custo de uso. O principal componente dos fertilizantes solúveis em água são os fertilizantes químicos, que podem facilmente causar a compactação do solo e o desequilíbrio das comunidades microbianas do solo após o uso a longo prazo, levando em última análise à degradação da fertilidade do solo. Com base nas razões acima, com o desenvolvimento da integração de fertilizantes aquáticos, as principais empresas químicas nacionais e estrangeiras desenvolveram sucessivamente produtos químicos com efeitos de inibição de escala e corrosão para resolver problemas na produção e uso de fertilizantes solúveis em água. Dentre eles, o ácido poliaspártico e seus derivados são as substâncias mais estudadas. 

1.1Aplicação de ácido poliaspártico em fertilizantes solúveis em água

O ácido poliaspártico (PASP) é uma proteína solúvel em água sintetizada artificialmente que existe naturalmente no muco de moluscos marinhos, como as ostras. É uma substância ativa utilizada pelos moluscos marinhos para enriquecer nutrientes e criar conchas. O ácido poliaspártico, como um novo tipo de sinérgico de fertilizante, pode aumentar a absorção de nitrogênio, fósforo, potássio e oligoelementos pelas culturas; Além disso, o ácido poliaspártico não é tóxico, é inofensivo e totalmente biodegradável, o que o torna um produto químico verde reconhecido mundialmente. Os resultados de pesquisas e aplicações no país e no exterior mostraram que o ácido poliaspártico, como agente sinérgico para fertilizantes solúveis em água, tem efeitos principais nos seguintes aspectos.

1.1 Efeito de dispersão do ácido poliaspártico

As principais razões para o bloqueio da tubulação durante o uso de fertilizantes solúveis em água incluem precipitação causada por reações químicas entre fertilizantes, diminuição da solubilidade causada pelo pH da água e substâncias insolúveis em água nos fertilizantes. Estas substâncias insolúveis em água formadas através de diferentes vias aderem gradualmente ao interior ou à saída da tubulação, especialmente sais insolúveis em água, como cálcio e magnésio, bloqueando assim todo o sistema. 

O ácido poliaspártico, como um novo tipo de dispersante verde, pode prevenir e aliviar a formação e agregação de incrustações de sal inorgânico quando aplicado em sistemas de irrigação por gotejamento (pulverização). Pode dispersar a incrustação formada em pequenas partículas suspensas no sistema de água, reduzindo assim o problema de bloqueio de fertilizantes solúveis em água no sistema durante o uso. Segundo pesquisas, o ácido poliaspártico, como dispersante quelante em sistemas de circulação de água, tem bons efeitos quelantes e dispersantes em óxidos de ferro, carbonato de cálcio, dióxido de titânio, hidróxido de zinco, hidróxido de magnésio, óxido de magnésio, dióxido de manganês, etc. acreditam que o ácido poliaspártico pode prevenir a deposição de incrustações em superfícies de transferência de calor e tubulações de sistemas de água. 

Enquanto isso, pesquisas sobre os efeitos do peso molecular do ácido poliaspártico e da temperatura do sistema na inibição da incrustação confirmaram que o efeito de inibição da incrustação do ácido poliaspártico está intimamente relacionado ao seu peso molecular, mas não à temperatura do sistema. Acredita-se geralmente que o efeito de inibição de incrustações do ácido poliaspártico sintetizado por diferentes métodos está intimamente relacionado com a sua incrustação correspondente. Por exemplo, o ácido poliaspártico usando ácido aspártico como matéria-prima tem melhor efeito de inibição de incrustações no CaF2, enquanto o ácido poliaspártico usando anidrido maleico e seus derivados tem melhor efeito de inibição de incrustações em BaSO4, SrSO4, CaSO4, etc. Ross et al. confirmaram que a faixa ideal de peso molecular médio para dispersar ácido poliaspártico, como carbonato de cálcio, sulfato de cálcio e sulfato de bário, está entre 10.000 e 4.000. Quan Zhenhua e outros descobriram que quando a temperatura da água está abaixo de 60 ℃, a mudança de temperatura tem pouco efeito na taxa de inibição de incrustações do ácido poliaspártico; Quando o Ca2+ é 800 mg/L e a dosagem de ácido poliaspártico é de apenas 3 mg/L, a taxa de inibição de incrustações ainda pode atingir mais de 90%. A 20 ℃, o ácido poliaspártico provoca um atraso de pelo menos 150 minutos na nucleação do carbonato de cálcio. Todos estes estudos indicam a universalidade do desempenho de inibição da incrustação de ácido poliaspártico em relação à temperatura. 

1.2 Inibição de corrosão do ácido poliaspártico

Acredita-se geralmente que os grupos polares (incluindo grupos N e O) no ácido poliaspártico são adsorvidos em tubulações metálicas, melhorando muito a energia de ativação do processo de ionização metálica. Ao mesmo tempo, os grupos apolares (alquil R) estão dispostos de forma direcional longe do metal, formando uma película hidrofóbica, inibindo assim a corrosão de tubulações metálicas por soluções aquosas, protegendo efetivamente os sistemas de irrigação por gotejamento na integração de água e fertilizantes, prolongando a vida útil dos equipamentos e reduzindo custos de produção. O ácido poliaspártico tem efeitos de inibição da corrosão em vários materiais metálicos, como aço carbono, cobre, latão e cobre branco em vários sistemas [25]; Quando a concentração de ácido poliaspártico é de 100 mg/L, a taxa de inibição de corrosão do aço carbono pode chegar a 93%, e nesta concentração, o ácido poliaspártico pode retardar a taxa de corrosão do aço carbono em 90%, estendendo efetivamente a vida útil do o gasoduto. 

Em estudos relevantes, os pesquisadores descobriram que o ácido poliaspártico tem um bom efeito inibitório na corrosão de tubulações em sistemas de água sob diferentes condições de pH. A pesquisa de Benton sugere que o uso de ácido poliaspártico e seus sais com peso molecular de 1.000 a 5.000 e concentração de 25 mg/L em meio de solução salina corrosiva com pH de 4,0 a 6,6 pode efetivamente inibir a corrosão do aço carbono pelo dióxido de carbono. . Quando Kalota et al. e Silverman et al. [30] estudaram o desempenho de inibição de corrosão do ácido poliaspártico em ferro sob diferentes condições de pH, temperatura e umidade, e descobriram que o ácido poliaspártico tem bom desempenho de inibição de corrosão quando o pH é superior a 10. Mansfeld et al. [31] descobriram que bons resultados também podem ser alcançados em pH variando de 8 a 9. Portanto, o ácido poliaspártico pode resolver a corrosão de dutos durante o uso de diferentes fórmulas de fertilizantes solúveis em água, o que é útil para a aplicação de fertilizantes fixos ou sistemas de dutos semifixos. 

1.3 Efeitos sinérgicos e de melhoria da qualidade do ácido poliaspártico

O ácido poliaspártico, como sinérgico de fertilizantes ou intensificador de nutrientes, tem sido relatado em termos de liberação lenta e aumento de eficiência, aumento da utilização de fertilizantes, melhoria da qualidade da colheita e aumento da produtividade e da renda. A pesquisa mostrou que a adição de ácido poliaspártico a fertilizantes solúveis em água pode prolongar a eficácia do fertilizante, garantir que as culturas absorvam os nutrientes uniformemente durante todo o processo de crescimento e, assim, garantir a utilização eficaz dos fertilizantes. O experimento conduzido por Lei Quankui et al. mostraram que a eficiência de utilização de fertilizantes N, P e K no amendoim aumentou em graus variados após a aplicação de ácido poliaspártico, e o amendoim foi menos propenso a sintomas de deficiência de nutrientes durante toda a estação de crescimento. Cao Dan et al. estudaram a persistência do ácido poliaspártico e demonstraram que o uso do ácido poliaspártico uma vez por ano tem um efeito de aumento de rendimento em ambas as culturas. 

Segundo relatos, o ácido poliaspártico pode efetivamente ativar o meio essencial e os oligoelementos para o crescimento das culturas, melhorar a eficiência de absorção de grandes quantidades de elementos e, assim, aumentar a utilização de fertilizantes. Após o uso, pode aumentar a resistência ao estresse das culturas, regular a atividade enzimática nas culturas, aumentar o rendimento e melhorar a qualidade das culturas. Li Jiangang et al. descobriram que a aplicação de ácido poliaspártico em culturas como vegetais verdes resultou em vários graus de aumento no teor de vitamina C e de açúcar solúvel, o que pode efetivamente melhorar a qualidade de vegetais e frutas. Jiao Yongkang et al. descobriram, por meio da pulverização foliar de diferentes tipos de quelatos de ácido poliaspártico, que o uso de ácido poliaspártico não apenas aumenta o rendimento e a qualidade da pêra Huangguan, mas também reduz o amarelecimento. As perdas causadas pela doença da garra de corvo da pereira. Tang Huihui et al. descobriram, por meio de seu estudo sobre a aplicação de fertilizante nitrogenado poliaspártico no milho da primavera do Nordeste, que o PASP N foi usado para o cultivo de milho sob a condição de reduzir o nitrogênio total em 1/3, sem reduzir a produtividade do milho e regulando efetivamente a atividade enzimática no milho em diferentes estágios, o que é benéfico para perda de peso e melhoria de eficiência. Xu Yanwei et al. descobriram que após a aplicação de uréia contendo ácido poliaspártico ao arroz, a eficácia do fertilizante melhorou significativamente e o fertilizante não foi removido durante a estação de crescimento. Cao Dan et al. descobriram que a aplicação de ácido poliaspártico no cultivo de mudas de choupo requer uma redução adequada no uso de nitrogênio, a fim de aliviar o alto estresse de nitrogênio causado pela alta eficiência de utilização de nitrogênio.

1.4 Características de Proteção Ambiental do Ácido Poliaspártico

O ácido poliaspártico é um polímero composto principalmente de aminoácidos, que pode ser completamente degradado por microrganismos no ambiente em aminoácidos utilizáveis ​​de baixo peso molecular, água e dióxido de carbono. Alguém utilizou o método OECD301A para estudar a biodegradabilidade do ácido poliaspártico e descobriu que a quantidade de dióxido de carbono libertada pelo tratamento com ácido poliaspártico estava próxima da glicose de referência. Além disso, Xiong Rongchun e outros também demonstraram que o ácido poliaspártico é um produto químico verde com excelente biodegradabilidade. 

2 Perspectivas

Com a concretização gradual do objectivo de "um controlo, duas reduções e três básicos" na agricultura da China, o processo de integração de água e fertilizantes está a tornar-se cada vez mais rápido, e a procura de fertilizantes solúveis em água, especialmente fertilizantes de alta qualidade, fertilizantes solúveis, está aumentando. O ácido poliaspártico, como um dispersante quelante e sinérgico de fertilizantes ecológico e ecológico, pode não apenas prevenir eficazmente a incrustação de fertilizantes químicos e a corrosão de tubulações, mas também aumentar a eficiência e a qualidade, com fortes perspectivas de aplicação. 

Em resposta ao atual estado de aplicação do ácido poliaspártico em fertilizantes solúveis em água, combinado com as características do ácido poliaspártico que promovem a produção de raízes, regulam a atividade das enzimas das culturas, aumentam a absorção de nutrientes e quelam elementos metálicos dispersos, o autor acredita que o desenvolvimento de poliaspártico fertilizantes solúveis em água à base de ácido devem se concentrar em fertilizantes solúveis em água especiais e fertilizantes solúveis em água de alta qualidade, especialmente adequados para batata e outras culturas para colheita de tubérculos e tubérculos, e em fertilizantes solúveis em água especializados para frutas e vegetais com absorção de nutrientes barreiras, como a doença da pêra e dos pés de galinha.