Conform statisticilor Organizației Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură în 2017, producția globală de alimente a fost de 2,627 miliarde de tone, din care 618 milioane de tone au fost produse în China, reprezentând 23,5% din producția totală de alimente la nivel mondial în aceeași perioadă. . Pentru a menține astfel de randamente ridicate, producția agricolă a Chinei necesită consumul unei cantități mari de terenuri agricole și resurse de apă dulce în fiecare an. Cu toate acestea, deficitul de resurse menționate mai sus în China este extrem de evidentă. Potrivit statisticilor, suprafața de teren arabil pe cap de locuitor este mai mică de 0,1 hm2, ceea ce reprezintă doar o treime din cantitatea pe cap de locuitor din lume și mai puțin de o șapte din cea a Statelor Unite; Resursele de apă dulce pe cap de locuitor ale Chinei sunt mai mici de 2200 m3, doar 1/4 din media mondială, ceea ce o face una dintre țările cu cele mai sărace resurse de apă pe cap de locuitor din lume. Prin urmare, o cantitate mare de îngrășăminte chimice trebuie utilizată în producția agricolă din China pentru a asigura randamentul general.

Cu toate acestea, în producția agricolă a Chinei, rata de utilizare a îngrășămintelor nu este satisfăcătoare. Luând ca exemplu îngrășământul cu azot, în 2017, cantitatea totală de îngrășământ cu azot aplicată în China a ajuns la 22,06 milioane de tone, reprezentând 35% din totalul mondial. Cu toate acestea, rata cuprinzătoare de utilizare a îngrășămintelor cu azot în China a fost mai mică de 35% în acel an, ceea ce a cauzat mari deșeuri. Prin urmare, lucrătorii din domeniul științei și tehnologiei agricole din China încep treptat să studieze îngrășămintele solubile în apă de ultimă generație pentru a se adapta la procesul de integrare a îngrășămintelor cu apă [1-2]. Potrivit cercetării efectuate de Centrul Național de Promovare a Tehnologiei Agricole, în China există în prezent peste 30 de milioane de hectare de teren arabil potrivit pentru integrarea apei și îngrășămintelor, în timp ce proporția actuală de aplicare în țară este de doar 3,2%. Prin urmare, potențialul de dezvoltare al îngrășămintelor solubile în apă în China este foarte mare și este un punct cheie pentru dezvoltarea viitoare a îngrășămintelor.

Îngrășământul solubil în apă este un compus cu mai multe elemente și un îngrășământ cu acțiune rapidă, care este complet solubil în apă. Are caracteristicile unei solubilități bune în apă, fără reziduuri și poate fi absorbit și utilizat direct de rădăcinile și frunzele culturilor. Ca o componentă importantă a integrării îngrășămintelor cu apă, îngrășămintele solubile în apă au avantaje evidente. În primul rând, poate îmbunătăți semnificativ rata de utilizare a îngrășămintelor. Potrivit statisticilor, rata de utilizare a îngrășămintelor convenționale în China este de aproximativ 30%, în timp ce rata de utilizare a îngrășămintelor solubile în apă este între 70% și 80%. De asemenea, poate reduce cantitatea totală de fertilizare, care îndeplinește cerințele de bază ale ciclului dublu al carbonului național; În al doilea rând, îngrășămintele solubile în apă au un conținut ridicat de nutrienți și o nutriție cuprinzătoare, ceea ce poate îmbunătăți semnificativ randamentul și calitatea culturilor, făcându-le una dintre direcțiile cheie de dezvoltare pentru viitoarea industrie a îngrășămintelor; În cele din urmă, promovarea și utilizarea îngrășămintelor solubile în apă, însoțite de integrarea apei și a îngrășământului, pot economisi o cantitate mare de resurse de apă dulce și pot ajuta la îmbunătățirea calității vieții locuitorilor chinezi. 

În prezent, mai sunt multe probleme de rezolvat în producția și utilizarea îngrășămintelor solubile în apă în China. Solubilitatea slabă în apă și conținutul ridicat de substanțe insolubile pot cauza cu ușurință blocarea calcarului în conducte, în special în zonele cu concentrații mari de ioni de calciu și magneziu în apa de irigare. În prezent, necesarul de substanțe insolubile în apă din îngrășămintele solubile în China este de 0,5%, în timp ce sistemul integrat de îngrășăminte cu apă este în general fix sau semifix, cu ieșiri de apă extrem de fine și greu de curățat, care sunt ușor blocate de substanțele insolubile în apă. O parte din sarea din îngrășământ va coroda conducta. În prezent, țevile sistemului integrat de apă și îngrășăminte sunt în cea mai mare parte din oțel carbon sau plastic, printre care țevile din oțel carbon sunt predispuse la coroziune cu oxigen, apă, acid și alcali, ceea ce scurtează durata de viață a sistemului. și crește costul de utilizare. Componenta principală a îngrășămintelor solubile în apă sunt îngrășămintele chimice, care pot provoca cu ușurință compactarea solului și dezechilibrul comunităților microbiene din sol după o utilizare pe termen lung, ducând în cele din urmă la degradarea fertilității solului. Pe baza motivelor de mai sus, odată cu dezvoltarea integrării îngrășămintelor de apă, marile companii chimice interne și străine au dezvoltat succesiv substanțe chimice cu efecte de inhibare a coroziunii și la scară pentru a rezolva problemele în producția și utilizarea îngrășămintelor solubile în apă. Dintre acestea, acidul poliaspartic și derivații săi sunt substanțele cele mai studiate. 

1.1 Aplicarea acidului poliaspartic în îngrășămintele solubile în apă

Acidul poliaspartic (PASP) este o proteină solubilă în apă sintetizată artificial, care există în mod natural în mucusul crustaceelor ​​marine, cum ar fi stridiile. Este o substanță activă folosită de crustaceele marine pentru a îmbogăți substanțele nutritive și a crea scoici. Acidul poliaspartic, ca un nou tip de sinergie de îngrășăminte, poate îmbunătăți absorbția azotului, fosforului, potasiului și oligoelementelor de către culturi; În plus, acidul poliaspartic este netoxic, inofensiv și complet biodegradabil, ceea ce îl face o substanță chimică verde recunoscută la nivel mondial. Rezultatele cercetărilor și aplicării în țară și în străinătate au arătat că acidul poliaspartic, ca agent sinergic pentru îngrășămintele solubile în apă, are efecte principale în următoarele aspecte.

1.1 Efectul de dispersie al acidului poliaspartic

Principalele motive pentru blocarea conductelor în timpul utilizării îngrășămintelor solubile în apă includ precipitațiile cauzate de reacțiile chimice dintre îngrășăminte, solubilitatea scăzută cauzată de pH-ul apei și substanțele insolubile în apă din îngrășăminte. Aceste substanțe insolubile în apă formate prin diferite căi aderă treptat la interiorul sau la ieșirea conductei, în special sărurile insolubile în apă, cum ar fi calciul și magneziul, blocând astfel întregul sistem. 

Acidul poliaspartic, ca un nou tip de dispersant verde, poate preveni și atenua formarea și agregarea calcarului de sare anorganică atunci când este aplicat sistemelor de irigare prin picurare (spray). Poate dispersa scara formată în particule mici suspendate în sistemul de apă, reducând astfel problema de blocare a îngrășămintelor solubile în apă din sistem în timpul utilizării. Conform cercetărilor, acidul poliaspartic, ca dispersant chelatant în sistemele de circulație a apei, are efecte bune de chelare și dispersie asupra oxizilor de fier, carbonatului de calciu, dioxidului de titan, hidroxidului de zinc, hidroxidului de magneziu, oxidului de magneziu, dioxidului de mangan etc. Koskan și colab. cred că acidul poliaspartic poate preveni depunerea de calcar pe suprafețele de transfer de căldură și conductele sistemului de apă. 

Între timp, cercetările privind efectele greutății moleculare ale acidului poliaspartic și ale temperaturii sistemului asupra inhibării calcarului au confirmat că efectul de inhibare a calcarului acidului poliaspartic este strâns legat de greutatea sa moleculară, dar nu și de temperatura sistemului. În general, se crede că efectul de inhibare a calcarului al acidului poliaspartic sintetizat prin diferite metode este strâns legat de scara corespunzătoare. De exemplu, acidul poliaspartic folosind acid aspartic ca materie primă are un efect mai bun de inhibare a calcarului asupra CaF2, în timp ce acidul poliaspartic folosind anhidridă maleică și derivații săi are un efect mai bun de inhibare a calcarului asupra BaSO4, SrSO4, CaSO4 etc. Ross și colab. a confirmat că intervalul optim de greutate moleculară medie pentru dispersarea acidului poliaspartic, cum ar fi carbonatul de calciu, sulfatul de calciu și sulfatul de bariu este între 10000 și 4000. Quan Zhenhua și alții au descoperit că atunci când temperatura apei este sub 60 ℃, schimbarea temperaturii are puține efect asupra ratei de inhibare a calcarului acidului poliaspartic; Când Ca2+ este de 800 mg/L și doza de acid poliaspartic este de numai 3 mg/L, rata de inhibare a calcarului poate ajunge în continuare la peste 90%. La 20 ℃, acidul poliaspartic provoacă o întârziere de cel puțin 150 de minute în nuclearea carbonatului de calciu. Toate aceste studii indică universalitatea performanței de inhibare a acidului poliaspartic la temperatură. 

1.2 Inhibarea coroziunii acidului poliaspartic

În general, se crede că grupările polare (inclusiv grupările N și O) din acidul poliaspartic sunt adsorbite pe conductele metalice, îmbunătățind considerabil energia de activare a procesului de ionizare a metalului. În același timp, grupările nepolare (alchil R) sunt aranjate în mod direcțional departe de metal, formând o peliculă hidrofobă, inhibând astfel coroziunea conductelor metalice prin soluții apoase, protejând eficient sistemele de irigare prin picurare în integrarea apă și îngrășăminte, prelungind durata de viață a echipamentelor și reducând costurile de producție. Acidul poliaspartic are efecte de inhibare a coroziunii asupra diferitelor materiale metalice, cum ar fi oțelul carbon, cuprul, alama și cuprul alb în diferite sisteme [25]; Când concentrația de acid poliaspartic este de 100 mg/L, rata de inhibare a coroziunii a oțelului carbon poate ajunge la 93%, iar la această concentrație, acidul poliaspartic poate încetini rata de coroziune a oțelului carbon cu 90%, prelungind efectiv durata de viață a conducta. 

În studiile relevante, cercetătorii au descoperit că acidul poliaspartic are un efect inhibitor bun asupra coroziunii conductelor în sistemele de apă în diferite condiții de pH. Cercetările lui Benton sugerează că utilizarea acidului poliaspartic și a sărurilor sale cu o greutate moleculară de 1000 până la 5000 și o concentrație de 25 mg/L într-un mediu de soluție de sare corozivă cu un pH de 4,0 până la 6,6 poate inhiba eficient coroziunea oțelului carbon de către dioxid de carbon. . Când Kalota și colab. şi Silverman şi colab. [30] au studiat performanța de inhibare a coroziunii a acidului poliaspartic pe fier în diferite condiții de pH, temperatură și umiditate, au descoperit că acidul poliaspartic are o performanță bună de inhibare a coroziunii atunci când pH-ul este mai mare de 10. Mansfeld și colab. [31] au descoperit că pot fi obținute rezultate bune și la pH cuprins între 8 și 9. Prin urmare, acidul poliaspartic poate rezolva coroziunea conductelor în timpul utilizării diferitelor formule de îngrășăminte solubile în apă, ceea ce este util pentru aplicarea de substanțe fixe sau sisteme de conducte semi-fixe. 

1.3 Efecte sinergice și de îmbunătățire a calității acidului poliaspartic

Acidul poliaspartic, ca sinergist al îngrășămintelor sau amplificator de nutrienți, a fost raportat în ceea ce privește eliberarea lentă și îmbunătățirea eficienței, creșterea utilizării îngrășămintelor, îmbunătățirea calității culturii și creșterea randamentului și a veniturilor. Cercetările au arătat că adăugarea de acid poliaspartic la îngrășămintele solubile în apă poate prelungi eficacitatea îngrășământului, poate asigura că culturile absorb nutrienții în mod uniform pe parcursul întregului proces de creștere și, astfel, poate asigura utilizarea eficientă a îngrășămintelor. Experimentul realizat de Lei Quankui et al. a arătat că eficiența utilizării îngrășămintelor N, P și K în arahide a crescut în grade diferite după aplicarea acidului poliaspartic, iar arahida a fost mai puțin predispusă la simptome de deficiență de nutrienți pe tot parcursul sezonului de creștere. Cao Dan și colab. a studiat persistența acidului poliaspartic și a demonstrat că utilizarea acidului poliaspartic o dată pe an are un efect de creștere a randamentului asupra ambelor culturi. 

Potrivit rapoartelor, acidul poliaspartic poate activa eficient mediul esențial și oligoelementele pentru creșterea culturilor, poate îmbunătăți eficiența de absorbție a cantităților mari de elemente și, astfel, crește utilizarea îngrășămintelor. După utilizare, poate crește rezistența la stresul culturilor, poate regla activitatea enzimelor în culturi, poate crește randamentul și poate îmbunătăți calitatea culturii. Li Jiangang şi colab. a constatat că aplicarea acidului poliaspartic la culturi precum legumele verzi a dus la grade diferite de creștere a conținutului de vitamina C și de zahăr solubil, ceea ce poate îmbunătăți în mod eficient calitatea legumelor și fructelor. Jiao Yongkang și colab. prin pulverizarea foliară a diferitelor tipuri de chelați de acid poliaspartic, utilizarea acidului poliaspartic nu numai că crește randamentul și calitatea perei Huangguan, dar reduce și îngălbenirea. Pierderile cauzate de boala ghearei cioarei a parului. Tang Huihui și colab. prin studiul lor privind aplicarea îngrășământului cu azot poliaspartic la porumbul de primăvară de nord-est, a constatat că PASP N a fost folosit pentru cultivarea porumbului cu condiția reducerii azotului total cu 1/3, fără a reduce randamentul porumbului și a regla eficient activitatea enzimatică a porumbului în diferite stadii, care este benefic pentru pierderea în greutate și îmbunătățirea eficienței. Xu Yanwei și colab. a constatat că după aplicarea ureei care conține acid poliaspartic pe orez, eficacitatea îngrășământului a fost îmbunătățită semnificativ, iar îngrășământul nu a fost îndepărtat în timpul sezonului de creștere. Cao Dan și colab. a constatat că aplicarea acidului poliaspartic pentru cultivarea răsadurilor de plop necesită o reducere adecvată a utilizării azotului pentru a atenua stresul ridicat de azot cauzat de eficiența ridicată a utilizării azotului.

1.4 Caracteristicile de protecție a mediului ale acidului poliaspartic

Acidul poliaspartic este un polimer compus în principal din aminoacizi, care poate fi complet degradat de către microorganismele din mediu în aminoacizi utilizabili cu greutate moleculară mică, apă și dioxid de carbon. Cineva a folosit metoda OECD301A pentru a studia biodegradabilitatea acidului poliaspartic și a constatat că cantitatea de dioxid de carbon eliberată prin tratamentul cu acid poliaspartic era apropiată de glucoza de referință. În plus, Xiong Rongchun și alții au demonstrat, de asemenea, că acidul poliaspartic este o substanță chimică verde cu o biodegradabilitate excelentă. 

2 Outlook

Odată cu realizarea treptată a obiectivului „un control, două reduceri și trei de bază” în agricultura Chinei, procesul de integrare a apei și a îngrășămintelor devine din ce în ce mai rapid, iar cererea de îngrășăminte solubile în apă, în special de apă de vârf. îngrășăminte solubile, este în creștere. Acidul poliaspartic, ca dispersant și sinergist de îngrășăminte ecologice și ecologice, poate preveni nu numai în mod eficient detartrarea îngrășămintelor chimice și coroziunea conductelor, dar și să sporească eficiența și calitatea, cu perspective puternice de aplicare. 

Ca răspuns la starea actuală de aplicare a acidului poliaspartic în îngrășămintele solubile în apă, combinată cu caracteristicile acidului poliaspartic care promovează producția de rădăcini, reglează activitatea enzimelor culturii, îmbunătățește absorbția nutrienților și chelați elementele metalice dispersate, autorul consideră că dezvoltarea poliasparticului. îngrășămintele solubile în apă pe bază de acid ar trebui să se concentreze pe îngrășăminte speciale solubile în apă și pe îngrășăminte solubile în apă de ultimă generație, potrivite în special pentru cartofi și alte culturi pentru a recolta tuberculi și tuberculi și în îngrășăminte solubile în apă specializate pentru fructe și legume cu absorbție de nutrienți bariere, cum ar fi boala perelor și picioarelor de pui.