Podľa štatistík Organizácie Spojených národov pre výživu a poľnohospodárstvo v roku 2017 bola celosvetová produkcia potravín 2,627 miliardy ton, z čoho 618 miliónov ton bolo vyrobených v Číne, čo predstavuje 23,5 % z celkovej svetovej produkcie potravín za rovnaké obdobie. . Aby sa zachovali také vysoké výnosy, čínska poľnohospodárska produkcia si každoročne vyžaduje spotrebu veľkého množstva poľnohospodárskej pôdy a sladkovodných zdrojov. Nedostatok spomínaných zdrojov v Číne je však mimoriadne evidentný. Podľa štatistík je plocha ornej pôdy na obyvateľa menšia ako 0,1 hm2, čo je len jedna tretina svetového množstva na obyvateľa a menej ako jedna sedmina rozlohy Spojených štátov amerických; Zásoby sladkej vody v Číne na obyvateľa sú menšie ako 2 200 m3, čo je len 1/4 svetového priemeru, čo z nej robí jednu z krajín s najchudobnejšími zásobami vody na obyvateľa na svete. Preto sa v poľnohospodárskej výrobe v Číne musí používať veľké množstvo chemických hnojív, aby sa zabezpečila celková úroda.

V čínskej poľnohospodárskej výrobe však miera využitia hnojív nie je uspokojivá. Ak vezmeme ako príklad dusíkaté hnojivo, v roku 2017 celkové množstvo dusíkatých hnojív aplikovaných v Číne dosiahlo 22,06 milióna ton, čo predstavuje 35 % z celkového množstva na svete. Celková miera využitia dusíkatých hnojív v Číne však bola v tom roku menej ako 35 %, čo spôsobilo veľké plytvanie. Preto pracovníci poľnohospodárskej vedy a techniky v Číne postupne začínajú študovať špičkové vodorozpustné hnojivá, aby sa prispôsobili procesu integrácie vodných hnojív [1-2]. Podľa výskumu, ktorý uskutočnilo Národné centrum na podporu poľnohospodárskej technológie, je v súčasnosti v Číne viac ako 30 miliónov hektárov ornej pôdy vhodnej na integráciu vody a hnojív, pričom súčasný podiel aplikácie v krajine je len 3,2 %. Preto je vývojový potenciál vo vode rozpustných hnojív v Číne veľmi obrovský a je kľúčovým zameraním budúceho vývoja hnojív.

Vo vode rozpustné hnojivo je viacprvkové zložené a rýchlo pôsobiace hnojivo, ktoré je úplne rozpustné vo vode. Má vlastnosti dobrej rozpustnosti vo vode, bez zvyškov a môže byť priamo absorbovaný a využitý koreňmi a listami plodín. Ako dôležitá súčasť integrácie vodných hnojív majú vo vode rozpustné hnojivá zjavné výhody. Po prvé, môže výrazne zlepšiť mieru využitia hnojív. Podľa štatistík je miera využitia konvenčných hnojív v Číne približne 30%, zatiaľ čo miera využitia hnojív rozpustných vo vode je medzi 70% a 80%. Môže tiež znížiť celkové množstvo hnojenia, ktoré spĺňa základné požiadavky národného duálneho uhlíkového cyklu; Po druhé, vo vode rozpustné hnojivá majú vysoký obsah živín a komplexnú výživu, čo môže výrazne zlepšiť výnos a kvalitu plodín, čo z nich robí jeden z kľúčových smerov vývoja pre budúci priemysel hnojív; Napokon, propagácia a používanie vo vode rozpustných hnojív spolu s integráciou vody a hnojív môže ušetriť veľké množstvo sladkovodných zdrojov a pomôcť zlepšiť kvalitu života čínskych obyvateľov. 

V súčasnosti je v Číne stále veľa problémov, ktoré treba vyriešiť pri výrobe a používaní vodorozpustných hnojív. Zlá rozpustnosť vo vode a vysoký obsah nerozpustných látok môžu ľahko spôsobiť upchatie potrubí vodným kameňom, najmä v oblastiach s vysokou koncentráciou iónov vápnika a horčíka v závlahovej vode. V súčasnosti je v Číne požiadavka na látky nerozpustné vo vode v rozpustných hnojivách 0,5 %, zatiaľ čo integrovaný systém vodných hnojív je vo všeobecnosti pevný alebo polopevný, s mimoriadne jemnými a ťažko čistiteľnými vývodmi vody, ktoré sú ľahko blokované látkami nerozpustnými vo vode. Časť soli v hnojive spôsobí koróziu potrubia. V súčasnosti sú potrubia integrovaného systému vody a hnojív väčšinou vyrobené z uhlíkovej ocele alebo plastu, medzi ktorými sú rúry vyrobené z uhlíkovej ocele náchylné na koróziu kyslíkom, vodou, kyselinami a zásadami, čo skracuje životnosť systému. a zvyšuje náklady na používanie. Hlavnou zložkou vodorozpustných hnojív sú chemické hnojivá, ktoré môžu po dlhodobom používaní ľahko spôsobiť zhutnenie pôdy a nerovnováhu pôdnych mikrobiálnych spoločenstiev, čo v konečnom dôsledku vedie k degradácii pôdnej úrodnosti. Na základe vyššie uvedených dôvodov, s rozvojom integrácie vodných hnojív, veľké domáce a zahraničné chemické spoločnosti postupne vyvinuli chemikálie s účinkom inhibície vodného kameňa a korózie na riešenie problémov pri výrobe a používaní vo vode rozpustných hnojív. Spomedzi nich sú najviac študovanými látkami kyselina polyasparágová a jej deriváty. 

1.1Aplikácia kyseliny polyasparágovej vo vodorozpustných hnojivách

Kyselina polyasparágová (PASP) je umelo syntetizovaný vo vode rozpustný proteín, ktorý sa prirodzene vyskytuje v hliene morských mäkkýšov, ako sú ustrice. Ide o účinnú látku, ktorú používajú morské mäkkýše na obohatenie živín a vytváranie schránok. Kyselina polyasparágová ako nový typ synergického hnojiva môže zvýšiť absorpciu dusíka, fosforu, draslíka a stopových prvkov plodinami; Okrem toho je kyselina polyasparágová netoxická, neškodná a plne biologicky odbúrateľná, čo z nej robí celosvetovo uznávanú zelenú chemikáliu. Výsledky výskumov a aplikácií doma iv zahraničí ukázali, že kyselina polyasparágová ako synergický prostriedok pre vodorozpustné hnojivá má hlavné účinky v nasledujúcich aspektoch.

1.1 Disperzný účinok kyseliny polyasparágovej

Medzi hlavné dôvody upchatia potrubia pri používaní vo vode rozpustných hnojív patrí zrážanie spôsobené chemickými reakciami medzi hnojivami, znížená rozpustnosť spôsobená pH vody a vo vode nerozpustné látky v hnojivách. Tieto vo vode nerozpustné látky vznikajúce rôznymi cestami postupne priľnú k vnútrajšku alebo výstupu potrubia, najmä vo vode nerozpustné soli, ako je vápnik a horčík, čím blokujú celý systém. 

Kyselina polyasparágová, ako nový typ zeleného dispergačného činidla, môže zabrániť a zmierniť tvorbu a agregáciu anorganického soľného kameňa pri aplikácii do kvapkových (rozprašovacích) zavlažovacích systémov. Môže rozptýliť vytvorený vodný kameň na malé častice suspendované vo vodnom systéme, čím sa zníži problém upchávania vo vode rozpustných hnojív v systéme počas používania. Podľa výskumov má kyselina polyasparágová ako chelatačný dispergačný prostriedok vo vodných cirkulačných systémoch dobré chelatačné a dispergačné účinky na oxidy železa, uhličitan vápenatý, oxid titaničitý, hydroxid zinočnatý, hydroxid horečnatý, oxid horečnatý, oxid manganičitý atď. Koskan a kol. verí, že kyselina polyasparágová môže zabrániť usadzovaniu vodného kameňa na teplonosných plochách a potrubiach vodného systému. 

Medzitým výskum účinkov molekulovej hmotnosti kyseliny polyasparágovej a systémovej teploty na inhibíciu vodného kameňa potvrdil, že účinok kyseliny polyasparágovej na inhibíciu vodného kameňa úzko súvisí s jej molekulovou hmotnosťou, ale nie s teplotou systému. Všeobecne sa predpokladá, že inhibičný účinok kyseliny polyasparágovej syntetizovanej rôznymi metódami úzko súvisí s jej zodpovedajúcou mierou. Napríklad kyselina polyasparágová používajúca kyselinu asparágovú ako surovinu má lepší inhibičný účinok na CaF2, zatiaľ čo kyselina polyasparágová s použitím anhydridu kyseliny maleínovej a jeho derivátov má lepší účinok inhibície vodného kameňa na BaS04, SrSO4, CaS04 atď. Ross a kol. potvrdili, že optimálny hmotnostný priemer molekulovej hmotnosti na dispergovanie kyseliny polyasparágovej, ako je uhličitan vápenatý, síran vápenatý a síran bárnatý, je medzi 10 000 a 4 000. Quan Zhenhua a iní zistili, že keď je teplota vody nižšia ako 60 °C, zmena teploty je malá. vplyv kyseliny polyasparágovej na mieru inhibície vodného kameňa; Keď je Ca2+ 800 mg/l a dávka kyseliny polyasparágovej je len 3 mg/l, miera inhibície vodného kameňa môže stále dosiahnuť viac ako 90 %. Pri 20 ℃ spôsobuje kyselina polyasparágová oneskorenie tvorby jadra uhličitanu vápenatého najmenej o 150 minút. Všetky tieto štúdie poukazujú na univerzálnosť inhibície vodného kameňa kyseliny polyasparágovej na teplotu. 

1.2 Inhibícia korózie kyseliny polyasparágovej

Všeobecne sa predpokladá, že polárne skupiny (vrátane N a O skupín) v kyseline polyasparágovej sú adsorbované na kovových potrubiach, čo výrazne zlepšuje aktivačnú energiu procesu ionizácie kovov. Súčasne sú nepolárne skupiny (alkyl R) usporiadané smerovo preč od kovu, čím vytvárajú hydrofóbny film, čím inhibujú koróziu kovových potrubí vodnými roztokmi, čím účinne chránia systémy kvapkovej závlahy pri integrácii vody a hnojiva, predĺženie životnosti zariadení a zníženie výrobných nákladov. Kyselina polyasparágová má antikorózne účinky na rôzne kovové materiály, ako je uhlíková oceľ, meď, mosadz a biela meď v rôznych systémoch [25]; Keď je koncentrácia kyseliny polyasparágovej 100 mg/l, miera inhibície korózie uhlíkovej ocele môže dosiahnuť 93% a pri tejto koncentrácii môže kyselina polyasparágová spomaliť rýchlosť korózie uhlíkovej ocele o 90%, čím sa účinne predlžuje životnosť. potrubí. 

V relevantných štúdiách výskumníci zistili, že kyselina polyasparágová má dobrý inhibičný účinok na koróziu potrubia vo vodných systémoch pri rôznych podmienkach pH. Bentonov výskum naznačuje, že použitie kyseliny polyasparágovej a jej solí s molekulovou hmotnosťou 1000 až 5000 a koncentráciou 25 mg/l v korozívnom soľnom roztoku s pH 4,0 až 6,6 môže účinne inhibovať koróziu uhlíkovej ocele oxidom uhličitým. . Keď Kalota a spol. a Silverman a kol. [30] študovali účinok kyseliny polyasparágovej na inhibíciu korózie na železe pri rôznych podmienkach pH, ​​teploty a vlhkosti, zistili, že kyselina polyasparágová má dobrý účinok na inhibíciu korózie, keď je pH vyššie ako 10. Mansfeld a kol. [31] zistili, že dobré výsledky možno dosiahnuť aj pri pH v rozmedzí od 8 do 9. Kyselina polyasparágová teda dokáže vyriešiť koróziu potrubí pri použití rôznych receptúr vodorozpustných hnojív, čo je nápomocné pri aplikácii fixných, resp. polopevné potrubné systémy. 

1.3 Synergické účinky kyseliny polyasparágovej a zvyšujúce kvalitu

Kyselina polyasparágová, ako synergista hnojív alebo posilňovač živín, bola hlásená z hľadiska pomalého uvoľňovania a zvyšovania účinnosti, zvýšeného využitia hnojív, zlepšenej kvality plodín a zvýšeného výnosu a príjmu. Výskum ukázal, že pridanie kyseliny polyasparágovej do vodorozpustných hnojív môže predĺžiť účinnosť hnojiva, zabezpečiť, aby plodiny absorbovali živiny rovnomerne počas celého procesu rastu, a tým zabezpečiť efektívne využitie hnojív. Experiment uskutočnený Lei Quankui et al. ukázali, že účinnosť využitia hnojív N, P a K v arašidoch sa po aplikácii kyseliny polyasparágovej v rôznej miere zvýšila a arašidy boli menej náchylné na symptómy nedostatku živín počas celej vegetačnej sezóny. Cao Dan a kol. študovali perzistenciu kyseliny polyasparágovej a preukázali, že používanie kyseliny polyasparágovej raz ročne má vplyv na zvýšenie výnosu na oboch plodinách. 

Podľa správ môže kyselina polyasparágová účinne aktivovať základné médium a stopové prvky pre rast plodín, zlepšiť účinnosť absorpcie veľkého množstva prvkov, a tým zvýšiť využitie hnojív. Po použití môže zvýšiť odolnosť plodín voči stresu, regulovať aktivitu enzýmov v plodinách, zvýšiť výnos a zlepšiť kvalitu plodín. Li Jiangang a kol. zistili, že aplikácia kyseliny polyasparágovej na plodiny, ako je zelená zelenina, mala za následok rôzne stupne zvýšenia obsahu vitamínu C a rozpustného cukru, čo môže účinne zlepšiť kvalitu zeleniny a ovocia. Jiao Yongkang a kol. Pri postreku rôznych typov chelátov kyseliny polyasparágovej na list sa zistilo, že použitie kyseliny polyasparágovej nielen zvyšuje výnos a kvalitu hrušky Huangguan, ale tiež znižuje žltnutie. Straty spôsobené vranou pazúrom hrušky. Tang Huihui a kol. prostredníctvom svojej štúdie o aplikácii polyaspartátových dusíkatých hnojív na severovýchodnú jarnú kukuricu zistili, že PASP N sa použil na pestovanie kukurice pod podmienkou zníženia celkového dusíka o 1/3, bez zníženia výnosu kukurice a účinnej regulácie aktivity enzýmov v kukurici v rôznych štádiách, čo je prospešné pre chudnutie a zlepšenie výkonnosti. Xu Yanwei a kol. zistili, že po aplikácii močoviny obsahujúcej kyselinu polyasparágovú na ryžu sa účinnosť hnojiva výrazne zlepšila a hnojivo sa počas vegetačného obdobia neodstránilo. Cao Dan a kol. zistili, že aplikácia kyseliny polyasparágovej na pestovanie topoľových sadeníc si vyžaduje primerané zníženie spotreby dusíka, aby sa zmiernil vysoký dusíkový stres spôsobený vysokou účinnosťou využitia dusíka.

1.4 Charakteristika ochrany životného prostredia kyseliny polyasparágovej

Kyselina polyasparágová je polymér zložený hlavne z aminokyselín, ktoré môžu byť mikroorganizmami v prostredí úplne degradované na využiteľné aminokyseliny s nízkou molekulovou hmotnosťou, vodu a oxid uhličitý. Niekto použil metódu OECD301A na štúdium biologickej odbúrateľnosti kyseliny polyasparágovej a zistil, že množstvo oxidu uhličitého uvoľneného úpravou kyselinou polyasparágovou sa blížilo referenčnej glukóze. Okrem toho Xiong Rongchun a ďalší tiež preukázali, že kyselina polyasparágová je zelená chemikália s vynikajúcou biologickou odbúrateľnosťou. 

2 Outlook

S postupnou realizáciou cieľa „jednej kontroly, dvoch znížení a troch základných“ v čínskom poľnohospodárstve sa proces integrácie vody a hnojív stáva čoraz rýchlejším a dopyt po hnojivách rozpustných vo vode, najmä špičkových vodohospodárskych hnojivách. rozpustných hnojív, sa zvyšuje. Kyselina polyasparágová, ako zelený a ekologický chelatačný disperzant a synergent hnojív, môže nielen účinne zabrániť usadzovaniu chemických hnojív a korózii potrubí, ale aj zvýšiť účinnosť a kvalitu so silnými vyhliadkami na aplikáciu. 

V reakcii na súčasný stav aplikácie kyseliny polyasparágovej vo vodorozpustných hnojivách v kombinácii s vlastnosťami kyseliny polyasparágovej, ktorá podporuje tvorbu koreňov, reguluje aktivitu rastlinných enzýmov, zvyšuje absorpciu živín a chelatuje rozptýlené kovové prvky, autor verí, že vývoj polyasparágových vo vode rozpustné hnojivá na báze kyseliny by sa mali zamerať na špeciálne vodorozpustné hnojivá a špičkové vodorozpustné hnojivá, zvlášť vhodné pre zemiaky a iné plodiny na zber hľúz a hľúz a na špecializované vodorozpustné hnojivá na ovocie a zeleninu s absorpciou živín bariéry, ako je choroba hrušiek a kuracích nôh.