Po statističnih podatkih Organizacije Združenih narodov za prehrano in kmetijstvo je leta 2017 svetovna proizvodnja hrane znašala 2,627 milijarde ton, od tega 618 milijonov ton proizvedenih na Kitajskem, kar predstavlja 23,5 % celotne svetovne proizvodnje hrane v istem obdobju. . Za ohranitev tako visokih donosov kitajska kmetijska proizvodnja vsako leto zahteva porabo velike količine kmetijskih zemljišč in sladkovodnih virov. Vendar pa je pomanjkanje omenjenih virov na Kitajskem izjemno očitno. Po statističnih podatkih je površina obdelovalne zemlje na prebivalca manjša od 0,1 hm2, kar je le ena tretjina svetovne količine na prebivalca in manj kot ena sedmina tiste v ZDA; Viri sladke vode na prebivalca na Kitajskem znašajo manj kot 2200 m3, kar je le 1/4 svetovnega povprečja, zaradi česar je ena od držav z najrevnejšimi vodnimi viri na prebivalca na svetu. Zato je treba v kmetijski proizvodnji na Kitajskem uporabiti veliko količino kemičnih gnojil, da se zagotovi splošni pridelek.

Vendar pa v kitajski kmetijski proizvodnji stopnja izkoriščenosti gnojil ni zadovoljiva. Če vzamemo primer dušikovih gnojil, je leta 2017 skupna količina dušikovih gnojil, uporabljenih na Kitajskem, dosegla 22,06 milijona ton, kar predstavlja 35 % svetovne količine. Vendar je bila celotna stopnja izkoriščenosti dušikovih gnojil na Kitajskem tistega leta manjša od 35 %, kar je povzročilo velike odpadke. Zato kmetijski znanstveni in tehnološki delavci na Kitajskem postopoma začenjajo preučevati vrhunska vodotopna gnojila, da bi se prilagodili procesu integracije vodnih gnojil [1-2]. Glede na raziskavo, ki jo je izvedel Nacionalni center za promocijo kmetijske tehnologije, je na Kitajskem trenutno več kot 30 milijonov hektarjev obdelovalne zemlje, primerne za integracijo vode in gnojil, medtem ko je trenutni delež uporabe v državi le 3,2 %. Zato je razvojni potencial vodotopnih gnojil na Kitajskem zelo velik in je ključni poudarek za prihodnji razvoj gnojil.

Vodotopno gnojilo je sestavljeno iz več elementov in hitro delujoče gnojilo, ki je popolnoma topno v vodi. Ima značilnosti dobre topnosti v vodi, brez ostankov in ga lahko neposredno absorbirajo in uporabijo korenine in listi pridelkov. Kot pomembna sestavina integracije vodnih gnojil imajo vodotopna gnojila očitne prednosti. Prvič, lahko znatno izboljša stopnjo izkoriščenosti gnojil. Po statističnih podatkih je stopnja izkoriščenosti običajnih gnojil na Kitajskem približno 30 %, medtem ko je stopnja izkoriščenosti vodotopnih gnojil med 70 % in 80 %. Prav tako lahko zmanjša skupno količino gnojila, ki izpolnjuje osnovne zahteve nacionalnega dvojnega ogljikovega cikla; Drugič, vodotopna gnojila imajo visoko vsebnost hranil in celovito prehrano, kar lahko znatno izboljša pridelek in kakovost, zaradi česar so ena ključnih razvojnih usmeritev za prihodnjo industrijo gnojil; Nazadnje, promocija in uporaba vodotopnih gnojil, skupaj z integracijo vode in gnojil, lahko prihrani veliko količino sladkovodnih virov in pomaga izboljšati kakovost življenja kitajskih prebivalcev. 

Trenutno je na Kitajskem še veliko težav, ki jih je treba rešiti pri proizvodnji in uporabi vodotopnih gnojil. Slaba topnost v vodi in visoka vsebnost netopnih snovi lahko zlahka povzročita zamašitev vodnega kamna v cevovodih, zlasti na območjih z visoko koncentracijo kalcijevih in magnezijevih ionov v vodi za namakanje. Trenutno je zahteva po v vodi netopnih snoveh v topnih gnojilih na Kitajskem 0,5 %, medtem ko je integrirani sistem vodnih gnojil na splošno fiksen ali polfiksen, z izjemno finimi in težko čistilnimi iztoki vode, ki jih zlahka blokirajo v vodi netopne snovi. Del soli v gnojilu bo razjedel cevovod. Trenutno so cevi integriranega sistema za vodo in gnojila večinoma izdelane iz ogljikovega jekla ali plastike, med katerimi so cevi iz ogljikovega jekla nagnjene k koroziji zaradi kisika, vode, kisline in alkalij, kar skrajša življenjsko dobo sistema. in povečuje stroške uporabe. Glavna sestavina vodotopnih gnojil so kemična gnojila, ki lahko po dolgotrajni uporabi zlahka povzročijo zbijanje tal in neravnovesje mikrobnih skupnosti v tleh, kar na koncu vodi do poslabšanja rodovitnosti tal. Na podlagi zgornjih razlogov so z razvojem integracije vodnih gnojil velika domača in tuja kemična podjetja zaporedno razvila kemikalije z učinki zaviranja vodnega kamna in korozije za reševanje težav pri proizvodnji in uporabi vodotopnih gnojil. Med njimi so poliasparaginska kislina in njeni derivati ​​najbolj raziskane snovi. 

1.1Uporaba poliasparaginske kisline v vodotopnih gnojilih

Poliasparaginska kislina (PASP) je umetno sintetizirana vodotopna beljakovina, ki naravno obstaja v sluzi morskih školjk, kot so ostrige. Je aktivna snov, ki jo morski školjke uporabljajo za obogatitev hranil in ustvarjanje školjk. Poliasparaginska kislina, kot nova vrsta sinergista gnojil, lahko poveča absorpcijo dušika, fosforja, kalija in elementov v sledovih s pridelki; Poleg tega je poliasparaginska kislina nestrupena, neškodljiva in popolnoma biološko razgradljiva, zaradi česar je svetovno priznana zelena kemikalija. Rezultati raziskav in uporabe doma in v tujini so pokazali, da ima poliasparaginska kislina kot sinergistično sredstvo za vodotopna gnojila glavne učinke v naslednjih vidikih.

1.1 Disperzijski učinek poliasparaginske kisline

Glavni razlogi za zamašitev cevovoda med uporabo vodotopnih gnojil so padavine, ki jih povzročajo kemične reakcije med gnojili, zmanjšana topnost zaradi pH vode in v vodi netopne snovi v gnojilih. Te v vodi netopne snovi, ki nastanejo po različnih poteh, se postopoma oprimejo notranjosti ali izhoda iz cevovoda, zlasti v vodi netopne soli, kot sta kalcij in magnezij, in tako blokirajo celoten sistem. 

Poliasparaginska kislina, kot nova vrsta zelenega disperzanta, lahko prepreči in ublaži nastajanje in združevanje anorganskega solnega kamna, če ga nanesemo na kapljične (pršilne) namakalne sisteme. Nastali vodni kamen lahko razprši v majhne delce, suspendirane v vodnem sistemu, s čimer zmanjša problem blokade vodotopnih gnojil v sistemu med uporabo. Po raziskavah ima poliasparaginska kislina kot kelatni dispergator v sistemih za kroženje vode dobre kelatne in dispergirne učinke na železove okside, kalcijev karbonat, titanov dioksid, cinkov hidroksid, magnezijev hidroksid, magnezijev oksid, manganov dioksid itd. Koskan et al. menijo, da lahko poliasparaginska kislina prepreči odlaganje vodnega kamna na površinah za prenos toplote in cevovodih vodovodnega sistema. 

Medtem so raziskave o učinkih molekulske mase poliasparaginske kisline in sistemske temperature na zaviranje vodnega kamna potrdile, da je učinek zaviranja vodnega kamna poliasparaginske kisline tesno povezan z njeno molekulsko maso, ne pa tudi s temperaturo sistema. Na splošno velja, da je učinek zaviranja vodnega kamna poliasparaginske kisline, sintetizirane z različnimi metodami, tesno povezan z ustreznim obsegom. Na primer, poliasparaginska kislina, ki uporablja asparaginsko kislino kot surovino, ima boljši učinek inhibicije vodnega kamna na CaF2, medtem ko ima poliasparaginska kislina, ki uporablja anhidrid maleinske kisline in njegove derivate, boljši učinek inhibicije vodnega kamna na BaSO4, SrSO4, CaSO4 itd. Ross et al. potrdili, da je optimalno povprečno območje molekulske mase za dispergiranje poliasparaginske kisline, kot so kalcijev karbonat, kalcijev sulfat in barijev sulfat, med 10000 in 4000. Quan Zhenhua in drugi so ugotovili, da je temperatura vode pod 60 ℃ sprememba temperature majhna. učinek poliasparaginske kisline na stopnjo inhibicije vodnega kamna; Ko je Ca2+ 800 mg/L in je odmerek poliasparaginske kisline le 3 mg/L, lahko stopnja inhibicije vodnega kamna še vedno doseže več kot 90 %. Pri 20 ℃ poliasparaginska kislina povzroči vsaj 150 minutno zamudo pri nukleaciji kalcijevega karbonata. Vse te študije kažejo na univerzalnost učinkovitosti inhibicije poliasparaginske kisline glede na temperaturo. 

1.2 Zaviranje korozije poliasparaginske kisline

Na splošno velja, da se polarne skupine (vključno s skupinami N in O) v poliasparaginski kislini adsorbirajo na kovinske cevovode, kar močno izboljša aktivacijsko energijo procesa ionizacije kovin. Istočasno so nepolarne skupine (alkil R) razporejene usmerjeno stran od kovine in tvorijo hidrofobni film, s čimer zavirajo korozijo kovinskih cevovodov z vodnimi raztopinami in učinkovito ščitijo kapljične namakalne sisteme pri integraciji vodo in gnojilo, podaljšanje življenjske dobe opreme in zmanjšanje proizvodnih stroškov. Poliasparaginska kislina ima učinke inhibicije korozije na različne kovinske materiale, kot so ogljikovo jeklo, baker, medenina in beli baker v različnih sistemih [25]; Ko je koncentracija poliasparaginske kisline 100 mg/L, lahko stopnja inhibicije korozije ogljikovega jekla doseže 93 %, pri tej koncentraciji pa lahko poliasparaginska kislina upočasni stopnjo korozije ogljikovega jekla za 90 %, kar učinkovito podaljša življenjsko dobo ogljikovega jekla. cevovod. 

V ustreznih študijah so raziskovalci ugotovili, da ima poliasparaginska kislina dober zaviralni učinek na korozijo cevovodov v vodnih sistemih pri različnih pH pogojih. Bentonove raziskave kažejo, da lahko uporaba poliasparaginske kisline in njenih soli z molekulsko maso od 1000 do 5000 in koncentracijo 25 mg/L v jedkem mediju solne raztopine s pH od 4,0 do 6,6 učinkovito zavira korozijo ogljikovega jekla zaradi ogljikovega dioksida. . Ko sta Kalota idr. in Silverman et al. [30] so proučevali učinkovitost zaviranja korozije poliasparaginske kisline na železu pri različnih pogojih pH, ​​temperature in vlage, ugotovili so, da ima poliasparaginska kislina dobro učinkovitost zaviranja korozije, ko je pH večji od 10. Mansfeld et al. [31] so ugotovili, da je mogoče doseči dobre rezultate tudi pri pH v območju od 8 do 9. Zato lahko poliasparaginska kislina reši korozijo cevovodov pri uporabi različnih formul vodotopnih gnojil, kar je v pomoč pri uporabi fiksnih oz. pol fiksni cevovodni sistemi. 

1.3 Sinergistični in kakovostni učinki poliasparaginske kisline

Poročali so o poliasparaginski kislini kot sinergistu gnojil ali ojačevalcu hranil v smislu počasnega sproščanja in izboljšanja učinkovitosti, povečane uporabe gnojil, izboljšane kakovosti pridelka ter povečanega donosa in dohodka. Raziskave so pokazale, da lahko z dodajanjem poliasparaginske kisline vodotopnim gnojilom podaljšamo učinkovitost gnojila, zagotovimo, da pridelki enakomerno absorbirajo hranila skozi celoten proces rasti in s tem zagotovimo učinkovito izrabo gnojil. Poskus, ki so ga izvedli Lei Quankui et al. je pokazalo, da se je učinkovitost izkoriščanja gnojil N, P in K v arašidih povečala v različnih stopnjah po uporabi poliasparaginske kisline, arašidi pa so bili manj nagnjeni k simptomom pomanjkanja hranil skozi celotno sezono rasti. Cao Dan idr. preučevali obstojnost poliasparaginske kisline in dokazali, da ima uporaba poliasparaginske kisline enkrat na leto učinek povečanja pridelka na oba pridelka. 

Glede na poročila lahko poliasparaginska kislina učinkovito aktivira bistven medij in elemente v sledovih za rast pridelka, izboljša učinkovitost absorpcije velikih količin elementov in tako poveča uporabo gnojil. Po uporabi lahko poveča odpornost pridelka na stres, uravnava aktivnost encimov v pridelku, poveča pridelek in izboljša kakovost pridelka. Li Jiangang et al. ugotovili, da je uporaba poliasparaginske kisline na rastlinah, kot je zelena zelenjava, povzročila različne stopnje povečanja vitamina C in vsebnosti topnega sladkorja, kar lahko učinkovito izboljša kakovost zelenjave in sadja. Jiao Yongkang et al. je s foliarnim škropljenjem različnih vrst kelatov poliasparaginske kisline ugotovil, da uporaba poliasparaginske kisline ne samo poveča donos in kakovost hruške Huangguan, ampak tudi zmanjša porumenelost. Izgube hruške zaradi vranjega kremplja. Tang Huihui et al. s svojo študijo o uporabi poliasparaginskega dušikovega gnojila za severovzhodno spomladansko koruzo ugotovili, da je bil PASP N uporabljen za gojenje koruze pod pogojem zmanjšanja skupnega dušika za 1/3, brez zmanjšanja pridelka koruze in učinkovitega uravnavanja encimske aktivnosti v koruzi v različnih fazah, kar je koristno za hujšanje in izboljšanje učinkovitosti. Xu Yanwei et al. ugotovili, da se je po nanosu sečnine, ki vsebuje poliasparaginsko kislino, na riž učinkovitost gnojila bistveno izboljšala, gnojilo pa med rastno sezono ni bilo odstranjeno. Cao Dan idr. ugotovili, da uporaba poliasparaginske kisline za gojenje topolovih sadik zahteva ustrezno zmanjšanje porabe dušika, da se ublaži visok dušikov stres, ki ga povzroča visoka učinkovitost izkoriščanja dušika.

1.4 Okoljevarstvene značilnosti poliasparaginske kisline

Poliasparaginska kislina je polimer, sestavljen predvsem iz aminokislin, ki jih lahko mikroorganizmi v okolju popolnoma razgradijo v uporabne aminokisline z nizko molekulsko maso, vodo in ogljikov dioksid. Nekdo je uporabil metodo OECD301A za preučevanje biorazgradljivosti poliasparaginske kisline in ugotovil, da je bila količina ogljikovega dioksida, sproščenega pri obdelavi s poliasparaginsko kislino, blizu referenčne glukoze. Poleg tega so Xiong Rongchun in drugi tudi dokazali, da je poliasparaginska kislina zelena kemikalija z odlično biorazgradljivostjo. 

2 Outlook

S postopnim uresničevanjem cilja "enega nadzora, dveh zmanjšanj in treh osnovnih" v kitajskem kmetijstvu postaja proces integracije vode in gnojil vse hitrejši, povpraševanje po vodotopnih gnojilih, zlasti vrhunskih vodnih gnojilih, pa postaja vse hitrejše. topnih gnojil, narašča. Poliasparaginska kislina, kot zeleno in okolju prijazno kelatno razpršilo in sinergist gnojil, lahko ne le učinkovito prepreči nastajanje vodnega kamna kemičnih gnojil in korozijo cevovodov, ampak tudi poveča učinkovitost in kakovost z velikimi možnostmi uporabe. 

Kot odgovor na trenutni status uporabe poliasparaginske kisline v vodotopnih gnojilih, v kombinaciji z značilnostmi poliasparaginske kisline, ki spodbujajo proizvodnjo korenin, uravnavajo aktivnost encimov pridelka, povečujejo absorpcijo hranil in kelirajo razpršene kovinske elemente, avtor meni, da razvoj poliasparaginske kisline vodotopna gnojila na osnovi kisline se morajo osredotočiti na posebna vodotopna gnojila in vrhunska vodotopna gnojila, še posebej primerna za krompir in druge pridelke za spravilo gomoljev in gomoljev, ter na specializirana vodotopna gnojila za sadje in zelenjavo z absorpcijo hranil ovire, kot sta bolezen hrušk in kurjih tačk.