Enligt statistik från FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation 2017 var den globala livsmedelsproduktionen 2,627 miljarder ton, varav 618 miljoner ton producerades i Kina, vilket motsvarar 23,5% av den totala globala livsmedelsproduktionen under samma period . För att upprätthålla så höga skördar kräver Kinas jordbruksproduktion konsumtion av en stor mängd jordbruksmark och sötvattenresurser varje år. Bristen på de ovan nämnda resurserna i Kina är dock ytterst uppenbar. Enligt statistik är arealen per capita mindre än 0,1 hm2, vilket bara är en tredjedel av världens per capita kvantitet och mindre än en sjundedel av USA:s; Kinas sötvattenresurser per capita är mindre än 2200 m3, bara 1/4 av världsgenomsnittet, vilket gör det till ett av länderna med de fattigaste vattenresurserna per capita i världen. Därför måste en stor mängd kemiska gödningsmedel användas i jordbruksproduktionen i Kina för att säkerställa den totala avkastningen.

Men i Kinas jordbruksproduktion är utnyttjandegraden av gödselmedel inte tillfredsställande. Med kvävegödsel som ett exempel, 2017 nådde den totala mängden kvävegödselmedel som applicerades i Kina 22,06 miljoner ton, vilket motsvarar 35% av världens totala mängd. Den omfattande utnyttjandegraden av kvävegödselmedel i Kina var dock mindre än 35 % det året, vilket orsakade stort avfall. Därför börjar jordbruksvetenskapliga och tekniska arbetare i Kina gradvis studera avancerade vattenlösliga gödselmedel för att anpassa sig till processen för vattengödselintegration [1-2]. Enligt forskningen utförd av National Agricultural Technology Promotion Center finns det för närvarande över 30 miljoner hektar åkermark som är lämplig för integration av vatten och gödningsmedel i Kina, medan den nuvarande andelen spridning i landet bara är 3,2 %. Därför är utvecklingspotentialen för vattenlösliga gödselmedel i Kina mycket stor och det är ett nyckelfokus för framtida gödselmedelsutveckling.

Vattenlösligt gödselmedel är en multielementförening och snabbverkande gödselmedel som är helt lösligt i vatten. Det har egenskaperna för god vattenlöslighet, inga rester och kan absorberas direkt och utnyttjas av rötter och blad av grödor. Som en viktig komponent i vattengödselintegration har vattenlösliga gödselmedel uppenbara fördelar. För det första kan det avsevärt förbättra utnyttjandegraden av gödselmedel. Enligt statistik är användningsgraden för konventionella gödselmedel i Kina cirka 30 %, medan användningsgraden för vattenlösliga gödselmedel är mellan 70 % och 80 %. Det kan också minska den totala mängden gödsling, vilket uppfyller de grundläggande kraven i den nationella dubbla kolcykeln; För det andra har vattenlösliga gödselmedel högt näringsinnehåll och omfattande näring, vilket avsevärt kan förbättra skördens avkastning och kvalitet, vilket gör dem till en av de viktigaste utvecklingsriktningarna för framtidens gödselmedelsindustri; Slutligen kan främjandet och användningen av vattenlösliga gödselmedel, tillsammans med integreringen av vatten och gödningsmedel, spara en stor mängd sötvattenresurser och bidra till att förbättra livskvaliteten för kinesiska invånare. 

För närvarande finns det fortfarande många problem att lösa i produktionen och användningen av vattenlösliga gödselmedel i Kina. Dålig vattenlöslighet och hög halt av olösliga ämnen kan lätt orsaka beläggningsblockering i rörledningar, särskilt i områden med höga kalcium- och magnesiumjonkoncentrationer i bevattningsvattnet. För närvarande är kravet på vattenolösliga ämnen i lösliga gödselmedel i Kina 0,5 %, medan det integrerade vattengödselsystemet i allmänhet är fast eller halvfast, med extremt fina och svåra att rengöra vattenutlopp, som lätt blockeras av vattenolösliga ämnen. En del av saltet i gödselmedlet kommer att korrodera rörledningen. För närvarande är rören i det integrerade vatten- och gödningssystemet mestadels gjorda av kolstål eller plast, bland vilka rören av kolstål är benägna att korrosion av syre, vatten, syra och alkali, vilket förkortar systemets livslängd och ökar användningskostnaderna. Huvudkomponenten i vattenlösliga gödselmedel är kemiska gödningsmedel, som lätt kan orsaka markkomprimering och obalans i markens mikrobiella samhällen efter långvarig användning, vilket i slutändan leder till markens bördighetsförsämring. Baserat på ovanstående skäl, med utvecklingen av vattengödselmedelsintegrering, har stora inhemska och utländska kemiföretag successivt utvecklat kemikalier med skal- och korrosionsinhiberande effekter för att lösa problem vid produktion och användning av vattenlösliga gödselmedel. Bland dem är polyasparaginsyra och dess derivat de mest studerade ämnena. 

1.1 Applicering av polyasparaginsyra i vattenlösliga gödselmedel

Polyasparaginsyra (PASP) är ett artificiellt syntetiserat vattenlösligt protein som finns naturligt i slemmet hos marina skaldjur som ostron. Det är en aktiv substans som används av marina skaldjur för att berika näringsämnen och skapa skal. Polyasparaginsyra, som en ny typ av gödselsynergist, kan förbättra absorptionen av kväve, fosfor, kalium och spårämnen av grödor; Dessutom är polyasparaginsyra icke-giftig, ofarlig och helt biologiskt nedbrytbar, vilket gör den till en globalt erkänd grön kemikalie. Forsknings- och appliceringsresultat i hemlandet och utomlands har visat att polyasparaginsyra, som ett synergistiskt medel för vattenlösliga gödselmedel, har huvudsakliga effekter i följande aspekter.

1.1 Dispersionseffekt av polyasparaginsyra

De främsta orsakerna till att rörledningen blockeras under användningen av vattenlösliga gödselmedel inkluderar utfällning orsakad av kemiska reaktioner mellan gödselmedel, minskad löslighet orsakad av vatten-pH och vattenolösliga ämnen i gödningsmedel. Dessa vattenolösliga ämnen som bildas genom olika vägar fäster gradvis till det inre eller utloppet av rörledningen, särskilt vattenolösliga salter som kalcium och magnesium, och blockerar därigenom hela systemet. 

Polyasparaginsyra, som en ny typ av grönt dispergeringsmedel, kan förhindra och lindra bildning och aggregation av oorganiskt saltavlagringar när det appliceras på droppbevattningssystem (spray). Det kan sprida den bildade beläggningen till små partiklar suspenderade i vattensystemet, vilket minskar blockeringsproblemet med vattenlösliga gödningsmedel i systemet under användning. Enligt forskning har polyasparaginsyra, som ett kelatbildande dispergeringsmedel i vattencirkulationssystem, goda kelatbildande och dispergerande effekter på järnoxider, kalciumkarbonat, titandioxid, zinkhydroxid, magnesiumhydroxid, magnesiumoxid, mangandioxid, etc. Koskan et al. tror att polyasparaginsyra kan förhindra avsättning av beläggningar på värmeöverföringsytor och vattensystemledningar. 

Samtidigt har forskning på effekterna av polyasparaginsyramolekylvikt och systemtemperatur på skalinhibering bekräftat att den skalinhiberande effekten av polyasparaginsyra är nära relaterad till dess molekylvikt, men inte till systemtemperaturen. Det anses allmänt att den skalinhiberande effekten av polyasparaginsyra syntetiserad med olika metoder är nära relaterad till dess motsvarande skala. Till exempel har polyasparaginsyra som använder asparaginsyra som råmaterial bättre beläggningshämmande effekt på CaF2, medan polyasparaginsyra som använder maleinsyraanhydrid och dess derivat har bättre beläggningshämmande effekt på BaSO4, SrSO4, CaSO4, etc. Ross et al. bekräftade att det optimala viktmedelmolekylviktsintervallet för dispergering av polyasparaginsyra såsom kalciumkarbonat, kalciumsulfat och bariumsulfat är mellan 10 000 och 4 000. Quan Zhenhua och andra fann att när vattentemperaturen är under 60 ℃ har temperaturförändringen liten effekt på skalinhiberingshastigheten för polyasparaginsyra; När Ca2+ är 800 mg/L och doseringen av polyasparaginsyra endast är 3 mg/L, kan skalinhiberingsgraden fortfarande nå över 90 %. Vid 20 ℃ orsakar polyasparaginsyra en fördröjning på minst 150 minuter i kärnbildningen av kalciumkarbonat. Dessa studier indikerar alla universaliteten hos polyasparaginsyrafjällhämmande prestanda mot temperatur. 

1.2 Korrosionsinhibering av polyasparaginsyra

Det anses allmänt att de polära grupperna (inklusive N- och O-grupper) i polyasparaginsyra adsorberas på metallrörledningar, vilket avsevärt förbättrar aktiveringsenergin för metalljoniseringsprocessen. Samtidigt är de opolära grupperna (alkyl R) anordnade på ett riktat sätt bort från metallen, bildar en hydrofob film, vilket förhindrar korrosion av metallrörledningar av vattenlösningar, vilket effektivt skyddar droppbevattningssystem i integrationen av vatten och gödningsmedel, förlänger utrustningens livslängd och sänker produktionskostnaderna. Polyasparaginsyra har korrosionshämmande effekter på olika metallmaterial såsom kolstål, koppar, mässing och vit koppar i olika system [25]; När koncentrationen av polyasparaginsyra är 100 mg/L, kan korrosionsinhiberingshastigheten för kolstål nå 93%, och vid denna koncentration kan polyasparaginsyra bromsa korrosionshastigheten för kolstål med 90%, vilket effektivt förlänger livslängden på rörledningen. 

I relevanta studier har forskare funnit att polyasparaginsyra har en bra hämmande effekt på rörledningskorrosion i vattensystem under olika pH-förhållanden. Bentons forskning tyder på att användning av polyasparaginsyra och dess salter med en molekylvikt på 1000 till 5000 och en koncentration av 25 mg/L i ett korrosivt saltlösningsmedium med ett pH på 4,0 till 6,6 effektivt kan hämma korrosionen av kolstål med koldioxid . När Kalota et al. och Silverman et al. [30] studerade polyasparaginsyras korrosionsinhiberande prestanda på järn under olika pH-, temperatur- och fuktförhållanden, fann de att polyasparaginsyra har bra korrosionsinhiberande prestanda när pH är högre än 10. Mansfeld et al. [31] fann att goda resultat även kan uppnås vid pH från 8 till 9. Därför kan polyasparaginsyra lösa korrosion av rörledningar under användning av olika formler av vattenlösliga gödselmedel, vilket är användbart för applicering av fasta eller halvfasta rörledningssystem. 

1.3 Synergistiska och kvalitetshöjande effekter av polyasparaginsyra

Polyasparaginsyra, som en gödselsynergist eller näringsförstärkare, har rapporterats i termer av långsam frisättning och effektivitetsförbättring, ökat gödselutnyttjande, förbättrad grödas kvalitet och ökad avkastning och inkomst. Forskning har visat att tillsats av polyasparaginsyra till vattenlösliga gödselmedel kan förlänga gödselmedlets effektivitet, säkerställa att grödor absorberar näringsämnen jämnt under hela tillväxtprocessen och därmed säkerställa ett effektivt utnyttjande av gödselmedel. Experimentet utfört av Lei Quankui et al. visade att utnyttjandeeffektiviteten av N-, P- och K-gödselmedel i jordnötter ökade i varierande grad efter applicering av polyasparaginsyra, och jordnöten var mindre benägen att få näringsbristsymptom under hela tillväxtsäsongen. Cao Dan et al. studerade polyasparaginsyras persistens och visade att användning av polyasparaginsyra en gång om året har en skördehöjande effekt på båda grödorna. 

Enligt rapporter kan polyasparaginsyra effektivt aktivera det essentiella mediet och spårelementen för tillväxt av grödor, förbättra absorptionseffektiviteten för stora mängder element och på så sätt öka användningen av gödningsmedel. Efter användning kan den förbättra grödans stressbeständighet, reglera enzymaktivitet i grödor, öka avkastningen och förbättra grödans kvalitet. Li Jiangang et al. fann att applicering av polyasparaginsyra på grödor som gröna grönsaker resulterade i olika grader av ökning av C-vitamin och innehåll av lösligt socker, vilket effektivt kan förbättra kvaliteten på grönsaker och frukter. Jiao Yongkang et al. funnit genom bladbesprutning av olika typer av polyasparaginsyrakelater att användningen av polyasparaginsyra inte bara ökar utbytet och kvaliteten på Huangguan-päron, utan också minskar gulning. Förlusterna orsakade av päronträdets kråkklosjuka. Tang Huihui et al. fann genom sin studie om appliceringen av polyasparaginskt kvävegödselmedel på nordöstra vårmajs att PASP N användes för majsodling under förutsättning att det totala kvävet minskade med 1/3, utan att minska majsutbytet och effektivt reglera enzymaktiviteten i majs i olika stadier, vilket är fördelaktigt för viktminskning och effektivitetsförbättring. Xu Yanwei et al. fann att efter applicering av urea innehållande polyasparaginsyra på ris, förbättrades effektiviteten av gödselmedlet avsevärt och gödselmedlet avlägsnades inte under tillväxtsäsongen. Cao Dan et al. fann att användning av polyasparaginsyra för att odla poppelplantor kräver en lämplig minskning av kväveanvändningen för att lindra hög kvävestress orsakad av hög kväveutnyttjandeeffektivitet.

1.4 Miljöskyddsegenskaper hos polyasparaginsyra

Polyasparaginsyra är en polymer som huvudsakligen består av aminosyror, som helt kan brytas ned av mikroorganismer i miljön till användbara lågmolekylära aminosyror, vatten och koldioxid. Någon använde OECD301A-metoden för att studera polyasparaginsyras biologiska nedbrytbarhet och fann att mängden koldioxid som frigjordes vid behandling med polyasparaginsyra låg nära referensglukosen. Dessutom har Xiong Rongchun och andra också visat att polyasparaginsyra är en grön kemikalie med utmärkt biologisk nedbrytbarhet. 

2 Outlook

Med det gradvisa förverkligandet av målet om "en kontroll, två minskningar och tre grundläggande" i Kinas jordbruk, blir integrationsprocessen av vatten och gödningsmedel allt snabbare, och efterfrågan på vattenlösliga gödselmedel, särskilt avancerade vatten- lösliga gödselmedel, ökar. Polyasparaginsyra, som ett grönt och miljövänligt kelatbildande dispergeringsmedel och gödningsmedelssynergist, kan inte bara effektivt förhindra beläggning av kemiska gödningsmedel och korrosion av rörledningar, utan också förbättra effektiviteten och kvaliteten, med starka tillämpningsmöjligheter. 

Som svar på den nuvarande applikationsstatusen för polyasparaginsyra i vattenlösliga gödselmedel, kombinerat med egenskaperna hos polyasparaginsyra som främjar rotproduktion, reglerar grödans enzymaktivitet, förbättrar näringsabsorptionen och kelerar dispergerade metallelement, tror författaren att utvecklingen av polyasparaginsyra syrabaserade vattenlösliga gödselmedel bör fokusera på speciella vattenlösliga gödselmedel och avancerade vattenlösliga gödselmedel, särskilt lämpliga för potatis och andra grödor för att skörda knölar och knölar, och på specialiserade vattenlösliga gödselmedel för frukt och grönsaker med näringsupptag barriärer, såsom päron- och kycklingfötters sjukdom.