[发明专利]利用聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物节氮增肥效的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用一种兼具节氮增肥效、保水节水功能的聚天门冬氨酸与聚天冬氨酰胺共聚物来减少氮肥30～50%施用量的使用方法。

背景技术

吸水剂(water-adsorbent polymer,WAP)或超强吸水剂(super water-absorbent polymer,SAP)是高分子亲水聚合物(hydrophilic polymer)，是一些溶于水或不溶于水但吸水膨胀的聚合物，聚合物大分子碳链“骨架”含有一种或多种亲水性基团，如羟基、羧基、酰胺基、氨基、磺酸基、磷酸基、亚磺酸基等，这些聚合物吸水量可达自身质量的数百倍至千倍之多，这些超强吸水剂吸水、保水能力强，其所吸持的百分之九十多水分可被植物利用，在农业上习惯称吸水剂为保水剂或超强保水剂。其结构好似微型水库可以反复吸收和释放水分，供土壤和植物利用，其特殊的网络结构能提高土壤的持水能力，抑制土壤水分无效蒸发，改善土壤水分状况，提高水资源利用率。同时，保水剂能吸附土壤或肥料中的养分并缓慢释放，减少可溶性养分的淋溶损失，促进土壤中养分的吸收，提高养分利用率。

国内市场上保水剂按环境的降解性上分为两大系列：①合成聚合物高分子材料，主要是聚丙烯酰胺类、聚丙烯盐类，这一类保水材料在农业种植上应用的实例较多，取得的成果也颇丰。但大都是难降解的高分子材料，是不能完全降解或降解后单体有毒害。这些材料施入土壤后会造成土壤结构、性质变化进而对土壤环境质量造成危害，形成白色污染；②具有可生物降解性的高吸水材料，主要有以下几类：淀粉类、纤维素类、聚乳酸类、海藻酸钠类、聚氨基酸蛋白质类、微生物合成类。这些生物降解高吸水性树脂有其自身的缺陷，例如生产成本过高不利于广泛应用，吸水性能和机械力学性能较差，部分树脂吸水性能好但耐盐性耐电解质性能较差，不能完全生物降解等方面，从而限制了其发展和应用。

单一使用保水剂或化学肥料都不能同时满足作物对水分和养分的需求，而将保水剂和肥料混合施用，由于不能充分发挥保水剂在吸水、持水和释水的同时溶出肥料中的养分，同步为作物生长持续地供应养分，造成肥料的利用率低。目前，我国已成为世界上氮肥年用量最多的国家之一，单位面积的施用量也高于世界平均水平，而氮肥的利用率却仅为30～50%，大量残留的化肥在农区环境中，以面源排放的形式进入水体，成为造成种植业面源污染的主要原因。

聚天门冬氨酸（Polyaspartic acid，简称PASP）是一种水溶性高分子氨基酸类聚合物，由于其具有无磷、无毒、无公害和良好的生物降解性，是一种国际公认的“绿色化学品”。聚天门冬氨酸因含有肽键和羧基等活性基团的结构特点，具有极强的吸附、络合等作用，独特的化学结构使它具有优异的性能，用途广泛，在水处理、医药、农业、日化等领域都能找到它的用途。

农业方面我国在这方面的应用研究，主要是低相对分子量线性聚天门冬氨酸(10000道尔顿以下)的应用效果试验。聚天门冬氨酸本身不是肥料，但它可以作肥料增效剂，能够促进植物对养分的吸收，节省肥料的用量提高作物的产量。据资料介绍，聚天冬门氨酸作为肥料增效剂效果确实，适用于多种作物和土壤，其主要功效表现在：①提高肥料利用率，②促进生长，增加产量，③改善作物品质，④促进根系生长、增强抗逆性，⑤绿色环保、改良土壤等。作为肥料增效剂，具有等量增效、减量等产的显著效果，节约肥料可达20-30％。聚天门冬氨酸做为肥料增效剂在源头上控制和减少由于化肥投入引起的农业面源污染方面，具有一定的效果。同时聚天冬氨酸的施用还能改善土壤，又可减少因过度施加化学肥料而造成的环境污染。

目前国内市场在农业上广泛使用的聚天门冬氨酸属于线性结构，具有水溶性，分子量在10000道尔顿以下，由于分子量小的限制，不具有吸水保水功能，所具有的吸附、络合的能力有局限性，其肥料增效的效果不够理想，同时分子量小的产品降解周期短，使得产品的使用期限较短，对于肥料的增效效果发挥有可能不够稳定。

保水剂问世以来，对其保水节水、土壤养分保蓄作用进行了大量的研究。聚天门冬氨酸在农业上作为肥料增效剂的应用研究也有较多的报道。还有少量的研究报道，保水剂与聚天门冬氨酸肥料增效剂耦合共同作用达到保水保肥的效果。随着高吸水树脂在农业方面的应用效果已农田试验证实，对我国这样一个缺水的农业大国，高吸水树脂的需求量也有较高的增长，势必会出现高吸水树脂在大量废弃后造成环境污染的问题。从农业可持续发展要求来看，需要农业保水剂具备绿色环保性，并具有很好的吸水保水性能。