草酰胺和尿素的相似性与差异性研究及建议

段付岗，段勤国

（陕西润中清洁能源有限公司，陕西长武 713600）

1 草酰胺和尿素的物理性质

在我国的农业生产中，施用量最大的肥料品种是尿素，广泛应用于农业领域，水稻、小麦、玉米等农作物均可施用；草酰胺在国内属于新兴肥料，其应用范围也很广泛，但农业生产中多用于果树、蔬菜、花卉、烟草等经济作物，市场占有率不及尿素的1%。

尿素又名碳酰胺、碳酰二胺、脲，是一种有机工艺合成的高效氮肥，分子式CO（NH2）2，分子量60.06，氮含量（理论值）为46.62%；纯品为无色或白色针状或棒状结晶体，工业品和农业品为白色略带微红色固体颗粒，无臭无味，密度1335kg／m3，熔点132.7℃；溶于水，可水解，呈微碱性，可与酸作用生成盐。尿素中的氮素养分属于酰胺态氮，是固体氮肥中氮含量最高的化学肥料［1］。

草酰胺又名草酸二酰胺、乙二酰二胺、乙二酰胺、乙酰二胺，分子式H2NCOCONH2，分子量88.07，氮含量（理论值）为31.79%；常温下草酰胺为稳定的无色或白色三斜状结晶或粉末，密度1667kg／m3；草酰胺不吸湿，微溶于水——溶解度为0.016%。草酰胺作为农用肥料时，其氮素养分也是酰胺态氮，一般氮含量≥31%，属于一种含氮量较高的缓释化学肥料。

2 草酰胺和尿素的相似性

化肥分为氮肥、磷肥和钾肥三大类，氮、磷、钾为植物包括农作物（统称作物）所需的三大主要营养元素；其中，氮肥的主要成分为氮，有效养分以总氮（N）计；磷肥的主要成分为磷，有效养分以五氧化二磷（P2O5）计；钾肥的主要成分为钾，有效养分以氧化钾（K2O）计。国标通常以有效养分划分产品等级。

2.1 同为氮肥

氮肥是农业生产中使用量最大的肥料品种，氮元素是作物需要的第一大营养元素，尿素的含氮量高达46%，含氮量位居所有肥料之首；草酰胺的含氮量也不低，与尿素一样，同属于有机化工合成氮肥。但二者不同于有机肥料，一般将农家肥料称为有机肥料，包括人粪尿、厩肥、堆肥、绿肥、饼肥、沼气肥等。

2.2 同含酰胺态氮

氮肥的种类较多，包括铵态氮肥、硝态氮肥、酰胺态氮肥、氰氨态氮肥和有机态氮肥等，主要是依据氮肥中氮素化合物的形态来区分的。凡是氮素化合物以铵离子或气态氨形态存在的肥料，属于铵态氮肥，铵态氮肥主要有碳酸氢铵、氨水、硫酸铵、氯化铵等；凡是氮素化合物以硝酸根形态存在的肥料，属于硝态氮肥，如硝酸铵、硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙等；酰胺态氮肥品种较少，市场上以尿素为主，草酰胺的用量极少。

草酰胺和尿素一样，氮素化合物均以NH2分子态形式存在，同属于酰胺态氮肥。酰胺态氮是由酰基和氨基组成的化合物，也是有机物的重要组成部分，故草酰胺和尿素均属于有机合成化肥，而上述的铵态氮肥、硝态氮肥如磷酸铵、硫酸铵、硝酸铵等均属于无机化肥。

2.3 同样的作物吸收原理

氮肥中元素氮对作物生长起着非常重要的作用，它是作物体内氨基酸的重要组成部分，是构成蛋白质的主要成分，也是叶绿素不可缺少的组织，为作物进行光合作用创造条件。施用氮肥不仅能提高作物的产量，而且能提高农产品质量。

草酰胺和尿素均为酰胺态氮肥，施入土壤后，先以分子态（酰胺态氮）存在于土壤中，经过土壤中脲酶等微生物的作用，水解成碳酸铵或碳酸氢铵，即转化为铵态氮后进入作物体内，经光合作用，并与有机酸结合，生成氨基酸，最终形成其他含氮有机物而促进作物生长。也就是说，尿素和草酰胺中的酰胺态氮在土壤里转变成铵态氮后方可被作物吸收利用，否则难以被土壤胶体直接吸附［2］。

2.4 同样的食品安全性

无论是草酰胺还是尿素，无论是酰胺态氮还是铵态氮，其中的氮素均很容易被作物吸收，在土壤中不残留任何有害物质，长期施用对作物无不良影响，对食品安全不构成任何威胁。

3 草酰胺和尿素的差异性

3.1 肥料中氮含量不同

尿素作为农业用肥料，《尿素》（GB／T2440—2017）中对尿素提出了如表1所示的质量等级要求［3］。我国现有新型尿素装置所生产的尿素肥料普遍都能达到国标中农用肥料优等品的质量标准。

表1 GB／T2440—2017中尿素的质量等级要求 %

目前，国内尚未制定草酰胺的质量标准，但已出台 《缓释肥料》（GB／T23348—2009）［4］（见表2）。该标准适用于氮肥、钾肥、复混肥料、掺混肥料（BB肥）等产品的所有颗粒或部分颗粒经特定工艺加工而成的缓释肥料，并定义缓释肥料为，通过养分的化学复合或物理作用使其对作物的有效态养分随着时间而缓慢释放的化学肥料。而草酰胺总氮质量分数理论值为31.79%，达不到GB／T23348—2009中要求的高浓度肥料的质量标准 （总养分质量分数≥40%），仅符合中浓度缓释肥料的质量标准（总养分质量分数≥30%）。

表2 GB／T23348—2009中缓释肥料的质量要求

3.2 在水中的溶解度不同

尿素溶于水和醇类物，常温下在水中的溶解度可达100%而无任何残留物，当然其前提条件是水量充足、溶液未达到饱和状态。尿素总养分高，易溶于水，在水中的溶解度大，这就决定了其属性为速溶高效肥料。

草酰胺在水中呈微溶状态，室温下其溶解度仅为0.016%；施用于土壤中，在脲酶等微生物的作用下，草酰胺中的酰胺态氮会转化为铵态氮而溶解于水和土壤中，进而被植物吸收。换言之，若土壤中不存在脲酶，草酰胺就不会水解，也不会被作物吸收。

3.3 板结性能不同

尿素因在水中的溶解度高，当其产品中水含量较大、储存环境温度较高、储存时间较长、包装袋内塑料薄膜破损时，会出现吸潮和板结现象，造成养分流失、外观质量变差、不便施用等。

草酰胺微溶于水，即使在其产品水含量大、储存环境温度高、储存时间较长、塑料薄膜包装袋破损等情况下，也不会出现吸潮和板结现象，可保证产品内在质量和外观质量的持久性。

3.4 肥效期不同

尿素是一种有机工艺合成的高效氮肥，深施覆土后，其中的酰胺态氮转化为铵态氮仅需4～8d，肥效期为7～20d，最长40～60d。

草酰胺深施覆土后，在土壤中脲酶的作用下，其中的酰胺态氮转化为铵态氮需要14d，肥效期达70～100d。草酰胺在土壤中脲酶的作用下，缓慢释放出植物生长所需的铵态氮，不会因施肥过量造成作物畸形生长，也不会因施肥不及时造成作物减产，有利于作物稳产高产。草酰胺作为基肥一次施用，可节省人力和施肥时间，提高劳动效率。

3.5 氮素利用率不同

土壤中施用尿素，其氮素利用率仅约35%，45%以上的氮素通过挥发、淋溶、水径流等途径损失，每年我国损失的标氮量达9450kt，相当于20000kt以上的实物尿素，浪费了大量的资源。

草酸胺在水中的溶解度小，施用后不易被水流带走而损失，其中氮素的利用率可达65% ～80%，是尿素氮素利用率的2倍多。施用草酰胺，还可降低农业生产过程中的肥料、人力和时间成本，这在农业生产实践中已得到充分证实［5］。

3.6 造成的水污染程度不同

草酰胺和尿素在高温或曝晒环境下，均会分解或挥发出微量的氨气和二氧化碳，基本上不存在“大气污染”现象。但是，在土壤中大量施用尿素，存在淋溶和随水径流现象，造成水体中氮素的硝酸化和富营养化而污染河流、水源等，长此以往会对生态环境造成极大影响。

草酰胺在水中的溶解度小，不易产生淋溶和水径流现象，可大大减少对水体的污染，因而被称为绿色环保型肥料。

3.7 肥料中氮素的“含金量”不同

目前市场条件下，尿素售价约2000元／t，草酰胺售价约3000元／t，草酰胺的市场价格是尿素的1.5倍，换算尿素和草酰胺中每氮素养分的价格分别为43.5元和96.8元，即草酰胺中每氮素养分的价格是尿素的2.2倍，换言之，草酰胺中氮素的“含金量”是尿素的2.2倍，草酰胺产品的产值和利润核心也在于此。

3.8 肥料的定性不同

尿素常温下溶于水，溶解度大，氮含量高，作物吸收时间短、肥效快，毋庸置疑可将其定性为高效速溶氮肥。但草酰胺属于中浓度缓释氮肥则值得进一步商榷。草酰胺中的氮含量约31%，按照GB／T23348—2009的要求，属于中浓度肥料；但GB／T23348—2009适用范围中，明确了该标准适用于氮肥、钾肥、复混肥料、掺混肥料（BB肥）等产品的所有颗粒或部分颗粒经特定工艺加工而成的缓释肥料。也就是说，缓释肥料应具备“所有颗粒或部分颗粒肥料经特定工艺加工而成”的条件，且GB／T23348—2009中要求产品粒度在1.00～4.75mm或3.35～5.60mm的应占90%以上，因此，严格意义上讲，颗粒状的草酰胺可算作缓释肥料，粉末状的草酰胺则不能算作缓释肥料。

4 研究与探讨

4.1 延长尿素肥效期的可行性

农业生产中，采取深施肥、适时追肥、配方施肥等措施均可延长尿素的肥效期。在肥料制造过程中，也可通过制造成大颗粒、外包膜、添加脲酶抑制剂和（或）硝化抑制剂等途径遏制氮素营养的释放，提高尿素利用率，延长产品的肥效期。其中，最有效的办法就是在尿素中添加脲酶抑制剂和（或）硝化抑制剂，将其制成长效、缓释、高利用率的肥料新品种，即稳定性肥料，也称为长效尿素。

因长效尿素的肥效期长、氮素利用率高等优势明显，为此国家专门出台了《稳定性肥料》（GB／T35113—2017）。该标准适用于添加脲酶抑制剂和（或）硝化抑制剂的含氮（含酰胺态氮或铵态氮）稳定性肥料（含脲酶抑制剂的肥料必须含尿素），其中，定义稳定性肥料为经过一定工艺添加脲酶抑制剂和（或）硝化抑制剂，施入土壤后能通过脲酶抑制剂抑制尿素的水解，和（或）通过硝化抑制剂抑制铵态氮的硝化，使肥效期得到延长的一类含氮肥料（包括含氮的二元、三元或单质氮肥）［6］。

通过添加脲酶抑制剂和（或）硝化抑制剂制成的稳定性肥料，包括长效尿素等，其肥效期可延长1倍以上，达到110～130d，氮素利用率可提高约10个百分点，达到45%，对作物增产、农民增收具有明显的作用。

4.2 提高草酰胺缓释性能的可行性

土壤中的脲酶、草酰胺的粒度和强度等，均是影响草酰胺水解速度的因素。其中，土壤中脲酶含量越高，草酰胺溶解速度越快；草酰胺粒度越小，其溶解速度越快；草酰胺颗粒强度越低，其溶解速度越快。粉末状的草酰胺如同速效肥料，在土壤中溶解时间只比尿素多7d左右，和作物漫长的全生育期90～200d相比，这种差异几乎可以忽略；并且，无论是在拆袋过程中还是在倒入农具内时，无论是追肥还是用作基肥，粉末状的草酰胺均会随风飘散，造成浪费和污染，从而增加农业生产成本。另外，国内现有的化肥，无论是氮肥、磷肥、钾肥，还是复合肥、混配肥、缓释肥，均为颗粒状（液体肥在国内的普及度低，而滴灌、喷灌等水肥一体化设施所用化肥几乎全为颗粒肥料），而无粉末状，这是因为用户（尤其是农民）从骨子里就不接受粉状肥料。因此，很有必要将粉末状草酰胺加工成颗粒状，这是一种趋势，更有利于田间管理和提产增效。

土壤中，粉末状草酰胺（粒度＜0.25mm）中酰胺态氮转化为铵态氮只需14d，若将其加工成粒度为2.00～3.00mm的颗粒施用，其中的酰胺态氮转化为铵态氮则可延长至70d以上，肥效期可达90～180d，一次性作为基肥施用可满足大多数作物全生育期的氮素养分需求。

作物施用颗粒状草酰胺后，前70d土壤中铵态氮含量低于同期施用的尿素，70d后则高于同期施用的尿素，且作物的生长高度和产量均高于施用尿素。农业生产中，一次性施用颗粒状草酰胺即可达到稳产增收的目的［7］。

当然，也可通过控制草酰胺在水中和土壤中的溶解速度，或抑制草酰胺与脲酶接触，以减缓草酰胺的无机化进程，起到延缓草酰胺肥效释放过程的作用。增大颗粒直径、提高颗粒强度，是控制草酰胺向水中和土壤中溶出的最佳途径；在将粉末状草酰胺加工成颗粒状的过程中，借鉴稳定性肥料的加工经验，在草酰胺中适量添加脲酶抑制剂，可收到更好的缓释效果。

4.3 提高草酰胺缓释肥料性价比的可行性

草酰胺作为缓释肥料早已被农业专家认可，但其昂贵的价格和缓释性能要被用户接受，尚需一个漫长的过程。笔者认为，用户首选草酰胺作为农田肥料，至少在20a以后。当前农业生产中草酰胺基本上没有市场，要让用户接受，就得先和尿素对标施用，看哪种肥料的增产效果好。

小麦、玉米、水稻这三大粮食作物的大田试验均表明，与尿素相比，一次性施用同等氮量的草酰胺可明显提高粮食产量；减少施用30%氮量的草酰胺，这三大粮食作物可不减产甚至还略有增产，这主要得益于草酰胺中氮素利用率高（基本上是尿素的2倍多）。换言之，相较于尿素而言，草酰胺减少施用30%的氮量，照样可达到与施用尿素相比产量持平或略有增产的目的。按此大田试验结果测算，以尿素、草酰胺市场价格为2000元／t和3000元／t计，若一次性施用尿素量100t价值20万元，折标氮量为46t，减少施用量30%后的氮量为32.2t，换算成草酰胺的实物量则为103.9t价值31.2万元，也就是说，同样的作物产量下，施用草酰胺较尿素少消耗氮量13.8t但成本增高11.2万元，即施用草酰胺的成本高于尿素56%，亦即氮素利用率提高了，氮量消耗少了，但用户的生产成本增高了。

从农业生产角度而言，不施用尿素而全施用草酰胺（尿素∶草酰胺＝0∶1）是作物增产的最佳比例；而从农业生产成本考虑，尿素∶草酰胺＝1∶1则是作物增产最经济实惠的比例。以一次性施用尿素量为100t价值20万元作为比较对象，采用尿素∶草酰胺＝1∶1的比例施用，50t尿素价值10万元、50t草酰胺价值15万元，共计生产成本25万元，相较于尿素∶草酰胺＝0∶1的施用比例，肥料成本增加25%。

尿素中氮素利用率仅约35%，而草酰胺中氮素利用率高达65% ～80%，是尿素的2倍多。比如，一次性施用尿素量为100t价值20万元，尿素中氮含量以46%计，氮素利用率为35%时可利用的标氮量为16.1t；以草酰胺中氮含量为31%、氮素利用率为70%计，换算成草酰胺的实物量为74.2t价值22.26万元，较施用尿素成本增加11.3%［8］。

综上，无论是采取减氮施用还是掺配施用，只要施用草酰胺，作物用肥成本均会增加，如果增产带来的收益不大于25%，用户是不会接受草酰胺的。当然了，还有一种办法可缓解农业生产成本和收益之间的矛盾，即草酰胺与尿素的售价基本持平，也是2000元／t，折算为每氮素养分的价格为64.5元（较尿素每氮素养分的价格高21.0元），才能达到增产而不过多增加成本的效果，这样农民才有可能接受草酰胺这种肥料，这也是未来草酰胺市场的正常利润点。

5 结论与建议

（1）草酰胺与尿素的相似性主要包括：同为氮肥，属于作物所需的第一大氮素营养；同含酰胺态氮，氮素化合物以NH2分子态存在于其中；同样的作物吸收原理，即在土壤中脲酶的作用下，酰胺态氮先转化成铵态氮进入作物体内，再经过光合作用后变成氨基酸被作物吸收利用而促进生长；同样的食品安全性，两种肥料在土壤中都不会残留任何有害物质，长期施用对作物无不良影响，对食品安全不构成任何威胁。

（2）草酰胺与尿素的差异性主要表现在水中溶解度、肥效期、板结性能、氮素利用率、氮素“含金量”、水污染程度、肥料定性等八个方面，与尿素的这些不同点恰恰是草酰胺肥料的优点，即草酰胺具有微溶于水、不易板结、肥效期长、不易随水流失、不会污染环境、氮素利用率高等优点，颗粒状草酰胺可基本定性为中浓度缓释氮肥，是氮素“含金量”最高的肥料。

（3）尿素是一种高效速溶氮肥，为延长其氮素释放时间，提高其氮素利用率，最有效的方法是将其制成稳定性肥料——在尿素中添加脲酶抑制剂和（或）硝化抑制剂，即制成长效尿素，目前此项技术已很成熟。

（4）粉末状的草酰胺如同速效肥料，将其加工成颗粒状肥料一次性作为基肥施用可满足大多数作物全生育期的氮素养分需求，建议在草酰胺项目设计时，将产品定位为粉末状和颗粒状两种规格，以满足市场需求，获得最大的利润空间。

（5）农业生产中，大量的田间试验表明，施用草酰胺可提高氮素利用率，实现增产增收的目标，且草酰胺即使减氮30%施用，仍能起到不减产甚至稍有增产的作用；或按照尿素∶草酰胺＝1∶1掺配施用，达到最经济实惠的效果。但据现阶段尿素和草酰胺的市场价格测算，只要施用草酰胺，均会增加作物用肥成本，笔者预测，未来草酰胺的售价降至2000元／t时，用户方可实现增产增收而不增加成本的预期，草酰胺才能得到用户的认可和接受。

（6）草酰胺是一种新型环境友好型缓释肥料，是名副其实的绿色化肥，其优势多多，但因草酰胺的生产工艺复杂，目前尚无大型工业化、规模化生产装置，只有某公司的1000t／a草酰胺装置在试生产，故建议我国加大草酰胺的研发和制造力度，大力推广和建设年产百万吨级以上的草酰胺项目，以提高其产能规模、降低其生产成本，进一步替代高效速溶尿素。

（7）草酰胺只是氮肥，只含有单一的氮素养分，尽管与尿素的农用功效存在明显差别，占有明显优势，但未来相当长一段时间内其在价格上尚无任何竞争力，难以获得用户的认可和接受，因此建议加大新的下游产品的开发，延伸产业链，尤其是包含氮、磷、钾三种主要养分并适应作物不同配方的复合型缓释肥料，打造优质高端的缓释肥料，以利有效打开市场销路，更好地服务于农业生产［9］。