段付崗，段勤國

（陜西潤中清潔能源有限公司，陜西長武 713600）

1 草酰胺和尿素的物理性質(zhì)

在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施用量最大的肥料品種是尿素，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，水稻、小麥、玉米等農(nóng)作物均可施用；草酰胺在國內(nèi)屬于新興肥料，其應(yīng)用范圍也很廣泛，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多用于果樹、蔬菜、花卉、煙草等經(jīng)濟作物，市場占有率不及尿素的1%。

尿素又名碳酰胺、碳酰二胺、脲，是一種有機工藝合成的高效氮肥，分子式CO（NH2）2，分子量60.06，氮含量（理論值）為46.62%；純品為無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，工業(yè)品和農(nóng)業(yè)品為白色略帶微紅色固體顆粒，無臭無味，密度1335kg／m3，熔點132.7℃；溶于水，可水解，呈微堿性，可與酸作用生成鹽。尿素中的氮素養(yǎng)分屬于酰胺態(tài)氮，是固體氮肥中氮含量最高的化學(xué)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（理論值）為31.79%；常溫下草酰胺為穩(wěn)定的無色或白色三斜狀結(jié)晶或粉末，密度1667kg／m3；草酰胺不吸濕，微溶于水——溶解度為0.016%。草酰胺作為農(nóng)用肥料時，其氮素養(yǎng)分也是酰胺態(tài)氮，一般氮含量≥31%，屬于一種含氮量較高的緩釋化學(xué)肥料。

2 草酰胺和尿素的相似性

化肥分為氮肥、磷肥和鉀肥三大類，氮、磷、鉀為植物包括農(nóng)作物（統(tǒng)稱作物）所需的三大主要營養(yǎng)元素；其中，氮肥的主要成分為氮，有效養(yǎng)分以總氮（N）計；磷肥的主要成分為磷，有效養(yǎng)分以五氧化二磷（P2O5）計；鉀肥的主要成分為鉀，有效養(yǎng)分以氧化鉀（K2O）計。國標通常以有效養(yǎng)分劃分產(chǎn)品等級。

2.1 同為氮肥

氮肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用量最大的肥料品種，氮元素是作物需要的第一大營養(yǎng)元素，尿素的含氮量高達46%，含氮量位居所有肥料之首；草酰胺的含氮量也不低，與尿素一樣，同屬于有機化工合成氮肥。但二者不同于有機肥料，一般將農(nóng)家肥料稱為有機肥料，包括人糞尿、廄肥、堆肥、綠肥、餅肥、沼氣肥等。

2.2 同含酰胺態(tài)氮

氮肥的種類較多，包括銨態(tài)氮肥、硝態(tài)氮肥、酰胺態(tài)氮肥、氰氨態(tài)氮肥和有機態(tài)氮肥等，主要是依據(jù)氮肥中氮素化合物的形態(tài)來區(qū)分的。凡是氮素化合物以銨離子或氣態(tài)氨形態(tài)存在的肥料，屬于銨態(tài)氮肥，銨態(tài)氮肥主要有碳酸氫銨、氨水、硫酸銨、氯化銨等；凡是氮素化合物以硝酸根形態(tài)存在的肥料，屬于硝態(tài)氮肥，如硝酸銨、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣等；酰胺態(tài)氮肥品種較少，市場上以尿素為主，草酰胺的用量極少。

草酰胺和尿素一樣，氮素化合物均以NH2分子態(tài)形式存在，同屬于酰胺態(tài)氮肥。酰胺態(tài)氮是由酰基和氨基組成的化合物，也是有機物的重要組成部分，故草酰胺和尿素均屬于有機合成化肥，而上述的銨態(tài)氮肥、硝態(tài)氮肥如磷酸銨、硫酸銨、硝酸銨等均屬于無機化肥。

2.3 同樣的作物吸收原理

氮肥中元素氮對作物生長起著非常重要的作用，它是作物體內(nèi)氨基酸的重要組成部分，是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要成分，也是葉綠素不可缺少的組織，為作物進行光合作用創(chuàng)造條件。施用氮肥不僅能提高作物的產(chǎn)量，而且能提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。

草酰胺和尿素均為酰胺態(tài)氮肥，施入土壤后，先以分子態(tài)（酰胺態(tài)氮）存在于土壤中，經(jīng)過土壤中脲酶等微生物的作用，水解成碳酸銨或碳酸氫銨，即轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮后進入作物體內(nèi)，經(jīng)光合作用，并與有機酸結(jié)合，生成氨基酸，最終形成其他含氮有機物而促進作物生長。也就是說，尿素和草酰胺中的酰胺態(tài)氮在土壤里轉(zhuǎn)變成銨態(tài)氮后方可被作物吸收利用，否則難以被土壤膠體直接吸附［2］。

2.4 同樣的食品安全性

無論是草酰胺還是尿素，無論是酰胺態(tài)氮還是銨態(tài)氮，其中的氮素均很容易被作物吸收，在土壤中不殘留任何有害物質(zhì)，長期施用對作物無不良影響，對食品安全不構(gòu)成任何威脅。

3 草酰胺和尿素的差異性

3.1 肥料中氮含量不同

尿素作為農(nóng)業(yè)用肥料，《尿素》（GB／T2440—2017）中對尿素提出了如表1所示的質(zhì)量等級要求［3］。我國現(xiàn)有新型尿素裝置所生產(chǎn)的尿素肥料普遍都能達到國標中農(nóng)用肥料優(yōu)等品的質(zhì)量標準。

表1 GB／T2440—2017中尿素的質(zhì)量等級要求 %

目前，國內(nèi)尚未制定草酰胺的質(zhì)量標準，但已出臺 《緩釋肥料》（GB／T23348—2009）［4］（見表2）。該標準適用于氮肥、鉀肥、復(fù)混肥料、摻混肥料（BB肥）等產(chǎn)品的所有顆粒或部分顆粒經(jīng)特定工藝加工而成的緩釋肥料，并定義緩釋肥料為，通過養(yǎng)分的化學(xué)復(fù)合或物理作用使其對作物的有效態(tài)養(yǎng)分隨著時間而緩慢釋放的化學(xué)肥料。而草酰胺總氮質(zhì)量分數(shù)理論值為31.79%，達不到GB／T23348—2009中要求的高濃度肥料的質(zhì)量標準 （總養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)≥40%），僅符合中濃度緩釋肥料的質(zhì)量標準（總養(yǎng)分質(zhì)量分數(shù)≥30%）。

表2 GB／T23348—2009中緩釋肥料的質(zhì)量要求

3.2 在水中的溶解度不同

尿素溶于水和醇類物，常溫下在水中的溶解度可達100%而無任何殘留物，當然其前提條件是水量充足、溶液未達到飽和狀態(tài)。尿素總養(yǎng)分高，易溶于水，在水中的溶解度大，這就決定了其屬性為速溶高效肥料。

草酰胺在水中呈微溶狀態(tài)，室溫下其溶解度僅為0.016%；施用于土壤中，在脲酶等微生物的作用下，草酰胺中的酰胺態(tài)氮會轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮而溶解于水和土壤中，進而被植物吸收。換言之，若土壤中不存在脲酶，草酰胺就不會水解，也不會被作物吸收。

3.3 板結(jié)性能不同

尿素因在水中的溶解度高，當其產(chǎn)品中水含量較大、儲存環(huán)境溫度較高、儲存時間較長、包裝袋內(nèi)塑料薄膜破損時，會出現(xiàn)吸潮和板結(jié)現(xiàn)象，造成養(yǎng)分流失、外觀質(zhì)量變差、不便施用等。

草酰胺微溶于水，即使在其產(chǎn)品水含量大、儲存環(huán)境溫度高、儲存時間較長、塑料薄膜包裝袋破損等情況下，也不會出現(xiàn)吸潮和板結(jié)現(xiàn)象，可保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量的持久性。

3.4 肥效期不同

尿素是一種有機工藝合成的高效氮肥，深施覆土后，其中的酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮僅需4～8d，肥效期為7～20d，最長40～60d。

草酰胺深施覆土后，在土壤中脲酶的作用下，其中的酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮需要14d，肥效期達70～100d。草酰胺在土壤中脲酶的作用下，緩慢釋放出植物生長所需的銨態(tài)氮，不會因施肥過量造成作物畸形生長，也不會因施肥不及時造成作物減產(chǎn)，有利于作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。草酰胺作為基肥一次施用，可節(jié)省人力和施肥時間，提高勞動效率。

3.5 氮素利用率不同

土壤中施用尿素，其氮素利用率僅約35%，45%以上的氮素通過揮發(fā)、淋溶、水徑流等途徑損失，每年我國損失的標氮量達9450kt，相當于20000kt以上的實物尿素，浪費了大量的資源。

草酸胺在水中的溶解度小，施用后不易被水流帶走而損失，其中氮素的利用率可達65% ～80%，是尿素氮素利用率的2倍多。施用草酰胺，還可降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的肥料、人力和時間成本，這在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中已得到充分證實［5］。

3.6 造成的水污染程度不同

草酰胺和尿素在高溫或曝曬環(huán)境下，均會分解或揮發(fā)出微量的氨氣和二氧化碳，基本上不存在“大氣污染”現(xiàn)象。但是，在土壤中大量施用尿素，存在淋溶和隨水徑流現(xiàn)象，造成水體中氮素的硝酸化和富營養(yǎng)化而污染河流、水源等，長此以往會對生態(tài)環(huán)境造成極大影響。

草酰胺在水中的溶解度小，不易產(chǎn)生淋溶和水徑流現(xiàn)象，可大大減少對水體的污染，因而被稱為綠色環(huán)保型肥料。

3.7 肥料中氮素的“含金量”不同

目前市場條件下，尿素售價約2000元／t，草酰胺售價約3000元／t，草酰胺的市場價格是尿素的1.5倍，換算尿素和草酰胺中每氮素養(yǎng)分的價格分別為43.5元和96.8元，即草酰胺中每氮素養(yǎng)分的價格是尿素的2.2倍，換言之，草酰胺中氮素的“含金量”是尿素的2.2倍，草酰胺產(chǎn)品的產(chǎn)值和利潤核心也在于此。

3.8 肥料的定性不同

尿素常溫下溶于水，溶解度大，氮含量高，作物吸收時間短、肥效快，毋庸置疑可將其定性為高效速溶氮肥。但草酰胺屬于中濃度緩釋氮肥則值得進一步商榷。草酰胺中的氮含量約31%，按照GB／T23348—2009的要求，屬于中濃度肥料；但GB／T23348—2009適用范圍中，明確了該標準適用于氮肥、鉀肥、復(fù)混肥料、摻混肥料（BB肥）等產(chǎn)品的所有顆?；虿糠诸w粒經(jīng)特定工藝加工而成的緩釋肥料。也就是說，緩釋肥料應(yīng)具備“所有顆粒或部分顆粒肥料經(jīng)特定工藝加工而成”的條件，且GB／T23348—2009中要求產(chǎn)品粒度在1.00～4.75mm或3.35～5.60mm的應(yīng)占90%以上，因此，嚴格意義上講，顆粒狀的草酰胺可算作緩釋肥料，粉末狀的草酰胺則不能算作緩釋肥料。

4 研究與探討

4.1 延長尿素肥效期的可行性

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，采取深施肥、適時追肥、配方施肥等措施均可延長尿素的肥效期。在肥料制造過程中，也可通過制造成大顆粒、外包膜、添加脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑等途徑遏制氮素營養(yǎng)的釋放，提高尿素利用率，延長產(chǎn)品的肥效期。其中，最有效的辦法就是在尿素中添加脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑，將其制成長效、緩釋、高利用率的肥料新品種，即穩(wěn)定性肥料，也稱為長效尿素。

因長效尿素的肥效期長、氮素利用率高等優(yōu)勢明顯，為此國家專門出臺了《穩(wěn)定性肥料》（GB／T35113—2017）。該標準適用于添加脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑的含氮（含酰胺態(tài)氮或銨態(tài)氮）穩(wěn)定性肥料（含脲酶抑制劑的肥料必須含尿素），其中，定義穩(wěn)定性肥料為經(jīng)過一定工藝添加脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑，施入土壤后能通過脲酶抑制劑抑制尿素的水解，和（或）通過硝化抑制劑抑制銨態(tài)氮的硝化，使肥效期得到延長的一類含氮肥料（包括含氮的二元、三元或單質(zhì)氮肥）［6］。

通過添加脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑制成的穩(wěn)定性肥料，包括長效尿素等，其肥效期可延長1倍以上，達到110～130d，氮素利用率可提高約10個百分點，達到45%，對作物增產(chǎn)、農(nóng)民增收具有明顯的作用。

4.2 提高草酰胺緩釋性能的可行性

土壤中的脲酶、草酰胺的粒度和強度等，均是影響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；草酰胺顆粒強度越低，其溶解速度越快。粉末狀的草酰胺如同速效肥料，在土壤中溶解時間只比尿素多7d左右，和作物漫長的全生育期90～200d相比，這種差異幾乎可以忽略；并且，無論是在拆袋過程中還是在倒入農(nóng)具內(nèi)時，無論是追肥還是用作基肥，粉末狀的草酰胺均會隨風飄散，造成浪費和污染，從而增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。另外，國內(nèi)現(xiàn)有的化肥，無論是氮肥、磷肥、鉀肥，還是復(fù)合肥、混配肥、緩釋肥，均為顆粒狀（液體肥在國內(nèi)的普及度低，而滴灌、噴灌等水肥一體化設(shè)施所用化肥幾乎全為顆粒肥料），而無粉末狀，這是因為用戶（尤其是農(nóng)民）從骨子里就不接受粉狀肥料。因此，很有必要將粉末狀草酰胺加工成顆粒狀，這是一種趨勢，更有利于田間管理和提產(chǎn)增效。

土壤中，粉末狀草酰胺（粒度＜0.25mm）中酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮只需14d，若將其加工成粒度為2.00～3.00mm的顆粒施用，其中的酰胺態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮則可延長至70d以上，肥效期可達90～180d，一次性作為基肥施用可滿足大多數(shù)作物全生育期的氮素養(yǎng)分需求。

作物施用顆粒狀草酰胺后，前70d土壤中銨態(tài)氮含量低于同期施用的尿素，70d后則高于同期施用的尿素，且作物的生長高度和產(chǎn)量均高于施用尿素。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，一次性施用顆粒狀草酰胺即可達到穩(wěn)產(chǎn)增收的目的［7］。

當然，也可通過控制草酰胺在水中和土壤中的溶解速度，或抑制草酰胺與脲酶接觸，以減緩草酰胺的無機化進程，起到延緩草酰胺肥效釋放過程的作用。增大顆粒直徑、提高顆粒強度，是控制草酰胺向水中和土壤中溶出的最佳途徑；在將粉末狀草酰胺加工成顆粒狀的過程中，借鑒穩(wěn)定性肥料的加工經(jīng)驗，在草酰胺中適量添加脲酶抑制劑，可收到更好的緩釋效果。

4.3 提高草酰胺緩釋肥料性價比的可行性

草酰胺作為緩釋肥料早已被農(nóng)業(yè)專家認可，但其昂貴的價格和緩釋性能要被用戶接受，尚需一個漫長的過程。筆者認為，用戶首選草酰胺作為農(nóng)田肥料，至少在20a以后。當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中草酰胺基本上沒有市場，要讓用戶接受，就得先和尿素對標施用，看哪種肥料的增產(chǎn)效果好。

小麥、玉米、水稻這三大糧食作物的大田試驗均表明，與尿素相比，一次性施用同等氮量的草酰胺可明顯提高糧食產(chǎn)量；減少施用30%氮量的草酰胺，這三大糧食作物可不減產(chǎn)甚至還略有增產(chǎn)，這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）。換言之，相較于尿素而言，草酰胺減少施用30%的氮量，照樣可達到與施用尿素相比產(chǎn)量持平或略有增產(chǎn)的目的。按此大田試驗結(jié)果測算，以尿素、草酰胺市場價格為2000元／t和3000元／t計，若一次性施用尿素量100t價值20萬元，折標氮量為46t，減少施用量30%后的氮量為32.2t，換算成草酰胺的實物量則為103.9t價值31.2萬元，也就是說，同樣的作物產(chǎn)量下，施用草酰胺較尿素少消耗氮量13.8t但成本增高11.2萬元，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，但用戶的生產(chǎn)成本增高了。

從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度而言，不施用尿素而全施用草酰胺（尿素∶草酰胺＝0∶1）是作物增產(chǎn)的最佳比例；而從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本考慮，尿素∶草酰胺＝1∶1則是作物增產(chǎn)最經(jīng)濟實惠的比例。以一次性施用尿素量為100t價值20萬元作為比較對象，采用尿素∶草酰胺＝1∶1的比例施用，50t尿素價值10萬元、50t草酰胺價值15萬元，共計生產(chǎn)成本25萬元，相較于尿素∶草酰胺＝0∶1的施用比例，肥料成本增加25%。

尿素中氮素利用率僅約35%，而草酰胺中氮素利用率高達65% ～80%，是尿素的2倍多。比如，一次性施用尿素量為100t價值20萬元，尿素中氮含量以46%計，氮素利用率為35%時可利用的標氮量為16.1t；以草酰胺中氮含量為31%、氮素利用率為70%計，換算成草酰胺的實物量為74.2t價值22.26萬元，較施用尿素成本增加11.3%［8］。

綜上，無論是采取減氮施用還是摻配施用，只要施用草酰胺，作物用肥成本均會增加，如果增產(chǎn)帶來的收益不大于25%，用戶是不會接受草酰胺的。當然了，還有一種辦法可緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和收益之間的矛盾，即草酰胺與尿素的售價基本持平，也是2000元／t，折算為每氮素養(yǎng)分的價格為64.5元（較尿素每氮素養(yǎng)分的價格高21.0元），才能達到增產(chǎn)而不過多增加成本的效果，這樣農(nóng)民才有可能接受草酰胺這種肥料，這也是未來草酰胺市場的正常利潤點。

5 結(jié)論與建議

（1）草酰胺與尿素的相似性主要包括：同為氮肥，屬于作物所需的第一大氮素營養(yǎng)；同含酰胺態(tài)氮，氮素化合物以NH2分子態(tài)存在于其中；同樣的作物吸收原理，即在土壤中脲酶的作用下，酰胺態(tài)氮先轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮進入作物體內(nèi)，再經(jīng)過光合作用后變成氨基酸被作物吸收利用而促進生長；同樣的食品安全性，兩種肥料在土壤中都不會殘留任何有害物質(zhì)，長期施用對作物無不良影響，對食品安全不構(gòu)成任何威脅。

（2）草酰胺與尿素的差異性主要表現(xiàn)在水中溶解度、肥效期、板結(jié)性能、氮素利用率、氮素“含金量”、水污染程度、肥料定性等八個方面，與尿素的這些不同點恰恰是草酰胺肥料的優(yōu)點，即草酰胺具有微溶于水、不易板結(jié)、肥效期長、不易隨水流失、不會污染環(huán)境、氮素利用率高等優(yōu)點，顆粒狀草酰胺可基本定性為中濃度緩釋氮肥，是氮素“含金量”最高的肥料。

（3）尿素是一種高效速溶氮肥，為延長其氮素釋放時間，提高其氮素利用率，最有效的方法是將其制成穩(wěn)定性肥料——在尿素中添加脲酶抑制劑和（或）硝化抑制劑，即制成長效尿素，目前此項技術(shù)已很成熟。

（4）粉末狀的草酰胺如同速效肥料，將其加工成顆粒狀肥料一次性作為基肥施用可滿足大多數(shù)作物全生育期的氮素養(yǎng)分需求，建議在草酰胺項目設(shè)計時，將產(chǎn)品定位為粉末狀和顆粒狀兩種規(guī)格，以滿足市場需求，獲得最大的利潤空間。

（5）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量的田間試驗表明，施用草酰胺可提高氮素利用率，實現(xiàn)增產(chǎn)增收的目標，且草酰胺即使減氮30%施用，仍能起到不減產(chǎn)甚至稍有增產(chǎn)的作用；或按照尿素∶草酰胺＝1∶1摻配施用，達到最經(jīng)濟實惠的效果。但據(jù)現(xiàn)階段尿素和草酰胺的市場價格測算，只要施用草酰胺，均會增加作物用肥成本，筆者預(yù)測，未來草酰胺的售價降至2000元／t時，用戶方可實現(xiàn)增產(chǎn)增收而不增加成本的預(yù)期，草酰胺才能得到用戶的認可和接受。

（6）草酰胺是一種新型環(huán)境友好型緩釋肥料，是名副其實的綠色化肥，其優(yōu)勢多多，但因草酰胺的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，目前尚無大型工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)裝置，只有某公司的1000t／a草酰胺裝置在試生產(chǎn)，故建議我國加大草酰胺的研發(fā)和制造力度，大力推廣和建設(shè)年產(chǎn)百萬噸級以上的草酰胺項目，以提高其產(chǎn)能規(guī)模、降低其生產(chǎn)成本，進一步替代高效速溶尿素。

（7）草酰胺只是氮肥，只含有單一的氮素養(yǎng)分，盡管與尿素的農(nóng)用功效存在明顯差別，占有明顯優(yōu)勢，但未來相當長一段時間內(nèi)其在價格上尚無任何競爭力，難以獲得用戶的認可和接受，因此建議加大新的下游產(chǎn)品的開發(fā)，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是包含氮、磷、鉀三種主要養(yǎng)分并適應(yīng)作物不同配方的復(fù)合型緩釋肥料，打造優(yōu)質(zhì)高端的緩釋肥料，以利有效打開市場銷路，更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［9］。