陈全德，王 涛，余永德

(四川泸天化股份有限公司 四川泸州 646300)

尿素是我国化学氮肥的主要品种，约占氮肥消费总量的65%。尿素因活性强、损失途径多，所以利用率较低。国内外大量研究表明，未被作物利用的氮肥基本上不能在土壤中直接残留。我国农田氮肥的利用率在30%左右，明显低于发达国家50%～60%的水平，每年通过挥发、淋洗和径流等途径损失的尿素高达20 000 kt以上，不仅浪费大量能源，而且对环境也造成极大的威胁，如何提高氮肥利用率成为亟待解决的问题[1]。

针对尿素在实际应用过程中存在的诸多问题，国内许多科研机构、生产企业已投入大量的资源研究、开发、生产尿素增效剂和新型尿素，并取得了可喜的成果。

1 新型尿素分类

新型尿素是在基本不改变当前尿素生产工艺的基础上，通过增加简单的设备，向尿液中直接添加增效剂或在尿素颗粒外表面喷涂增效剂后得到的尿素产品。新型尿素主要可以分为缓释尿素、稳定性尿素、聚合氨基酸尿素、含微量元素尿素和增值尿素等五大类。

1.1 缓释尿素

缓释尿素最大的特点是力求做到养分释放与作物对养分的吸收同步，简化施肥技术，实现一次性施肥满足作物整个生长期的需要，肥料损失少，提高了氮素利用率，对环境友好。缓释尿素主要是包膜尿素，即在尿素外表面包裹一层或多层渗透扩散阻滞层来缓解和控制尿素溶解释放。其包膜材料分为无机物和有机物两类，无机类包膜材料有硫黄、硅酸盐、磷矿粉、石膏、钙镁磷酸盐、膨润土等；有机类包膜材料有属于天然高分子聚合物类的天然橡胶、纤维素、木质素、淀粉、甲壳素等，也有人工合成的树脂、表面活性剂等。市场上常见的包膜尿素有硫包衣尿素、树脂包膜尿素、聚氨酯包膜尿素、植物油包膜尿素、聚乳酸包膜尿素等。杨天悦[2]、李玉等[3]研究表明，包膜尿素在降低尿素淋溶损失、提高氮肥利用率、保证土壤有效氮持续供应等方面有良好的效果。但包膜尿素存在以下几个问题：①制孔技术还不成熟；②营养释放与作物吸收不能完全同步；③容易给土壤带来污染；④成本较高，产业化难度大。

1.2 稳定性尿素

稳定性尿素是通过一定工艺，在尿素造粒过程中加入一定剂量的脲酶抑制剂、硝化抑制剂或二者的组合剂生产的新型尿素。抑制剂可以缓解尿素水解，控制硝态氮的形成，使氮养分在土壤中保持更长的时间，提高有效性。脲酶抑制剂是指能够抑制土壤中脲酶活性，延缓尿素水解的一类化学制剂。脲酶是土壤中能催化尿素水解的专一性水解酶，脲酶抑制剂控制尿素水解的机理主要体现在两个方面，一是巯基的氧化降低脲酶活性，二是争夺配位体降低脲酶活性。目前常用的脲酶抑制剂为有机化合物类，主要为氢醌(HQ)、正丁基硫代磷酸三胺(NBPT)、苯基磷酰二胺(PPDA)、硫脲等。硝化抑制剂是指一类能够抑制铵态氮转化为硝态氮的生物转化过程的化学物质。硝化抑制剂通过减少硝态氮在土壤中的生成和累积，从而减少氮肥以硝态氮形式的损失及对生态环境的影响。目前工业化生产的硝化抑制剂主要有2-氯-6-(三氯甲基)吡啶(又称氮吡啶，CP)、双氰胺(DCD)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)，此外还有脒基硫脲(ASU)、2-甲基-4,6-双(三氯甲苯)均三嗪(MDCT)、2-磺胺噻唑(ST)等[4-6]。王静等[7]、张素萍等[8]、杨焕焕等[9]使用稳定性尿素分别对水稻、玉米、小麦开展田间试验，结果表明稳定性尿素能有效提高氮素的利用率，延长肥效期，省时省工，节肥增产；对环境友好，可有效减轻因施肥造成的环境污染。但稳定性尿素生产工艺相对复杂，存在相应的技术难点，特别是脲酶抑制剂和硝化抑制剂添加工艺，目前只有德国巴斯夫公司和美国科氏工业集团拥有成熟的添加工艺，加入的脲酶抑制剂和硝化抑制剂在熔融尿液中不分解，能保持活性。添加脲酶抑制剂和硝化抑制剂的稳定性尿素在欧美应用广泛，但在国内因工艺和成本原因还没有得到很好的推广应用。

1.3 聚合氨基酸尿素

聚合氨基酸尿素是在传统尿素的基础上，添加聚合氨基酸增效剂生产的新型尿素，目前主要有聚谷氨酸尿素和聚天冬氨酸尿素(又称多肽尿素)2种。聚合氨基酸高分子化合物能起到离子泵的作用，能强化作物对氮、磷、钾及微量元素的吸收。聚谷氨酸是生物发酵获得的物质，聚天冬氨酸可以通过生物发酵和人工仿生合成获得，这2种聚合氨基酸都具有长链蛋白质和阴离子表面活性剂等特性，可促进植物的新陈代谢，增强植物抗性；对作物所需营养成分具有极强的螯合功能和催化作用；不但能促进作物对尿素的全面吸收，提高氮肥利用率，还能富集土壤中氮、磷、钾及微量元素供植物吸收利用，进而提高作物品质和产量。曹国强等[10]、高山等[11]、揣峻峰等[12-13]研究了聚谷氨酸尿素在大豆、水稻、小油菜上的施用效果，结果表明聚谷氨酸尿素能提高氮素的利用率，促进作物对除氮外的其他营养元素的吸收和利用，能增产增效。陈秉翼[14]、徐嘉翼等[15]、倪承凡等[16]、唐会会等[17]、王娜等[18]研究了聚天冬氨酸/盐尿素在水稻、玉米上的施用效果，结果显示聚谷氨酸/盐尿素能有效提高氮素的利用率，减少氮素流失，提高产量，同时还能增强水稻、玉米的抗逆能力。

1.4 含微量元素尿素

含微量元素尿素是在传统尿素基础上添加植物所需的微量营养元素，如锌、硼、铜、铁、锰、钼等而生产的一类新型尿素。微量元素虽然含量很低，但由于其参与植物体内的生理生化过程，因此在植物的生长发育过程中起着至关重要的作用。国内外许多研究表明，微量元素在提高氮肥利用率上有重要作用。陈永利[19]、李翀[20]、鲁荣海等[21]、陈登康等[22]的研究表明，含微量元素的尿素具有以下特点：①含多种养分元素，可减轻作物缺素症；②微量元素与尿素协同增效，可提高氮肥的利用率；③促进作物酶、蛋白质的合成，增强光合作用、新陈代谢等生理功能，从而促进作物的生长发育；④增强作物抗旱、抗寒、抗盐碱、抗倒伏、抗病虫害等能力，可提升农产品产量和品质；⑤微量元素随追肥进入，可减少施肥次数，省工省时。含微量元素肥料不仅能促进作物生长，提高产量，还能改善果蔬、谷物品质，增加微量元素含量，进而提高人体膳食必需的微量元素摄入量，改善人体营养状况[23-24]。目前市场上常见的含微量元素的新型尿素有含锌尿素、含锰尿素、含锌硼尿素等。

1.5 增值尿素

增值尿素是在传统尿素的基础上，添加腐殖酸、黄腐酸、海藻酸、核糖核苷酸、壳寡糖以及生物菌等增效剂而生产的新型尿素。通过活性增效载体与传统尿素的科学配伍，实现对“氮肥-作物-土壤”的综合调控，更大幅度地提高氮肥利用率。大量研究表明[25-29]，添加活性增效载体的新型尿素具有以下功能特点：①促进土壤团聚体形成，改良土壤结构，增强通透性；②降低表土含盐量；③增加土壤有机质和有益微生物菌群；④抑制土壤中脲酶活性，减缓尿素转化，减少氮素损失，长效补充营养，提高氮肥利用率；⑤调动作物根系主动吸收养分的能力，促进根系生长发育，增强作物对氮、磷、钾及中微量元素的全面吸收；⑥活化土壤中的磷素及中微量元素，补充农作物生长过程中对营养元素的需求，促进作物生长，提高作物产量；⑦增强作物抗病、抗旱、抗寒能力，改善农产品品质。

2 新型尿素生产工艺

在基本不改变尿素生产工艺的基础上，对现有尿素生产装置进行少量改造，即可实现新型尿素的生产。现有的新型尿素生产工艺主要有以下3种。

(1)向熔融尿液中添加一定比例的增效剂，再通过喷头旋转造粒。增效剂的添加方式有两种，一是通过进料泵加到尿素蒸发系统的一段与二段蒸发器之间的U形管处，二是加到二段蒸发器后、造粒之前的管道中。第1种添加方式的优点是配置的增效剂添加管线短，投资少，生产的新型尿素水分含量相对较低，不易板结；缺点是会将杂质带入系统，导致排水指标超标，造成设备腐蚀，缩短设备使用寿命。第2种添加方式的优点是增效剂没有进入尿素生产装置的真空系统，对设备影响小；增效剂与高温尿液接触时间短，结构不易被破坏，更能保证其完整性和活性。第2种添加方式的缺点是配置的增效剂添加管线长，生产的新型尿素水分含量相对较高。采用此工艺需要添加增效剂配制罐、储罐、输送泵及添加管线等。

(2)在尿素造粒后采用喷涂包膜的方式生产新型尿素。除了缓释尿素中的包膜尿素采用此工艺外，一般在熔融尿液中不稳定，容易在高温碱性条件下变性失活的含菌、酶的增效剂也采用此生产工艺。此工艺需要添加增效剂配制罐、储罐、输送泵、添加管线和喷涂包膜设备等。

(3)采用颗粒尿素或粉状尿素与固体增效剂混合均匀后再挤压造粒。

目前绝大多数企业都是采用第1种工艺生产新型尿素，而且增效剂主要在一段与二段蒸发器之间的U形管处添加。

3 新型尿素的发展及存在的问题

我国新型尿素的发展在2000年左右开始起步，但当时发展缓慢，产品品种较少，生产企业也少，市场推广难，其效果有待验证。2015年2月17日原农业部发布了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，新型尿素由此受到了广泛的关注，有更多的科研院所和企业投入到新型尿素的开发和生产中，新型尿素迎来了快速发展期。经过2年的发展，新型尿素得到了用户的认可，产量逐年增长，根据相关数据统计，2017—2020年新型尿素产量分别约为2 030、2 230、2 290、2 600 kt；同时新型尿素生产企业也逐年增多，品种越来越丰富，发展趋势良好。但新型尿素在发展中也存在以下几个方面的问题。

(1)新型尿素产量虽然在逐年递增，但增长幅度较小，说明推广力度不足。

(2)个别厂商热衷于炒作概念而轻质量，甚至制假、售假，打着“新型尿素”旗号坑农害农；业内竞争激烈，存在相互贬低、打压等现象。这些现象严重影响了新型尿素的口碑，阻碍了新型尿素的推广。

(3)部分新型尿素产品生产成本较高，性价比不高，用户无法接受，推广困难。

(4)我国在增效剂的基础研究和复配技术的应用研究方面与欧美国家相比还有较大差距，新型增效剂及增效剂复配添加技术急需突破，增效剂的增效机理及使用量、安全性等的研究还需持续加强。

(5)目前不同的新型尿素主要以颜色区分，如“黄尿素”“绿尿素”“蓝尿素”“黑尿素”等。实际推广应用时应重视农用效果，因为添加色素对作物和土壤是无益的，如果是工业级色素反而会污染土壤。另外添加色素会增加生产成本，加重用户负担。禁止添加色素是必然趋势，因此在推广新型尿素时应有意识地引导经销商、用户树立“去颜色”的观念。

(6)目前除腐殖酸尿素、海藻酸尿素有行业标准，多肽尿素、聚谷氨酸尿素有地方标准外，绝大多数新型尿素都没有国家标准、行业标准或地方标准，造成市面上新型尿素的质量良莠不齐，希望相关职能部门和行业协会加强对新型尿素的监管。

4 应用前景

众所周知，氮肥产品中尿素活性强，损失途径多，同质化严重，肥效单一。高等院校、科研机构开展的氮肥增效研究大多数都是针对普通尿素产品，通过研究增效载体、控失技术、稳定性技术助力氮肥全面改性、增效。实践表明，通过添加生物活性增效载体、实施施肥量精准化等手段，可大幅提升氮肥产品的性能与功效。随着“优先发展农业农村，全面推进乡村振兴”政策的落地和农业供给侧改革的推进，绿色高效是农资行业未来转型升级的主要方向，增值肥料将对我国化肥减施增效、绿色增产做出重要贡献。在国家政策的引导下，随着增效技术的突破与进步，新型尿素产业将会更加科学化和规范化。