缓释肥料
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2023年3月18日发(作者：项目报告模板)第三届国际缓释肥料产业发展（汉枫）论坛
脲甲醛缓释肥料技术及应用
汉枫缓释肥料有限公司吕罢峰
摘要：脲甲醛（ＵＦ）为合成有机微溶缓释肥料，由尿素和甲醛缩合制成。本文主要介绍了
脲甲醛（ＵＦ）的发展历史、定义性质、生产原理及工艺，以及脲甲醛（ＵＦ）缓释肥料的作用
机理、质量评价。
关键词：脲甲醛（ＵＦ），生产及工艺，作用机理，质量评价
１．脲甲醛缓释肥料的发展历史
脲甲醛（ＵｒｅａＦｏｒｍ，ＵＦ）为合成有机微溶性缓释氮肥，由尿素和甲醛在一
定的反应条件下缩合而成，包含亚甲基二脲、二亚甲三脲、三亚甲基四脲、四亚
甲基五脲、五亚甲基六脲等缩合物，靠土壤微生物分解释放氮素。肥效时间长短
取决于组分分子链长短，分子链长的缩合物氮肥效期长，肥效期可通过调节反应
条件人为调控。
１９２４年，脲甲醛作为化学品取得第一个专利；
１９４６年，发现尿素与甲醛的缩合物一甲醛脲可以降低释氨速度，并具有良
好的肥效；
１９４７年，脲甲醛肥料获得专利；
１９５５年，美国开始固体脲甲醛（ＵＦ）商品化生产，作为缓释肥料运用于农
业生产，同年美国农业化学工作者协会（ＡＯＡＣ）颁布了检定方法：
１９６５年，美国联合化学公司（ＡｌｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌｓ）用脲甲醛树脂包覆氮肥
颗粒，发现其有抗御淋溶的特性；
１９６６年，美国杜邦公司（ＤｕＰｏｎｔ）用甲醛气体与尿素粒肥在酸性催化剂作
用下反应，制造缓释脲甲醛包膜尿素，在工艺上较传统脲醛缓释尿素有一定的
优越性；
２０世纪７０年代，脲甲醛缩合物包膜肥产业发展，Ｎｉｔｒｏｆｏｒｍ、Ｎｕｔｒａｌｅｎｅ、
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Ｔｒｉａｆｏｒｍ被注册并生产；
２０世纪８０年代，尿素一醛类缩合物缓释肥料产业化生产和推广应用，主要
应用于非农经济作物；
１９８４年，前苏联利用Ｋ：Ｓ０。与Ｕ／Ｆ＝３的脲甲醛肥料生产脲醛复混肥料
（Ｋ２０：Ｎ＝Ｉ），可改善沙土地的保水性；
２０世纪９０年代以后，尿素一醛类缩合物缓释肥料及其缓释机理研究。
美国、欧洲、日本及苏联等国商品化脲醛肥料生产较早，脲甲醛肥料是世界
上最早商品化的缓释肥肥料，也是最主要的缓释肥料品种，占缓释肥料总量一半
以上。
２．脲甲醛缓释肥料的定义及性质
脲甲醛（ＵｒｅａＦｏｒｍ，ＵＦ）是尿素与甲醛在一定条件下反应生成具有不同缩
合程度的亚甲基脲的组合物，反应条件不同，产物不同。
根据美国植物养分稽察协会（ＡＡＰＦＣＯ）规定：脲甲醛产品中所含的冷水不溶
性氮至少为总氮含量的６０％，而且其活性指数（ＡＩ）不低于４０％。并对多种脲甲
醛肥料进行定义。
Ｎ－２５脲甲醛类产品（微溶性）：尿素与甲醛的反应物，含氮不少于３５９６，大
部分是不溶性的但为缓释有效形态。它的总氮中应有一定量脲甲醛氮（例如２０％
脲甲醛氮），水不溶性氮（ＡｏＡＣ９４５．０１测定）应不少于总氮的６０９６，水不溶性氮
的活性指数应该（１）用ＡＯＡＣ脲甲醛产品国际方法（９９５．０５）测定，不小于４０％；
（２）用ＡＯＡＣ碱性高锰酸盐国际方法（９２０．０７）测定，不小于５０％或ＡＯＡＣ中性
高锰酸盐国际方法（９２０．０６），不小于８０％。
Ｎ一２８脲甲醛类产品（水溶性）：尿素与甲醛的反应物，含有氮不小于３０％，
大部分是水溶性的，也存在少量缓释有效氮。反应产物含有不多于５５％的未反应
尿素，其他的尿素应是缓释甲基尿素ＭＤＵ和ＤＭＴＵ。
Ｎ－２９亚甲基二脲（∞ｕ）是由１分子甲醛与２分子尿素反应生成的水溶性缩
合物。它含有不少于４２％氮，是缓释有效氮的来源。
１蹈
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Ｎ－３０二甲基三脲（ＤＭＴＵ）是由２分子甲醛与３分子尿素反应生成的水溶性
缩合物。含氮不少于４１％氮，是缓释有效氮的来源。
欧洲ＲＥＧＵＬＡＴＩＯＮ（ＥＣ）Ｎ０２００３／２００３对脲甲醛的定义：尿素和甲醛反应，包
含不同聚合程度的脲甲醛组合物。
脲甲醛根据反应过程可以是液体和固体，液体又分为澄清液体和悬浮液体；
固体为粉状、片状或颗粒状，白色、无味，在通常条件下易保存、不吸湿。产品
有液体、粉状、片状和粒状。脲甲醛（ＵＦ）缓释肥料是不同链长的甲基脲聚合
物（聚甲基脲），固体含氮３６－４２％，其通式为ＮＨ２ＣＯ（ＮＨＣＨ２ＮＨＣＯ）ｎＮＨ２，式
中ｎ为１．－一８。由于脲甲醛（ＵＦ）缓释肥料是不同链长聚甲基脲的混合物，而具
有不同的水溶性，即不同的缓释性和肥效期。
因为脲甲醛（ＵＦ）是不同缩合程度（链长）聚甲基脲的混合物，具有不同的
水溶性氮含量，肥效期不同，以满足不同作物的需要。
不同缩合程度的含氮量和溶解度见表１。
表１：不同缩合程度的脲甲醛缩合物含氮量和溶解度
脲甲醛（ＵＦ）中水不溶部分，其氮素释放是通过微生物的降解而进行的。
土壤的湿度、温度、ｐＨ值、养分含量以及影响微生物活性的其他条件都直接影
响氮的释放速率和效果。
３．脲甲醛缓释肥料生产及工艺
３．１脲甲醛缓释肥料的生产原理
尿素和甲醛在碱性条件下发生加成反应，生成羟甲基脲，再经过酸性条件发
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生聚合反应，生成甲基脲和聚甲基脲，即为脲甲醛（ＵＦ）。因尿素与甲醛原料配
比ｕ原摩尔比不同，以及ｐＨ值、温度和反应时间等反应条件的不同，可生产出
不同链长的聚甲基脲的混合物，其通式为ＮＨ２ＣＯ（ＮＨＣＨＥＮＨＣＯ）ｎＮＨ２，式中１１
在ｌ一８之间。
原料Ｕ／Ｆ摩尔比和反应条件（ｐＨ值、温度、反应时间）是决定生成不同链
长聚合物分布的重要因素。一般较高的Ｕ／Ｆ生成较短链的聚合物分布，反之较低
的Ｕ／Ｆ生成较长链的聚合物分布。Ｕ／Ｆ和反应条件也将影响到产物的分子量、溶
解度、肥效期等缓释肥的主要性质。当Ｕ／Ｆ大于２时，生成全水溶性产品；当
Ｕ／Ｆ小于ｌ时，生成全不溶于水的产品（塑料、粘合剂等）；当Ｕ／Ｆ在１～２（或
１．２．－一１．４）时，生成部分或大部分不溶于水的产品（脲甲醛肥料）。
３．２脲甲醛缓释肥料的生产工艺
脲甲醛（ＵＦ）缓释肥料生产方法有稀溶液法和浓溶液法两种。所谓稀溶液
法，即尿素和甲醛以稀溶液形式反应，生成聚甲基脲悬浮液，经固液分离，再干
燥、粉碎制成产品，母液循环使用。特点是产品质量好，但成本较高。浓溶液法
是尿素和甲醛以浓溶液反应，反应中间产物不经固液分离而直接加入催化剂（固
化剂），固化为产品。其特点是该方法可连续操作，生产成本较低，但产品中尿
素含量较高。生产工艺流程见图１。
稀溶液法：
催化剂军霎一加ｑ
一缩合
一过滤
＿造粒、干燥＿成品
浓溶液法：
催化剂荤妻一力Ⅱ成
一缩合一龇干燥一成品
图１脲甲醛生产工艺流程
４．脲甲醛缓释肥料作用机理及质量评价
４．１脲甲醛缓释肥料作用机理
脲甲醛不同于其它肥料，该肥料生物有效性取决于土壤微生物作用，在土壤
微生物的作用下逐步分解并释放氮。在整个生长季节脲甲醛可以为土壤微生物提
供碳源（能量）和氮源（营养），持续平稳的向土壤释放氮营养。脲甲醛碳氮比
接近１：ｌ，可为微生物活动提供理想的平衡营养物质和能量来源，并有效增强
微生物活性、增加微生物数量，促进腐殖化，甚至在一些微生物数量较少的地区，
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如沙地。微生物的大量繁殖将有机物质分解为腐殖质，这样能改善土壤的整体情
况和提高土壤持水率。微生物也能通过形成聚合物来改善土壤的物理性质，调节
水气，并活化其它养分。
微生物主要由细菌、真菌、放线菌组成，促进植物生长的温度和水分条件也
有利于微生物活动，这样使得脲甲醛中有效氮释放与植物需要很接近，当植物需
要时就会释放适量的氮，只有小部分氮流失到空气和水中。微生物本身可以将尿
素氮转化为硝态氮，这与植物需求是一致的。每种植物，如棕榈树还是黑麦草都
有适宜的生长温度。温度过高或过低，植物的新陈代谢都会减弱，这时候植物的
养分需求就会下降，如果氮肥释放时植物不利用，那氮肥就浪费了。脲甲醛如果
没有被微生物转化成硝酸盐，只能留在土壤表面。ｊ｜Ｉｊ：Ｉ｝Ｉ醛不溶于水，所以也不易
淋失。随着时间的推移，会形成贮备氮，当条件有利于植物生长时植物就能被再
次利用。脲甲醛分解转化如图２。
图２脲甲醛分解转化
４．２脲甲醛缓释肥料质量评价
现在国际上采用一种标准的化学分析方法，通过评价脲甲醛在冷水、热水中
的溶解度来表征它的释放时间。具体以总氮（Ｔｏｔａｌ
Ｎｉｔｒｏｇｅｎ）、未反应的尿素（ｕｒｅａ
ｆｒｅｅｏｒ
ｕｎｒｅａｃｔｅｄｕｒｅａ）、冷水溶解氮（ＣＷＳＮ）、冷水不溶氮（ＣＷＩＮ）、热水溶
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解氮（ＨｗＳＮ）、热水不溶氮（Ｈ１Ｍ［Ｎ）和冷水不溶而热水能溶性氮（ＷＩＮ．ＨＷＩＮ）
（见图３）及ＡＩ表示。
冷水溶解氮（ＣＷＳＮ）和冷水不溶（ＣＷＩＮ）是在２５℃溶解或不溶解的
氮数量。
热水溶解氮（ＨＷＳＮ）和热水溶解氮（ＨＷＩＮ）是在１００＂Ｃ溶解或不溶解
氮的数量。
图３脲甲醛（ＵＦ）不同水溶性氮的关系
脲甲醛可分成４部分组成，一是尿素Ｕｒｅａ：没有反应的尿素，在几天内矿
化：二是冷水溶解氮ＣＷＳＮ：在冷水中溶解的氮，在几周内矿化；三是热水溶
解氮ＨＷＳＮ：在热水中溶解的氮，在几个月内矿化；四是热水不溶氮ＨＷＩＮ：
在热水中不溶解的氮，矿化时间从几个月甚至到几年。
活性指数（Ａｃｔｉｖｉｔｙ
Ｉｎｄｅｘ，ＡＩ）是表征脲甲醛氮素有效性的一个指标，具体
如下：
觥撇ｃ酬％，＝鲨盟鼍罴意絮产业型Ⅷ。
ＡＩ＞６０％，释放时间２－４个月
３０％＜ＡＩ＜６０％释放时间６．８个月
ＡＩ＜３０％释放时间１２个月以上
一般ＡＩ以５０％～６０％（４０％～７０％）较适宜，保证氮素既有一定的缓释性
能，又在条件（如温度）改变时能有较多的氮溶出。
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４．３各国关于脲甲醛产品标准规定
４．３．１欧洲肥料法律
（固体肥料）一复混肥料一单－ｎＰ，料一氮肥一脲甲醛
·总氮＞３６％．
·热水溶解氮（ＨＷＳＮ）＞一总氮Ｘ
３／５
·脲甲醛氮≥３１％
·尿素氮≤５％
·必须标明总氮、尿素氮、冷水溶解氮、仅热水溶解氮的含量。
（固体肥料）一复混肥料一单－－）ＪＰ，料一氮肥一含有脲甲醛的氮肥
·总氮＞１８％
·硝态和或氨态和或尿素态氮≥３％
·脲甲醛≥总氮ｘ１１３
·热水溶解氮≥脲甲醛氮Ｘ３／５
·缩二脲≤（尿素氮＋ＭＵ氮）ｘ０．０２６
·必须标明：氮的形态及总氮、ＭＵ氮、冷水溶解氮、仅热水溶解氮的含量。
（固体肥料）一复混肥料一复合肥料一含有脲甲醛的ＮＰ、ＮＫ、ＮＰＫ
·脲甲醛氮≥总氮×１／３
·热水溶解氮≥脲甲醛氮×３／５
·必须标明：氮的形态及总氮、ＭＵ氮、冷水溶解氮、仅热水溶解氮的含量。
注：ＭＵ（Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ
Ｕｒｅａ），亚甲基脲；仅热水溶解氮为冷水不溶而热水能
溶解氮（ＷＩＮ．ＨＷｌＮ）。
美国植物营养稽查协会ＡＡＰＦＣＯ规定：
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总氮（ＴＮ）＞３４％
冷水不溶性氮（ＣＷＩＮ）／总氮（ＴＮ）大于６０％
活性指数（ＡＩ）大于４０％
４．３．２中国脲醛缓释肥料行业标准：
２００８年６月４日国家发改委下达了“关于印发２００８年行业标准计划的通知（发
改办工业［２００８１１２４２号）’’中化工行业第１３１号，由国家化肥质量监督检验中心
（上海）、汉枫缓释肥料有限公司、中国农业大学共同承担《脲醛缓释肥料》化
工行业标准的制定任务，完成时间２００９年。
该标准规定了脲醛缓释肥料的要求、试验方法、检验规则、标识、包装、运
输和贮存。适用于由尿素和醛类在一定条件下反应制得的合成有机微溶性氮缓释
肥料，主要的品种有脲甲醛（ＵＦ／ＭＵ）、异丁叉二脲（ＩＢＤＵ）和丁烯叉二脲（ＣＤＵ）。
该标准也适用于含有脲醛缓释肥料的复混肥料或掺混肥料。
５．结语
脲醛缓释肥料由于其良好的缓释性和物理性，制成颗粒状（１０－２０目）和粉
状（１００－６０目）产品，加工配置成掺混肥、团粒肥和液体肥供施用。延长释放
养分、增强土壤微生物活性、改善肥料物理性状。是非常有潜力的缓释肥料品种，
对于促进我国氮肥产业升级，缓解能源、环境压力具有深远的现实意义。
由于这种产品所表现出的高养分利用率和对环境保护的重要性，其需求量和
生产量逐年增加，美国、西欧和日本都已进行工业化生产并销售至国际市场。国
内脲甲醛及含有脲甲醛的复混肥料（复合肥料）年生产能力在百万吨以上，主要
面向市场为高尔夫草坪、园艺、蔬菜、大田。
行业标准制定实施，对规范该产品的生产、销售和质量监督，引导行业健康
发展将起到十分重要的作用，在不增加大量投资的情况下，将现有的肥料利用率
明显提高，经济效益、生态效益都比较显著，市场前景广阔。
作者简介：吕云峰（１９７９－），男，籍贯辽宁大连，从事缓释肥料研发、生产、推
广及市场研究工作，现任汉枫缓释肥料有限公司副总经理、研发中心主任。