蒋高明：化肥起源、化肥利用效率与化肥污染

　　一、化肥的诞生

　　化肥是化学肥料的简称，特指化学方法制成的能满足农作物生长需要营养元素的肥料。只含有一种营养元素的化肥称为单元肥料，如氮肥、磷肥、钾肥等;含有氮、磷、钾三种营养元素中的两种或三种且可标明其含量的化肥，称为复合肥料或混合肥料。化肥的主要指标是品位，是化肥产品中有效营养元素或其氧化物的含量百分率，如氮、磷、钾、钙、钠、锰、硫、硼、铜、铁、钼、锌的百分含量。由于被籽粒带走的营养成分不能归还土壤，土壤中一些营养元素尤其是氮元素通常不能满足下茬作物生长的需求，人类就用含氮、磷、钾的化学物质来补足。一般地，化肥大多为无机化合物，但尿素[CO(NH2)2]却为有机化合物。

　　以中国为主的农业传统大国，农民都是将粪肥当作主要肥料的，这类肥料虽收集和使用困难，但对土壤具有重要的呵护作用。中国历史上虽有利用矿物肥的记录，但并没有发明出化肥来。进入18世纪以后，欧洲爆发了工业革命，大量人口涌入城市，大部分人口脱离了耕地，加剧了粮食供应紧张，并成为社会动荡的一个起因。提高粮食产量，满足不断增长的人口尤其城市人口需求，就变成了人类社会第一要务。化肥应运而生，其简要历史如下：

　　1828年，德国化学家维勒(Wöhler，1800-1882)首次用人工方法合成了尿素。按当时化学界流行的“活力论”观点，尿素等有机物中含有某种生命力，是不可能人工合成的，维勒的研究打破了无机物与有机物之间的界限。但当时人们尚未认识到尿素的肥料用途。直到50多年后，合成尿素才作为化肥应用到农业生产上来。

　　1838年，英国乡绅劳斯(Ross)用硫酸处理磷矿石制成磷肥，成为世界上首例化肥(尿素虽发明在前，但应用较晚)。

　　1840年，德国著名化学家李比希出版了《化学在农业及生理学上的应用》一书，创立了植物矿物质营养学说。李比希认为只有矿物质才是绿色植物唯一养料，有机质只有当其分解释放出矿物质时才对植物有营养作用。作物从土壤中吸走的矿物质养分必须以肥料形式归还到土壤，否则土壤将日益贫瘠。这个理论引发了农业理论的一场革命，为化肥的诞生提供了理论基础。在生态学上，还有一种最小因子定律也是以李比希的理论为基础的，即当某种营养元素的含量低到一定程度时，就会限制植物生产。当今流行的水培法栽植，也是基于该理论。当然，从人类150年的实践来看，李比希的理论正受到长期使用化肥造成土壤退化的挑战——作物需要的不仅仅是矿物质，还有有机质、土壤微生物、土壤动物、土壤的各种物理性质等等。