施肥的基本原理與技術（二）─ 曾明寶

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植物營養與肥料施用要點   系列十四

施肥的基本原理與技術（二）植物礦質營養理論與化肥的誕生
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文：曾明寶



2 Y# f& r$ {- {6 V* |9 f農業生産中施用肥料已經有數千年的歷史，主要是施用有機肥料，也施用一些天然的無機肥料如智利硝石(硝酸鈉)、石膏、硫磺等。人們開始施用人工化學合成的無機肥料，並把施肥真正建立在科學的基礎上，使之有突飛猛進的發展，只有150多年的歷史，一般是以德國人李比西1840年提出植物礦質營養理論和 1842年英國人勞斯成功地生産出首批過磷酸鈣爲化學肥料生產及應用的開始。
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長期以來人們經歷了許多困難，探索植物生長發育到底從土壤中吸取了什麽營養物質，也試圖明瞭肥料的本質作用。17世紀中葉就有人做過這樣一不試 驗，在一個陶瓷容器中裝入200磅乾土，然後用雨水濕潤，往裏插入一根5磅重的柳樹枝條，經過5年後，柳樹長大了，而容器中的土壤幾乎沒有减少。那末柳樹增加的重量從何而來？只有來自平時澆的雨水或蒸鎦水了。這就是植物靠水來營養的理論。
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隨著化學的發展，人們確定植物的化學成分主要是碳、氫、氧組成。氫、 氧可以從水中獲得，碳又從何而來？於是又有人認爲腐爛的動、植物殘體在土壤中形成腐植質，爲植物提供了碳源。因此，認爲水和腐植質是植物的“食物”。這就是植物營養的腐植質理論。
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- r" w1 \) B) n% l1 C9 k1840年德國化學家李比西發表了“化學在植物生理和農業中的應用”的報告，提出植物從土壤中吸取礦物質作爲營養的論斷，並爲隨後的實驗所證實。這就是植物礦質營養理論産生的簡要過程。同時，法國學者布森高於1834年建立了第一個農業試驗站，著重分析了各種輪作制中的作物産量和成分。根據試驗結果，他指出作物中的碳來源於空氣中的二氧化碳，而不是來源於腐植質。輪作中有豆科作物，則收穫物中總氮量超出肥料中的含氮量。豆科作物有利用空氣中氮的能力，不久也被其他學者所證實。因此，李比西的植物礦質營養理論和布森高的植物碳、氮營養學說，爲植物營養和肥料科學的發展奠定了基礎。

自19世紀下半葉開始，歐洲一些國家相繼規劃開展了一些肥料長期試驗，以進一步驗證肥料的作用，其中首推英國的洛桑試驗站，自1852年開始在冬小麥上的試驗一直延續至今，150年的結果，說明合理施用化肥確實能長期增産，並保持地力不衰。因此，生産和施用化肥成爲20世紀發展農業的一項重大措施。

國外發展化肥是從磷肥開始的。用硫酸處理骨粉大約始於1830年。約在1840年發明了用硫酸處理磷礦石的方法，1842年勞斯在英國成功地生産出首批過磷酸鈣商品。到1870年英國有80多個磷肥廠在生産過磷酸鈣。高濃度的重過磷酸鈣的生産歷史與磷酸的生産緊密相聯。首次商業性生産大約在19 世紀70年代在德國進行，但規模很小，直到20世紀中才成爲一種重要的磷肥。磷酸銨則到20世紀60年代才得到普遍施用。

& h# ]1 v& }+ ?4 F6 H- d鉀肥主要是從鉀鹽礦中制取的。 1860年德國發現了鉀鹽礦，1861年開始開採光鹵石(氯化鉀和氯化鎂的複鹽)，並壟斷世界市場長達70餘年。早期的産品如肥料鉀鹽只含鉀(K[sub]2[/sub]O) 20～25%。以後精製出含K[sub]2[/sub]O 60%的氯化鉀。此後法國(1910年)、西班牙(1925年)、蘇聯(1930)、美國(1931)、加拿大(1960年)也相繼發現鉀鹽礦藏，並開始開採。目前加拿大、俄羅斯和德國是主要鉀肥生産和出口國。鉀肥品種也生産出硫酸鉀、硝酸鉀等不含氯根的鉀肥，由於生産成本較高，只在對氯敏感的“忌氯作物”例如鳳梨、菸葉上施用。
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! k% {; t; R. e" j生産合成氨的方法是1904年德國人哈伯發明的，這個方法是化工產業上相當著名的哈柏法，1913年建成了日産30噸合成氨的工廠。在此之前，在挪威有人用電弧法制取硝酸，並與石灰石反應生産出硝酸鈣，這是最早的氮肥。與此同期，還有人用電石生産氰氨基化鈣(烏肥、石灰氮)，也是一種氮肥。但由於這兩種氮肥耗電量大，産品物理性狀不良，沒有得到發展。用合成氨法大量生産氮肥，是在第二次世界大戰以後。所以國外化肥發展的順序是磷最早，鉀次之，氮最後。

, z4 N6 T" \- b4 I$ e+ k: K* _在相當長的一個時期，世界磷、鉀肥的産量高於氮肥，直到20年世紀40年代末，氮肥産量超過了鉀肥，到50年代後期才超過了磷肥。複混(合)肥料的生産，是在農業生産中需要同時施用氮、磷、鉀多種肥料之後。農民覺得分開施用幾種單一營養元素的肥料，費時費工。因此各種配比的複混(合)肥料應運而生。但是從生産工藝來看，主要是兩大類，一類是磷酸銨，另一類是硝酸磷肥，它們都是含有氮、磷兩種營養元素的化肥，鉀是在生産過程中加進去的。由提供給農民的肥料形態看，主要也分兩大類：一類是散裝摻混肥，將粒徑和比重相近的氮、磷、鉀肥料在施用前摻混，供農民施用；另一類是糰粒型複混(合)肥料，在生産過程中將氮、磷、鉀養分製造在一個顆粒中。前者主要在北美採用，後者主要在歐洲採用。

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本文已刊於：神農廣播雙週報249期（97年7月20日出版）