氮肥的故事

易鳴

大約從1萬(wàn)多年前開(kāi)始，人類就開(kāi)始探求穩(wěn)定獲取食物的方法，于是出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)。隨著全世界人口的不斷增多，人類面臨著需要給自己提供足夠的食物和營(yíng)養(yǎng)的嚴(yán)重問(wèn)題，而化學(xué)合成工作在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)方面扮演著極為重要的角色。

智利礦石中的奧秘

古代的人們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到可以用肥料來(lái)改良土壤，這樣莊稼通常會(huì)長(zhǎng)得很好。他們雖然知道這樣做有用，卻不知道為什么。其原因在于這些肥料有助于產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)物，諸如氮等。植物需要氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)成分，其中，植物莖葉生長(zhǎng)所需的氮肥，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中需求量極大。

到了19世紀(jì)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了氮的重要作用，于是農(nóng)民們對(duì)氮肥的需求大增。可是氮肥從哪里來(lái)呢？很巧，當(dāng)時(shí)在智利的沙漠地區(qū)，人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的硝酸鈉礦，而硝酸鈉溶于水后可以形成含氮的硝酸根，就是一種很好的氮肥。到19世紀(jì)中葉，世界上所使用的氮肥主要就來(lái)自智利的這一礦床。但是，礦終究是會(huì)開(kāi)采完的，人們還得去尋找另外的氮源。

到了19世紀(jì)后期，隨著煉焦工業(yè)在歐洲各國(guó)的逐漸興起，人們又發(fā)現(xiàn)，用煉焦的副產(chǎn)品氨（含氮）為原料，可以制成硫酸銨，作為氮肥來(lái)使用。不過(guò)，這還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需要。

向空氣要氮肥

新的氮肥從哪里尋找？科學(xué)家們自然而然地想到了空氣。在我們周圍的空氣中，氮?dú)庹剂讼喈?dāng)大的一部分，約為79%，可以說(shuō)是取之不盡用之不竭，如果能讓空氣中的氮?dú)馔瑲錃庵苯踊系玫胶铣砂保窃摱嗪冒　Ｈ欢幕瘜W(xué)性質(zhì)很不活潑，要直接利用它還是很困難的。

為達(dá)到合成氨的目的，化學(xué)家需要找到一種催化劑。經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)驗(yàn)，1909年，德國(guó)化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室首次合成了氨。打那以后，合成氨工藝以驚人的速度向前發(fā)展，它給全人類帶來(lái)的巨大福利是無(wú)與倫比的。直到現(xiàn)在，世界各國(guó)的氮肥工業(yè)在基本原理上還沿用這種方法。

研究大豆尋找新式氮肥

當(dāng)然，現(xiàn)在所用的化肥并不是仍然停留在原有的水平上。目前，化肥已有固體、液體之分。在固體氮肥中，尿素和硝銨的比重不斷增大。液體氮肥包括液氨、氨水、氮溶液以及液體混合肥料等等。除了氮肥以外，還有磷肥和鉀肥。

但是，氮肥依然存在不少問(wèn)題。施用氮肥雖然能提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，但過(guò)量使用也給生態(tài)環(huán)境造成了很大的壓力。而且，合成氨的生產(chǎn)是在極端條件下進(jìn)行的，尚有諸多不便之處。科學(xué)家追求的目標(biāo)是希望這個(gè)反應(yīng)能在平和的條件下進(jìn)行，于是開(kāi)始探究豆類植物為什么可以在常溫常壓下將空氣中的氮轉(zhuǎn)化為自身的營(yíng)養(yǎng)。其實(shí)，豆類植物根部的根瘤菌，在科學(xué)家看來(lái)就是一種催化劑。目前，科學(xué)家已經(jīng)分析出根瘤菌中某些關(guān)鍵物質(zhì)的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)。一旦揭開(kāi)了根瘤菌的秘密，那對(duì)于人類來(lái)說(shuō)又是一大福音。