農業和肥料是緊密相連的，可以說是農業歷史中不可或缺的一環。
為了種出更多、更美味、更營養豐富的食物，人類一直在使用肥料並進行研究，不斷開發新的肥料。
這是一個範疇廣大甚至可以寫成一本歷史書。但在這裡，我們會簡單概括重點的介紹。
肥料的起源
農業的起源可以追溯到約12,000年前左右。
農業起源的地區是河流帶來豐饒的土壤的流域地區。尼羅河下游地區、底格里斯和幼發拉底河流域、揚子江中下游地區以及印度河下游地區是農業技術傳播的中心，這些技術逐漸傳播到了歐亞大陸和非洲大陸的各個地區。
隨著農業文明的發展，城市開始出現，需要大量的木材用於建造神殿、住宅和農具。城市人們大量砍伐上游森林的樹木，然後使用河流運輸木材。當木材資源逐漸枯竭時，森林所儲存的水分開始直接流入河流，導致大規模的洪水頻繁發生。同時，土壤也因過度開墾而鹽化和疲弊。
因此，早期的依賴土地肥力的農業國家紛紛在約4,500年前崩潰。為了維持國家的運作，城市必須人為地為土地提供營養，以永續維護土壤的肥沃。
另一方面，人類古時候就進行了燒畑農業，即在森林被焚燒後種植農作物。當時的人們沒有肥料的概念，可能僅憑經驗知道，利用植物灰作為養分施用於農業是一種有效的施肥方式。
由於土地的營養在使用數年後會耗盡，所以土地需要休耕，重新燒毀森林以開墾新的農地。燒畑農業在小規模下是可持續的，但是大規模地燒毀森林擴大農地會導致環境破壞。事實上，歷史上許多森林就是這樣遭到破壞的。
輪作的發展
除了燒畑之外，古代人們也透過不同方法恢復土壤的肥力。
其中一種方法就是進行輪作，定期改變田地上的作物，以創造高生產力的土壤。在公元前6,000年左右的古代近東地區，人們就已經開始進行豆類和穀物的交替種植輪作。
在聖經的利未記第25章中，上帝指示以色列人要守護「土地的安息日」。
上帝在西奈山上對摩西說：「你告訴以色列人，當他們進入我賜給他們的地時，他們要向上帝守護安息。在六年之內，你可以種植田地，修剪葡萄園的枝條，收穫作物。但到了第七年，你們要給地完全的休息安息…（以下省略）」
古代世界中，一種稱為二圃式農業的方法很常見，一年中將土地的一半耕種，讓剩餘的一半休息以積蓄能量。在歐洲，除了透過這種休閑來恢復土壤肥力之外，還廣泛使用混合家畜糞便和稻草發酵製成的堆肥。此外，還進行石灰肥料和綠肥（將割下的植物混入田地以施肥）的操作。
而結合豆科、禾本科和休閑的三圃式農業在中國始於東周時代（公元前770年至公元前256年），在歐洲則開始於1世紀左右。
在16世紀初的歐洲，人們開始採用四圃式農業，其中包括根菜類等作物。到了18世紀，英國農學家查爾斯·鎮森德（Charles Townsend）推廣了四圃式農業，連續種植小麥、蕪菁、大麥和三葉草，並加入飼料作物和放牧作物，使得全年都能養殖家畜。
江戶時代的肥料
在中國和歐洲，輪作是常見的耕作方式，但在日本並不普及。
日本地區多為山地，缺乏足夠的休耕土地，而水田農業則得到發展。水田可以蓄水，土壤中的養分不會流失，有利於連作耕作。
江戶時代的重要作物有關西的棉花和關東的桑（養蠶），為了穩定品質和產量，需要大量的肥料。當時重要的肥料有菜種油粕和魚粕。菜種油粕是菜種油的渣滓，用作燈油。魚粕則是過剩的魚（如鯖魚）的再利用方式。
當時重要的肥料之一是人糞尿。
這在世界上是相當特殊的例子，但在江戶時代的日本，糞尿是一種寶貴的物品，以高價進行交易。在江戶、大阪等城市產生的人糞尿被裝上商船，運送到農田作為肥料使用。糞尿在肥料池中堆積發酵，成為堆肥。
在大阪，房東持有租客固體排泄物的權利，而尿液這種價值較低的排泄物權利則歸租客所有，他們可以將其賣給中間商。在18世紀初，一年份的糞尿相當於半兩以上的價值進行交易。
當價格飆升時，中間商之間的爭執和爭論頻繁發生，貧農因無法買得起糞尿而被迫盜竊，引發懲罰事件。
「肥料的三要素」的發現
在18世紀到19世紀的歐洲，人類發現了現代所稱的「肥料的三要素」。
在18世紀的英國，有一個以製造刀具聞名的城市，名叫謝菲爾德。在這個城市裡，人們利用動物的骨頭來做刀柄，而在加工過程中產生了大量的骨頭碎屑，這讓工廠主困擾不已。就在這時，有人不經意地將骨頭碎屑撒在自己的田地上，結果作物長得出奇地好。這個消息傳開後，大家紛紛渴望擁有骨頭碎屑。就這樣，骨粉應運而生。骨粉含有豐富的磷酸，能促進植物的生長。
▽ 1870年代美國的野牛骨
1806年，從南美洲探險歸國的亞歷山大·馮·洪堡將糞便和死鳥的積聚物介紹到歐洲世界。這種積聚物稱為鳥糞，經過化石化後成為了優質肥料，很快在整個歐洲被廣泛使用。鳥糞中既含有含氮物質，又含有磷酸。氮素有助於茎葉的生長。雖然現在鳥糞資源幾乎已經枯竭，但在19世紀，它是一種不可或缺的工業資源，支持著工業革命。
1856年，德國的施塔斯福特發現了鉀礦床，取而代之的是傳統的植物灰。鉀礦石中的主要成分是鉀，能促進根系的生長。在此之前，人們一直使用植物灰或海藻灰作為鉀肥料，但這是首次大規模使用鉀礦石。
值得一提的是，鉀肥料在第一次世界大戰之前是德國的專利，之後在美國、蘇聯、意大利、加拿大、以色列、英國等地都進行了鉀資源的發現和開發。
就這樣，「肥料的三要素」，即氮、磷酸和鉀的肥料，得以完善。
化學肥料之父－利比希
理論上，發明化學肥料的人是德國科學家尤斯塔斯·逢·利比希（1803〜1873）。
利比希於1840年出版了《Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie（化學在農業和生理學上的應用）》，主張通過在農業領域應用化學方法，建立完美的農業，並創造「所有貿易和產業的真正基礎」。
利比希分析了土壤並提出了一個錯誤的主張，即當時主張的植物中的碳主要來自於葉子上的霉菌。
另一方面，利比希認為畜肥主要的作用是從土壤中提供微量的礦物質，並認為供應植物氮元素的重要途徑是大氣中的氨和土壤中的硝酸鹽。利比希認為有效供應礦物質將有助於植物的生長，於是他於1845年開始著手開發「化學肥料」。
後來證明，他的主張是錯誤的，他的化學肥料效率低下。
然而，利比希的門徒英國人J.H.吉爾伯特和約翰·貝內特·羅斯後來通過用硫酸分解骨粉，將三磷酸鈣轉化為一磷酸鈣和石膏的混合物，製造出「過磷酸鈣」。他們於1843年在泰晤士河畔的戴德福德工廠開始生產。這標誌著人造肥料的起源。
最初，原料骨頭供應不足，他們從戰場和墓地尋找人骨引起了爭議，但19世紀末在佛羅里達州發現了磷礦床，供應逐漸穩定。
20世紀的化學肥料革命
對於植物生長而言，高效率的化學肥料是農業的一大突破。然而，這些肥料的原料供應依賴於天然礦物資源，像是糞燒灰一樣，如果供應量減少或枯竭，那麼依賴化學肥料的農業將面臨嚴重的危機。
1898年9月，在英國化學學會於布里斯托舉行的會議上，會長克魯克斯說道：”要拯救人類免於飢餓，我們必須發明一種將空氣中無限存在的氮轉變為氨的技術。”
這一言論推動了空氣中固定氮的研究，並於1913年確立了「哈伯－博什法」。
弗里茨·哈伯
卡爾·博什
這項技術是基於弗里茨·哈伯在1910年代的理論研究，由卡爾·博什將其實用化。該方法將氮氣和氫氣混合成混合氣體，施加約250大氣壓，通過以氧化鐵為主要成分並添加氧化鋁、氧化鉀的觸媒，通過400至450°C的溫度，冷卻並分離生成的氨。
生成的氨不僅用於氮肥，還廣泛應用於工業需求，哈伯－博什法成為20世紀化學工業的核心技術。
鹽酸銨和尿素製造技術
從20世紀後半開始，鹽酸銨肥料（簡稱鹽安）成為了日本氮肥的主流。
鹽酸銨含有作物生長所需的氯素，具有優秀的特點，如防止根腐爛、促進光合作用、提高營養價值等。早在英國的羅薩姆斯特德農業試驗場，就於1933年報告指出，相較於當時主流的硫酸銨肥料，鹽酸銨肥料對所有穀物作物的產量增加更大且更穩定。
鹽酸銨肥料在戰前的朝鮮半島進行了試驗性生產，但戰後為了有效利用進口的原料鹽，開發出了同時生產碳酸鈉和鹽酸銨肥料的方法。
而重要的氮肥成分尿素的工業生產則始於戰後的日本。
第二次世界大戰結束後，位於北海道砂川的硫酸銨工廠的硫酸製造設備被佔領軍沒收，因此需要以非硫酸方式將氨轉化為肥料鹽，於是發展出了通過氨和二氧化碳反應來生產尿素的技術。
尿素肥料可以促進葉片和茎的生長，且在所有氮肥中含氮量最高，因此具有即時效果。
化學肥料爭議
自1960年代以來，在日本和西方國家，由於對於「科學萬能主義」的不信感，人們普遍認為食物中含有化學物質對身體不好。
有機農法被視為不使用化學肥料的好方法，許多人認為化學肥料對身體有害。
特別是在日本，對此產生了重大影響的是1974年朝日新聞連載的有吉佐和子著作《複合污染》。
這個連載中強調了農藥和化學肥料對環境的污染和破壞，以及對人體的不良影響，由於其轟動效應而成為暢銷書。
內容包括使用化學肥料會使土壤變硬、蚯蚓死亡和土壤枯萎，農民受到農藥影響而患上神經系統疾病，以及用化學肥料種植的蔬菜營養價值較低等。
《複合污染》的問世正好是公害問題成為社會問題的時期，在農業領域引入了「追求效率和利潤導致人性的喪失」的語境，這是一個具有開創性的觀點。儘管敘述有些激進，但它並非完全否定化學肥料，而是認為問題在於「使用方法和使用量」，這一點很多人都能感同身受。
化學肥料少量使用可以帶來巨大的增產效果，但過度使用會導致土壤酸化和環境污染。
有機肥料可以使土壤變得軟化並提高保水功能，但效率較低，需要大量使用，因此價格較高。如果給予過度的使用量，也會引起環境污染。
單獨使用其中一種都不好，認為將化學肥料和有機肥料巧妙結合，對於農業作為一個產業以及環境保護都是有效的。
總結
人類追求在不降低土壤肥力的情況下進行高效農業技術，卻可能引發環境污染，可謂相當諷刺啊。
未來人們必須根據適當的用量和時機，根據不同的環境使用肥料。從事農業的人必須了解這些效果和功效，因為「不知道」是不能成為污染生活在這塊土地的藉口的。
