【科學史沙龍】肥料的歷史&肥料學
2024年由臺大科學教育發展中心主辦的科學史沙龍能源與歷史系列講座中，主題為「肥料的歷史與肥料學」。這場講座由國立臺灣大學氣候變遷與永續發展學程的廖昱凱助理教授主持，並分別邀請臺大歷史系呂紹理教授和臺大農化系鍾仁賜名譽教授兩位講者為聽眾帶來精彩的演講。這場講座以肥料為主題，從肥料歷史與肥料科學兩個方面看人類文明中的肥料資源。這次講座的主題結合了科學與歷史的觀點，期待不同的見解和討論，可以擦出精彩的互動與火花。
講師｜臺灣大學歷史學系 呂紹理 教授、臺灣大學農業化學系 鍾仁賜 名譽教授
撰文、整理｜何郁庭
肥料的歷史：從古代到現代的演變
在這次科學史沙龍中，臺大歷史系的呂紹理教授深入探討了肥料的歷史，從古代的地氣、地力到現代的化學肥料，展現了肥料在農業發展中的重要角色。首先，呂教授引用《莊子．知北遊》中的對話，強調「道」無所不在，並指出生物生長所需的能源其實存在於屎尿中。這一觀點在中國古代農業中得到了充分體現，漢朝考古發現廁所和豬圈建在一起，顯示出人們早已認識到糞便的肥料價值。
唐宋時期，知識分子開始重視農業，並引進早熟稻，使江南地區的稻米增加為一年兩穫。南宋的陳旉則在《農書》中記載，土壤必須加肥料、翻土，才能保持地力常新，同為點出肥料重要的史料之一。宋朝後出現了焦泥灰、發酵肥、河泥等更多肥料的種類，農業理論甚至將肥料分為寒、熱、生、冷等不同屬性，並用中醫理論來看待肥料的使用，提出「用肥如用藥」的論點。
這些知識在元代和明朝得到了進一步發展，明朝的《知本提綱》提出了釀造糞壤的十大方法。
肥料的種類在中國歷史上也有不同的面貌，直至今日，浙江一帶仍然會挖取河泥作為肥料。此外，東亞其他國家如日本和韓國也受到了中國肥料知識的影響，但隨著幕末引進「蘭學」，加上明治維新後，日本的肥料受到德國、英國、法國等先進國家的工業化影響，觀念開始快速轉變。
現代化肥的出現與影響
進入19世紀大航海時代，歐美國家開始密切注意太平洋上的資源，其中一個重要物資是來自鯨魚的油脂。在捕鯨過程中，發現了許多肥沃的鳥糞，如墨西哥的鳥糞島Guano Islands，這些鳥糞成為了重要的肥料來源。過去中南美屬於歐洲國家殖民地，較容易取得資源，但隨著智利、祕魯、玻利維亞等國家紛紛獨立，歐美國家開始更積極地探索太平洋島嶼上的鳥糞肥。
爭奪鳥糞肥資源的活動與戰爭，在現代化肥的出現後產生大幅度改變，也標誌著農業的一次重大變革。從2005年聯合國統計的資料來看，東亞國家如日本、北韓、南韓、臺灣的肥料用量僅次於中國和印度，這與曾受日本統治的歷史有關。
化學肥料的發明者之一是李比西（Justus Freiherr von Liebig），他發現了過磷酸鈣，並對現代農化學做出了重要貢獻。另一位重要人物是哈柏，他的專利在歐戰後被賣給大日本窒素會社，推動了化肥在日本的發展。
臺灣民眾最熟悉的化學肥料之一，可謂建國花市內常見的「花寶」，其外包裝上的數字，代表氮、磷、鉀三者含量的比例多寡。在日本殖民臺灣時期，日本認為臺灣缺乏施肥，於是將日本的化肥帶進臺灣。無法自行生產肥料的臺灣，因受到日本影響而形成多肥農業，特別是在甘蔗和稻米的種植上。呂教授指出，臺灣蓬萊米栽植需仰賴大量肥料，且對日本氮肥的依賴並未因日本戰敗撤退而結束，直到1960年代才開始改變，並逐漸重視永續農業。
現代化肥的使用雖然提高了農作物的產量，也帶來了土壤酸化等問題；現代國家絕大多數都使用化學肥料，但因為土壤酸化，今日使用化肥有緩慢變少的趨勢。
養活全球人口的關鍵肥料資源
接續呂教授的演講，鍾仁賜教授以「如果沒有肥料，我們如何養活80億人？」破題，讓現場觀眾思考這個遙遠卻重要的問題。從人類歷史的視角來看，肥料並非只是現代農業的產物，早在古代，糞肥與有機廢棄物就已被用來提高土壤肥力，支撐著農耕文明的發展。然而，真正讓肥料登上全球化舞台的，是19世紀以後科技與工業的迅速進步。
鍾教授特別提到，德國化學家弗里茨．哈柏（Fritz Haber）與卡爾．博世（Carl Bosch）發明的哈柏–博世法，讓氮肥的生產效率空前提高，成為現代農業革命的催化劑。鍾教授強調「這不僅是技術的突破，更是改變人類命運的發明。」今天，全球約有50%的糧食生產得益於這項技術，意即肥料每年為世界新增了數十億人的糧食。
鍾教授以具體案例揭示肥料對經濟與社會的深遠影響。例如，20世紀中期的綠色革命期間，改良品種、化學肥料與現代化灌溉技術的結合，讓許多發展中國家的糧食產量大幅提升。這不僅穩定了糧食供應，也促進了當地經濟的快速成長。然而，他也點出，這些成就的背後隱藏著環境挑戰。過量施用化肥導致的水體汙染、土壤酸化等問題，已成為各國面臨的共同難題。
在回答這些挑戰時，鍾教授傳達了一種平衡的觀點：肥料的使用無可避免，但如何以更聰明、更永續的方式施用，是當代科學家的重要使命。他以東亞的傳統農業為例，稱讚該地區長久以來善用有機肥料的智慧模式，並期待這樣的傳統能與現代技術相結合。
「解決方案或許並不在單一技術，而在於將科學與傳統經驗相融的創新之道。」鍾教授如此說明。
從古代有機肥到現代合成技術
肥料的發展，是一部人類探索與改變自然的歷史。從古代的有機肥料到現代化的合成肥料技術，這段歷程不僅見證了農業生產的革新，也改變了全球的糧食供應格局。
最早期的肥料使用，可以追溯到人類農耕的起源。古代社會依賴天然資源，利用動物糞便、植物殘渣和其他有機廢料來提升作物產量。東亞地區尤其善於回收利用有機廢棄物，例如將稻殼、魚類副產品與糞尿轉化為養分，支撐了高密度人口的農業需求。這種做法不僅體現了早期人類的環境適應力，也成為現代有機農業的啟發來源。
隨著工業革命與科學技術的興起，肥料的研究邁入了全新階段。19世紀，化學家開始深入探討植物的營養需求，德國科學家約斯特斯．馮．李比希提出的「礦質養分理論」是其中的里程碑。他指出植物生長所需的氮、磷、鉀等關鍵元素，可透過無機肥料直接供應，這一理論奠定了現代化學肥料的基礎。同時，硝石的提煉和磷礦的開採，為肥料生產提供了穩定來源，使肥料的應用從傳統經驗邁向科學化、規模化。
20世紀初，哈柏–博世法的誕生進一步革命了肥料的生產方式。這項技術將空氣中的氮氣轉化為可供植物吸收的氨，實現了氮肥的大規模生產，徹底改變了農業生產的可能性。這不僅滿足了當時歐洲糧食危機的迫切需求，也為世界其他地區的農業現代化鋪平了道路。氮肥的廣泛應用，讓農田的產量突破了自然條件的限制，成為現代農業增產的核心。
隨著科技的進步，肥料的設計開始朝向更精細與永續的方向發展。科學家研發出緩釋肥料與智能肥料，能根據作物的生長階段釋放養分，提高養分利用率的同時減少環境汙染。此外，土壤健康管理與生態肥料的理念也逐漸被納入肥料科學的範疇，試圖在增產與環境保護之間取得平衡。
肥料科學的進步，見證了人類知識與技術的不斷積累。從早期以經驗為主的有機肥，到結合科學理論與創新技術的現代合成肥料，這段歷史不僅改變了農業生產的樣貌，也重新定義了人類與自然之間的關係。