化肥最早是1840年德国科学家李比希在总结前人研究成果的基础上，批判了腐质营养学说而提出矿质营养学说。1843年，第一种化学肥料——过磷酸钙在英国诞生，1870年德国生产出钾肥，20世纪初合成氨研制成功。我国早在西周时就已知道田间杂草在腐烂以后，有促进黍稷生长的作用。《齐民要术》中详细介绍了种植绿肥的方法以及豆科作物同禾本科作物轮作的方法等；还提到了用作物茎秆与牛粪尿混合，经过践踏和堆制而成肥料的方法。在施肥技术方面，《氾胜之书》中有详细叙述，强调施足基肥和补施追肥对作物生长的重要性。唐、宋以后随着水稻在长江流域的推广，施肥经验日益积累，从而总结出“时宜、土宜和物宜”的施肥原则，即施肥应随气候、土壤、作物因素的变化而定。随着近代化学工业的兴起和发展，各种化学肥料相继问世。随后，复合肥料、微量元素肥料和长效肥也先后得到广泛应用。
化肥的使用，对促进农业生产具有十分重要的作用。我国自古就有“有收无收在于水，多收少收在于肥”之说。肥料是作物的粮食，施肥是促进作物生产的一种有效的手段，目前我国肥料的投入占农民整个生产性投资的50%左右，在粮食增产中的贡献率为40%左右。但随着作物肥料施用量逐渐增加同时也存在一些问题，如化肥大量不合理投入引起产品品质下降、土壤结构恶化、化肥利用率低、环境污染。
随着化肥施用技术与化肥工业技术的提高，化肥数量、品种、品质有了很大的改善，农业生产中的肥料总投入量日益增大，作物产量也得到相应提高，与此相适应，化肥工业也会逐步向高浓复混化、利用高效化、释放可控化、残留安全化和元素全息化方向发展，以提高化肥的应用效率和土地的综合效益，同时对施肥技术也提出了更高的要求。
高浓度复混肥料
复混肥料是指氮、磷、钾三种养分中，至少有两种养分标明量的化学方法和（或）掺混方法制成肥料。按其总养分含量可分为高浓度(≥40%)、中浓度(≥30%)、低浓度(≥25%)，高浓度复混肥料是指养分含量≥40%的复混肥料，它是化肥发展的必然趋势。
我国把复合肥作为复混肥料中的一种，在美国，复合肥料与掺混肥料是同义词，在欧洲一些国家两者含义不同。复合肥料在其生产过程中发生显著的化学反应，如磷酸铵类肥料、硝酸磷肥、硝酸钾和磷酸钾等；掺混肥料在生产过程中只是简单的机械混合。
（一）高浓度复合肥优点
1、养分含量高、营养元素多
复混肥料的养分含量一般比较高，总养分含量在40%以上，营养元素种类较多，一次施用复混肥料，至少同时可供应作物两种以上的主要营养元素。副成分也相应较少，例如磷酸铵不含任何无用的副成分，其阴、阳离子均为作物吸收的主要营养元素，由于副成分少，对土壤不利影响较小。
2、结构均匀
高浓度复混肥料养分分布比较均一，在造成颗粒后与粉状或结晶状的单元肥料相比，结构紧密，养分释放均匀，肥效稳而长。
3、物理性状好
复混肥料一般多制成颗粒，吸湿性小，不易结块，便于贮存和施用，特别便于机械化施肥。
4、节省贮运费用和包装材料
由于复混肥料中副成分少，有效成分含量一般比单元肥料高，所以能节省包装及贮存运输费用。例如：每贮运1吨磷酸铵，约等于贮运过磷酸钙及硫酸铵共4吨。
（二）高浓度复混肥料缺点
1、养分含量比例固定难以满足不同需求
养分的比例固定，而不同土壤、不同作物所需的营养元素种类、数量和比例是多样的，难以满足各类土壤和各种作物的需要。近年来各地测土配方施肥技术得到广泛应用，各地土肥部门大量的土壤调查测试，根据不同土壤养分状况、作物需肥特点和自然环境条件，制订了系列配方施肥方案，通过复混肥料与单质肥配合、作物需肥特点与施用时间配合、作物目标产量与最佳施肥量配合，进行科学配方施肥，在这方面进行了卓有成效的工作，并取得了良好的效果。
2、高浓度复混肥料作为基肥施入造成肥料浪费
高浓度复混肥料作为基肥施用，由于前期被吸收利用的较少，容易随水分流失，而在作物的营养生长和生殖生长的旺盛时期，可能会出现供肥不足，不仅使作物减产减收，而且产生资源浪费和环境污染。
3、容易导致土壤生态环境恶化
由于高浓度复混肥料纯度较高，中量和微量元素很难掺入，如果不能配合施用有机肥和中微量元素肥料，势必会导致土壤生态环境的恶化，出现各种各样的作物缺素症和生理性病害，使肥料报酬率大幅度降低，直接影响到产量、品质和成本。目前缓释、控释等新型肥料的应用对这一不足有一定程度改善，但还有待进一步改进。
4、降低肥料报酬率
根据当前农村施肥现状，氮肥、磷肥等大量元素肥料的施用量已不是主要问题，问题的关键是如何减轻元素之间的相互拮抗，提高肥料的利用率。高浓度肥料的不足就是：降低肥料报酬率，提高农业成本。
利用高效化
高效利用是国际公认的21世纪肥料发展方向之一。有研究证明在我国化肥的当季利用率氮肥为30%～35%，磷肥为10%～25%，钾肥为35％～50%，低于发达国家15～20个百分点。施入土壤中的大部分养分流失、挥发和固定。随着肥料投入量的增加，肥料利用率则出现逐年递减趋势，施用越多损失也随之递增。以氮肥为例，我国在20世纪60年代利用率约为60％，70～80年代为50%～40％，到90年代则下降到35%～32％，直接造成资源的巨大浪费。
化工部原部长顾秀莲曾经说过：如果我们将化肥的利用率提高5％～10％，那么我国就可以不进口化肥。中国石油和化工协会会长谭竹洲也说过：以全国化肥产量8700万吨计算，化肥利用率提高5％，就意味着在不增加设备投资和能耗的情况下，每年增产400多万吨化肥。这是多么惊人的数字！
化肥利用率受肥料特性、土壤特性、施肥量、作物品种、土壤持水量等因素的影响，只有肥料养分得到充分利用，才能降低成本，增加收益。要提高化肥利用率必须从提高施肥技术和改进肥料生产工艺两方面入手。
（一）提高施肥技术
1、测土配方施肥
测土配方施肥是以土壤测试和肥料田间试验为基础，根据作物需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应，在合理施用有机肥料的基础上，提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用数量、施肥时期和施用方法。
测土配方施肥技术的核心是调节和解决作物需肥与土壤供肥之间的平衡，有针对性地补充作物所需的营养元素，作物缺什么元素就补充什么元素，需要多少补多少，实现各种养分平衡供应，满足作物的需要，达到提高肥料利用率、减少用量、提高作物产量、改善农产品品质和节本增收的目的。测土配方施肥的实施能减少肥料投入5%～10%，提高肥料利用率3～5%，提高作物产量8%～10%，能有效防止盲目过量施肥造成的资源浪费和环境污染以及施肥不足或不平衡影响作物产量。
2、化肥深施
据测试，碳酸氢铵表施5天氮素损失13.8%，深施7cm 5天损失0.88%，碳酸氢铵、尿素深施地表以下6～10cm的土层中比表面撒施氮肥当季利用率分别由27%和37%提高到58%和50%，分别相对提高115%和35%。由此可见，化肥深施可提高其肥效利用率。
氮、磷、钾肥均宜深施。氮肥深施可以防止氨的挥发，并减少雨水淋溶和地表径流的影响，水田里能防止反硝化作用导致氨气的逸失。磷肥、钾肥深施有助于作物根系吸收。化肥深施的方法很多，如耕前撒肥翻耕入土作基肥，播种、移栽或生长期中进行开沟条施、穴施等。
由于作物根系都有趋肥性，化肥深施可使根系向下扎，扩大根系生长量，增强作物吸收养分、水分的能力，能显著提高作物抗倒伏、抗旱能力，从而提高作物产量。
化肥采用条施、穴施的方式深施，有利于肥料的集中施用，肥料与土壤接触面小，营养元素被固定的程度较低，有效时间比撒施的长，有利于提高化肥利用率。
3、重视有机肥料施用
施用有机肥料最重要的一点就是增加了土壤的有机物质。有机质的含量虽然只占耕层土壤总量的百分之零点几至百分之几，但它是土壤的核心成分，是土壤肥力的主要物质基础。有机肥料对土壤的结构、养分、能量、酶、水分、通气和微生物活性等有十分重要的影响。
有机肥料含有植物需要的大量营养成分，含有N、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn、B、Mn等多种矿质元素，可全面持久地供给作物营养，有很长的后效。由于有机肥料中各种营养元素比较完全，而且这些物质完全是无毒、无害、无污染的自然物质，这就为生产高产、优质、无污染的绿色食品提供了必须条件。有机肥料含有多种糖类，施用有机肥增加了土壤中各种糖类。有了糖类，有了有机物在降解中释放的大量能量，土壤微生物的生长、发育、繁殖活动就有了能源。人们常认为有机肥料种植的作物品质较好，是由于有机肥料能为植物提供全面均衡的营养成分，为作物正常生长提供了必要条件。
缺乏有机肥料，偏重施用化肥，降低了农作物的抗逆能力，包括抗病虫、抗倒伏、抗寒、抗旱等，致使减产和产品品质降低。同时恶化了土壤的物理、化学及生物学性状，破坏了土壤中营养元素的正常比例，导致土壤肥力下降。
但是单一使用有机肥料也有存在养分含量低，不易分解，不能及时满足作物高产的要求，应与适量化肥配合施用。常见的有机肥料资源有：农家肥料、农作物秸秆、绿肥、沼气发酵肥和商品有机肥料等。
4、充分利用肥料之间的协同作用避免拮抗作用
协助作用是指某一离子的存在，能促进另一离子被吸收。拮抗作用是指某一离子的存在，抑制另一离子的吸收。
据研究表明，阴离子对阳离子一般都有协助作用。如Cl-能促进植物对K+的吸收，NO-3可促进Mg+2的吸收；Ca+2在低浓度情况下能促进K+、NH4+等一价阳离子的吸收，但浓度太大则有抑制作用；K+与Mg+2之间有拮抗作用，K+对Mg+2拮抗强烈、Mg+2对K+较弱；Ca+2与Mg+2有拮抗作用；K+与NH4+之间有人认为存在拮抗，也有人认为没有拮抗，意见还不一致；阴离子如Cl-、NO-3、H2PO4-之间也存在拮抗作用。如在酸性土上施用石灰或较多的钾肥，可能诱发作物缺镁；施用氮素过多 植物叶片中的P、K、Cu、Zn、Mn等元素的含量却相应减少，就是说多量的氮素影响了这些元素的吸收和利用。元素间的相互作用有强有弱，所以在生产上要注意这种关系。
（二）积极开发肥料新产品
积极开发新型肥料，化肥生产企业应积极开发包膜型缓控释肥、抑制剂型缓控释肥、增效剂型缓控释肥、氨基酸螯合肥等新技术的化肥新品种，以满足长效、高效、低耗、无污染要求。
释放可控化
近年来，生产缓释、控释等新型肥料成为发展趋势。释放可控化是指缓释、控释等新型肥料，缓释肥料就是使可利用的养分缓慢释放。控释肥料研究提出一些新的构思。如用框架结构的大分子有机物质把养分包裹起来，由于框架结构的破坏速度不同而形成养分的释放速度不同；用分解速度不同的包膜材料分层包裹，而达到养分的释放速率不同；把分解速度不同的颗粒按一定的比例混合等。但要达到真正控释，还有待技术进一步改进。
（一）缓控释剂特点有以下特点：
1、延长肥料有效期
只需一次底施，作物终生受益，节省劳力。肥料加入缓控释剂可使肥料有效期由原来的50～60天，延长到90～120天，使缓控释剂肥料真正实现一资投入，不再追肥，可满足农作物整个生育期对养分的需求。
2、提高养分利用率
可控缓释肥料可提高养分利用率，减少施肥量，节省肥料，降低成本。缓控释肥料，氮、磷、钾三元素综合利用率由原来的30%～40%提高到50%～60%，通过控制土壤中生化环境，降低转化尿酶活性达到缓释与高效，并通过控制Ca、Mg、Al等高价离子活性提高磷素活性从而达到双控释效果，比树脂包膜、硫包衣比单纯氮肥效果有很大提高。
3、增加作物产量，促进作物早熟
由于控释肥具有缓慢释放和调控的功能，可使营养元素达到长效化，减少了养分大量流失，与其他肥料比较，在同等养分含量的施肥水平下，可使大量作物平均增产20%，经济作物增产25%～35%，促早熟5～7天。
4、提高作物抗逆性
能延长叶绿素寿命，增加光和作用，促进根系生长，增加作物内杆物质合成，提高作物抗逆、抗旱、抗病虫害等。
5、绿色环保性
由于提高肥料综合利用率，减少肥料对环境的排放，降低化合物中硝酸盐的含量30%～35%，从而起到了绿色环保、提高粮食品质、保护土壤肥力、保护生态环境作用。
6、有效期具有可控性
通过技术控制可生产出60、90、120天不等释放时间的可控氮肥，满足生长期不同的各种农作物需求。
（二）使用可控缓释肥料应注意的问题
由于可控缓释肥料相对于普通速效肥料价格较高，只有用于适合的作物和地区，才能拉开与速效肥料肥效的差距，发挥其优势，达到所期望的经济环境和社会效益。为此，在施肥方面建议：
1、优先用于湿热地区或生长期长的作物
可控缓释肥料最好用于湿热地区、生长期长的作物、肥水流失较严重地区。在降雨量大的地区速效肥料易随水流失，在炎热地区，肥料养分的转化较快，不易保持在土壤中，在这些地区使用控缓释肥料，会有较好的效果。
2、不同的土壤和作物应选用不同释放时间和配比的肥料
由于控释肥料前期养分释放较慢，在作物的苗期，单独施用控释肥料可能会出现苗期缺肥的现象，所以，一般在施用控缓释肥料时，要与速效肥料配合施用。要根据不同的土壤质地和温度选用不同的速效和控释肥料的配比。例如：沙性土壤和温度较高时，施用控释肥料比例增加，粘性土壤和较低温度时控释肥料比例降低；水稻施肥由于养分吸收集中在生育前期，应施用释放期较短的肥料；玉米施肥，由于生长后期也需大量养分，应使用释放期较长的肥料。
3、根据肥料特性，采用不同耕作和施肥方式
一些作物为了避免肥料烧苗，肥料与种子相隔一定距离，此种施肥方式降低了肥料利用率，由于控释肥料释放缓慢，避免了烧苗现象，可进行肥料与种子的接触施肥，提高肥料利用率。
残留安全化
肥料的施用，能提高农作物的产量，但由于长期施用不当，常使很多肥料流失、富化、挥发，从而引起环境污染，导致生态系统失调。我国化肥施用量大，利用率低，对土壤与环境污染严重，影响农业的持续发展。主要表现在以下几个方面：
（一）肥料过量施用对土壤的危害
1、土壤重金属和有毒元素有所增加
产生污染的重金属主要有Zn、Cu、Co和Cr。从化肥的原料开采到加工生产，总是给化肥带进一些重金属元素或有毒物质，其中以磷肥为主。目前我国施用的化肥中，磷肥约占20%，磷肥的生产原料为磷矿石，它含有大量有害元素F和As，同时磷矿石的加工过程还会带进其他重金属Cd、Hg、As、F，特别是Cd。另外，利用废酸生产的磷肥中还会带有三氯乙醛，对作物造成毒害。研究表明，无论是酸性土壤、微酸性土壤还是石灰性土壤，长期施用化肥还会造成土壤中重金属元素的富集。如长期施用硝酸铵、磷酸铵、复合肥，可使土壤中As的含量达50～60 mg/kg。随着现代畜牧业的发展，饲料添加剂应用越来越广泛，饲料添加剂往往含有一定量的重金属，这些重金属随畜粪便排出，以有机肥料的形式进入土壤，对土壤造成污染。随着进入土壤有毒元素的增加，土壤中有效有毒元素含量也会增加，作物吸收有毒元素的量随之增加，从而影响人类健康。
2、土壤酸化加剧
长期施用化肥加速土壤酸化。一方面与氮肥在土壤中的硝化作用产生硝酸盐的过程相关。首先是铵转变成亚硝酸盐，然后亚硝酸盐再转变成硝酸盐，形成H+，导致土壤酸化。另一方面，一些生理酸性肥料，比如磷酸钙、硫酸铵、氯化铵在植物吸收肥料中的养分离子后，土壤中H+增多，许多耕地土壤的酸化和生理性肥料长期施用有关。同时，长期施用KCl，因作物选择吸收所造成的生理酸性的影响，能使缓冲性小的中性土壤逐渐变酸。此外，氮肥在通气不良的条件下，可进行反硝化作用，以NH３、N２的形式进入大气，大气中的NH３、N２可经过氧化与水解作用转化成HNO3，降落到土壤中引起土壤酸化。化肥施用促进土壤酸化现象在酸性土壤中最为严重。土壤酸化后可加速Ca+2、Mg+2从耕作层淋溶，从而降低盐基饱和度和土壤肥力。
3、土壤养分失调
从土壤养分平衡和持续利用等方面着眼，可以清楚地看到化肥的高浓度化既带来了经济效益的提高又带来了新的问题，即大量高浓度肥料的使用，增加了作物产量，同时也加大了土壤中微量元素的耗竭。
大多数中低浓度的化肥品种中就含有大量的中微量元素，且价格低。如过磷酸钙和钙镁磷肥等低浓度化肥，其中不仅是含磷，还含有中量元素Ca、S、Si等，对于农田中量元素归还是不可忽视的。随着高浓度肥料的发展，中低浓度肥料生产量逐年减少，中量元素被作为杂质淘汰了，归还的来源相对减少，加之普遍采用高产品种后，作物对养分需求量提高，中、微量元素的需求量也相应提高，从而出现了农田中、微量元素的亏缺问题。
4、破坏土壤结构
长期大量地使用氮肥特别是大量施用铵肥，铵离子进入土壤后在其硝化作用的过程中释放出氢离子，使土壤逐渐酸化。铵离子能够置换出土壤胶体微粒上起联结作用的钙离子，造成土壤颗粒分散，从而破坏了土壤团粒结构。致使土壤严重板结，最终丧失了农业耕种价值。
（二）肥料不当施用对作物的危害
作物就和人一样，吃得太饱不仅不利于成长，还会不利于健康。肥料施用过多，会使土壤溶液中养分浓度过高，会灼烧种子，伤害幼苗，使作物生长受到抑制，并出现中毒反应。氮肥施用过量，会使作物出现徒长、贪青晚熟，容易倒伏并招致病虫害侵袭，最终导致空秕率增加，千粒重下降，产量反而降低。磷肥施得过多作物不仅营养期缩短，成熟期提前，出现早衰，而且容易造成锌、铁、镁等营养元素缺乏，影响作物品质。钾肥或中、微量元素施用过量，对作物生长也同样不利。
（三）肥料不当施用对产品的危害
长期大量偏施某种化肥，导致作物营养失调，体内部分物质转化合成受阻，造成产品品质降低，如现在的瓜果吃起来不甜，蔬菜吃起来不香，并且容易腐烂，不能存放，其原因都是化肥施用不当。氮肥中含有硝酸盐，进入人体后变成亚硝酸盐，会引起消化系统的癌症；磷肥中含有放射性元素铀、钍、镭等，能引起人的肺、肝、胃和骨质损害；其它重金属元素也会随农产品给人体产生伤害。
（四）肥料过量施用对环境的危害
1、污染水域
施肥对水域的污染主要由肥料中的营养元素（特别是氮素营养）和有害物质随降水和土壤水分运动进入水域造成的。大量施用化学肥料，是导致农作物种植区域水体污染的主要原因。水体富营养化导致水生植物如某些藻类过量增长，其死亡以后腐烂分解，耗去水中的溶解氧，使水体脱氧，引起鱼、虾、贝大量窒息死亡，使水质变差，并进一步发出恶臭，失去饮用价值，甚至不能用于农田灌溉。
2、污染大气
与大气污染有关的营养元素是氮。长期大量施用氮素化肥，必然会对大气产生污染。氮肥对大气的污染主要有氨的挥发，反硝化过程中生成的氮氧化物的挥发。氮氧化物对大气的臭氧层有破坏作用，是造成地球温室效应的有害气体之一。在温室大棚中，如果氮氧化物浓度过高，会产生酸雾对植物产生伤害，表现为叶片脱色，并伴有细胞皱缩和焦枯，在潮湿条件下或在夜间要比干燥或白天受害程度重。未充分腐熟的有机肥如果施在土表会散发恶臭，施入通气不良的土壤中会产生甲烷、硫化氢等有害气体，这对大气也会产生一定污染。
（五）防治肥料危害的途径
1、大力推行测土配方施肥
在作物施肥上要一改过去传统方式，变盲目施肥为测土配方施肥，合理利用化肥。在配方施肥过程中不断完善施肥参数，如土壤养分现状测试、不同作物不同生长阶段需肥状况、作物最佳经济施肥量等，制定最佳经济施肥量，最大限度提高肥料利用率。同时积极改造中低产田，提高土壤保水保肥能力，减少肥料损失。
通过测土配方施肥，协调大量元素与中、微量元素之间的关系，增施中、微量元素、生长剂及复合生物生长剂，使养分平衡供应，促进作物体内营养快速转化，减少有害物质的积累，促使作物抗病、防病并增加产量、提高品质。
2、增加有机肥在配方施肥中的比重
有机肥具有养分全、肥效长、无污染的特点，高效有机肥可增加土壤有机质含量，提高土壤蓄水、保肥能力，改善土壤的理化性状和团粒结构，提高农产品品质。因此农业生产中要提倡增施有机肥，种植绿肥作物，推广秸秆还田、合理轮作等措施，提高土壤有机质含量，增强土壤肥力。
3、加大生物肥的利用
生物肥料能通过自身所含有的微生物分泌生理活性物质，能起到固氮、解磷、解钾、分解土壤中的其他微量养分，提高化肥和有机肥的利用率，改善土壤的理化性状，使土壤能供给作物各种养分，促进作物生长，提高作物产量和产品品质，同时还能分解土壤中的有害化学物质和杀死有害菌群，减少化肥、农药的残留量及有害病菌。如根瘤菌肥、磷细菌肥，可大力推广。
元素全息化
植物生长需要各种各样的营养元素肥料。目前，已经被世界植物学家确认为植物生长、发育、开花、结果所必需的营养元素肥料主要有16种，它们包括大量元素：氮、磷、钾，中量元素：镁、钙、硅、硫，微量元素：硼锌锰铜铁和钼。
上述16种营养元素，虽然植物需要量有多有少，然而它们和氮、磷、钾肥一样重要，各有各的用途，不可替代，如果我们只重视施用氮、磷、钾肥，而忽视施用中量元素肥料和微量元素肥料，那么这些营养元素肥料将长期得不到补充，长此下去，植物生长就会不正常，就会出现各种各样的症状，导致产量降低、质量变劣。国内有很多地区缺少这些中、微量元素，大约51.1%的耕地缺锌，46.8%的耕地缺钼，34.5%的耕地缺硼。因此，科学种田，提高化肥效率，必须重视中、微量元素肥料的施用。
在化肥工业生产中，为了适应农业生产的要求，已从单质肥料生产为主逐渐转向复混肥料为主，实现有机无机相结合、大量元素与中微量元素相结合、甚至与生长剂和农药相结合，今后多元素、全养分的肥料必将成为发展的热点。
