植物的“粮食”

我们每天需要吃350~500克的谷物，500~700克的蔬菜水果，300~350克的鱼肉蛋奶和25克的油脂。其他动物每天也需要摄入足够的营养来维持自身的生理活动。狮子、老虎一类的肉食类动物需要吃肉，山羊、骆驼一类的草食类动物需要吃草，另外还有杂食类动物和食腐动物等，它们也都需要通过吃东西来摄入营养。可是植物呢？植物通过“吃”什么来摄取营养呢？

去过大森林的人可能知道，当人站在大森林里的时候，脚下是踩着一层厚厚的东西的，通常也比较松软。脚下的那层东西有落叶，有小树枝，有剥落的树皮，还可能有各种昆虫和小动物的尸体和粪便。这些东西经过微生物的分解，就会进入土壤，变成腐殖质。腐殖质再经过分解，会重新被植物吸收，成为植物的一部分。

腐殖质是土壤中有机质的主要组成部分，主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等营养元素组成，颜色一般呈暗棕色或黑色。腐殖质为植物生长提供了充足的养分和能量，是植物的“食物”。我国著名的东北“黑土地”，就是自然形成的肥沃土壤。由于其中含有非常丰富的腐殖质，庄稼生长得非常好，所以东北地区一直是我国粮食主产区之一。

小实验

土壤中的有机质

取一小撮土壤，放在耐火的容器里，在火上灼烧。过一会儿就能闻到一股臭味。这是由于土壤中含有各种有机质，特别是蛋白质之类含有氮和硫元素的物质，它们受热分解之后释放小分子化合物，产生味道。

植物生长需要的元素主要分成以下几类：

碳、氢、氧：在植物体内含量最多。植物作为有机体，主要就是由各种有机物和水组成的。植物体内绝大部分成分包含这三种元素。

氮、磷、钾：氮元素的作用相当重要，它不光是构成蛋白质、核酸、磷脂的主要成分，还存在于叶绿素、各种酶、维生素之中，需要的量很大。磷是构成DNA的重要成分，它与蛋白质合成、细胞分裂与生长都有关系。钾可作为细胞内多种酶的活化剂，且在细胞合成、调节渗透压等方面有重要作用。

钙、镁、硫和其他微量元素：钙能稳定生物膜结构，保持细胞的完整性，镁是构成叶绿素的关键元素，硫参与合成蛋白质。其他微量元素也有在植物体内组成各种酶的作用。

其中，碳、氢、氧虽然需要的量很大，但是植物可以从空气和水中吸收；那些微量元素虽然在土壤中含量相对较低，可是植物需要的量也比较低。只有氮、磷、钾这三种元素，植物需要量比较大，土壤中也易缺乏，如果能人为添加，会让植物长得又快又好。1840年，德国人尤斯图斯·冯·李比希（1803~1873）首次发现了这一点，从此人类逐渐开始在农业中应用化肥来提高产量。

时间到了20世纪初期，德国又出现了一位化学家弗里茨·哈伯（1868~1934），发明了通过氮气和氢气合成氨的方法——哈伯法。我们知道空气中约有78%是氮气，不过氮气之间由键能很强的三键连接，无法直接被植物吸收利用。哈伯法以空气中取得的氮气和由甲烷制得的氢气为原料，大规模生产出了氨。作为产品的氨经过一系列后续加工，在战时可以生产大量炸药，在和平年代则可以生产农作物大量需要的化肥。这极大地促进了世界农业的发展，使人类生产的粮食可以养活更多的人口。据估算，全人类身体中一半的蛋白质中的氮都是由这种方法固定的。

化学加油站

哈伯法合成氨

哈伯法是工业上通过氮气和氢气生产氨的过程。反应方程式如下：

条件为高温高压和催化剂。
这一反应经过约100年的研究和发展，工艺已经十分成熟。反应是在高温高压的合成塔中完成的。氮气和氢气从合成塔上部进入，经过热交换器和催化室，一部分氮气和氢气发生了反应。随后三者的混合气要经过冷凝器，将氨气液化分离，剩下的氮气和氢气继续加入合成塔，形成循环。这样做节省原料，循环利用。

人们利用氨水可以进一步生产出硝酸钾、硝酸铵、尿素等许多种类的化肥，这些化肥曾经长期地服务农业生产。不过时至今日，化肥生产厂家根据各地土壤状况的不同，已经很少再生产单一肥料，而转为生产各种复合肥了。复合肥相较单一化肥，具有营养成分高、元素多、副成分少、施用方便的优点。

不过，化肥虽好，也不可施用过量。过量施用化肥，除浪费资源外，就像人吃饱了还要吃东西一样，会导致植物“消化不良”，出现倒伏、病虫害增多等现象。更严重的是，长期过量施用化肥会导致土壤酸化、板结等一系列问题。长期的雨水冲刷还会污染地下水和附近河流，使水体富营养化，藻类大量繁殖，破坏水体生态平衡。我们在使用化肥的时候，一定要注意适量、科学地施用，才能达到最好的效果。

想办法“喂饱”植物，也就是喂饱人类自己。随着科技的发展，我们一定能发明出植物更喜欢的“食物”，提高粮食产量。到那时，世界的每一个角落都不会再有饥饿的存在。 itSNZyCbh3YM6lLoI4yTfq2UyHioukMrrwLLBcpXiKtqDRYngbNufQ8nxE3rbexB