前一段时间和朋友聊天的时我问了他一个问题，你说改革开放之后粮食增产的主要因素是什么？这个朋友在80年代是做过一段时间农民的，他脱口而出的答案是“化肥”。当我再把问题细化了一下再问到，你觉得分田到户的机制，含杂交稻在内的育种，化肥的普遍使用，这三个因素哪个更重要？因为他也没法量化，答案自然是“都重要”。
这个都重要可以从分田到户的前后几年的粮食产量得到部分佐证，1978年之前4年粮食平均产量为2.82亿吨，1978年开始分田到户，当年粮食增产7.3%，随后的1979年和1980年相对于2.82亿吨增产约15%左右。这15%的增产的取得既有分田到户的机制变化，也有化肥普遍使用的功劳，当然，也有育种推广的作用，因为袁老1973年宣布杂交稻培育成功，1976年国家开始推广杂交稻。分田到户的机制变化并没有带来粮食产量非常大的增加，但机制上改变作用更多的体现的是对农村劳动力的释放，毕竟就那么点农田，就那么点农活，把大量农民都通过集体“上工挣工分”的方式锁定在村里，无法创造出其他的价值。分田到户生产承包之后，一个家庭可能就忙两季，每一季可能也就10多天，其他时间虽然也持续的会有些施肥，打药和除草的活，但总体工作量并不大，农民可以做很多其他创造效益的事情，比如养更多的猪，养更多的鸡，也可以做一些小买卖，家庭人口多的还可以到南方打工。这一篇重点是在分田到户和育种之外，主要说说中国化肥产业的发展和进步。虽然几百年之前没有化肥化工业，但无论是亚洲还是欧洲，所有的农民都知道将粪肥用作农作物的肥料品种，农家肥也是化肥工业诞生之前农业的唯一肥料来源。
进入18世纪以后，科学技术的研究步入快车道，农作物营养学的科学研究从18世纪中叶开始也进入了化学家们的研究范畴。首先是德国化学家李比希（J.von Liebig, 1803-1873）1840年在出版的《化学在农业及生理学上的应用》书中创立了植物矿质营养学说和养分归还学说，核心结论是只有矿物质才是绿色植物唯一的养料，有机质只有当其分解释放出矿物质时才对植物有营养作用；作物从土壤中吸走的矿物质养分必须以肥料形式如数归还，否则土壤将日益贫瘠。矿质营养学说和养分归还学说的创立为化肥工业的兴起奠定了理论基础，也为解决世界粮食问题和提高人们的生活水平做出了巨大贡献。李比希还预言农作物需要的营养物质将会在工厂里生产出来，不久，他的预言就得以实现。1843年，第一种化学肥料——过磷酸钙在英国诞生；1850年前后，英国发明出最早的氮肥；1861年，德国首次开采钾盐矿；1909年，德国两个化学家合作发明了合成氨方法，解决了氮肥大规模生产的技术问题。1910年，巴斯夫公司建立了世界上第一座合成氨试验工厂，1913年建立了工业规模的合成氨工厂，年产量为7000吨。
图：巴斯夫第一批合成氨反应器，现在作为纪念碑矗立在位于德国路德维希港巴斯夫公司总部对面。化肥有明确的农业需求，技术突破之后就是化肥工业的快速发展，随之而来的就是化肥品种的不断丰富，产量不断提升，从而支撑了粮食和农作物产量不断提升，从20世纪中期的6.3亿吨提升至2021年的27.8亿吨，全球人口也在2022年突破了80亿，而这个数字在1950年仅为25亿。化肥主要分为氮肥，磷肥和钾肥三大类，氮肥主要是促进枝叶生长，提高植物对营养的吸收，磷肥可以促进开花结果，籽粒饱满，从而增加产量，钾肥能增强植物的抗病、抗旱、抗寒、抗倒伏及抗盐能力。
新中国成立的时候，中国化肥生产能力几乎为0，全国化肥产量仅为6000吨，相对中国20亿亩以上的农田来说几乎说是没有，就是得到了苏联的工业化的帮助，产量也是仅仅提升到几十万吨量级，远远满足不了农业生产的需求。
第一个五年计划时期，苏联对新中国工业领域的156个援助项目。1957年，中国从苏联引进的3套氮肥装置之一的吉林化肥厂建成试生产。同时引进的兰州和太原两厂于1958年、1961年相继投产，到1961年，中国化肥产量超过45万吨，但相对当年消耗的88万吨还有很大差距。与此同时，中国年仅几十万吨的产量和消费量，与美国超过300万吨的产量及消费量，差距是巨大的。1957年，大连化工厂技术人员用石灰窑和氨反应造出碳酸氢铵，我国化学家候德榜迅速赶过去考察，并提出了碳化法制造碳酸氢铵的新的技术路线。两年后技术基本成熟，并在大连建设了一个小型的合成氨工厂。成熟运作之后化工部开了现场会，已经是化工部副部长的候德榜开始推动在全国建立小型的氮肥化工厂，一般设计规模为3000-5000吨氨。1963年，中央和国务院批示，发展氮肥主要靠大中型厂，适当发展小氮肥作为补充，各地方按此指示建设了一批小氮肥，全国几乎每一个县都有小氮肥，数量超过1000家。化肥生产的原理都知道，难的是大规模生产便宜的化肥。如果尿素的售价是10万元一吨的话，水稻只有长出金麦穗才能收回化肥的成本。虽然中国建了1000多个小氮肥厂，但这些厂的产能受限，生产效率和生产成本比较高，解决少量的燃眉之急可以，但无法普遍适用。与此同时，国外的化肥生产技术不断进步，国内差距越来越大，于是，在外汇非常困难的情况下，20世纪70年代初，国务院决定在3-5年内引进价值43亿美元的成套设备，通常称为“四三方案”，之后在这个方案的基础上又追加了一批项目，引进总额51.4亿美元。成套设备引进主要是以化纤和化肥为主，自然是为了解决中国老百姓的吃饭穿衣的实际困难，其中化肥项目13个，占26个引进项目数量的一半，当然，总金额上占比并不是很高，因为化工项目及钢铁项目的投资金额要高很多。
四三方案中的化肥厂
这些化肥项目签约集中在1973年-1974年，建设周期普遍是3-5年，因此大多数项目投产都已经是1977年之后了，中国1975年化肥产量仅500万吨，主要是小氮肥，到1980年，化肥产量已经超过1200万吨，产能提升一倍多。化肥产量的提升正好与分田到户及育种推广凑在一起，三个因素一起促进了粮食产量的提升。
改革开放之前的化肥产能算是解决了化肥的基本需求，随着国内经济的发展，国家经济实力也逐渐增强，在加大原有化肥厂技术改造的同时也加强了自主设备的研制，为进一步国内化肥产量的进一步增加打下良好的基础。自主技术包括的内容比较多，其中之一原料结构的切换。国外化肥产业很多是以石油天然气为原料，我国石油天然气的储量并不丰富，但煤炭储量非常丰富，因此化肥行业在解决最初的有无问题之后就开始考虑经济性的问题，煤炭逐渐成为化肥行业的主要原料之一。自主技术的另外一部分就是关键设备的自主化生产，因为化肥生产很多环节是高温高压，技术要求是很高的，国产化肥厂从原来引进成套生产线，再到引进关键设备，再到关键设备自主生产，化肥厂成套设备的国产化率从10%到中后期超过90%，大大降低了化肥厂的建设成本，为中国化肥产量腾飞奠定了基础。
以1980年1200万吨化肥为基数，经过10年的发展，到1990年，国内化肥产量达到1879万吨，但此时的化肥还是属于供不应求阶段，中国还会进口大量化肥。再经过10年的发展，到2000年的时候，国内化肥产量达到3000万吨，之后国内的化肥产量持续增长，在2015年达到了产量巅峰，7400万吨，之后产量开始调头向下。化肥产量下降的原因也不复杂，因为过度使用化肥会带来了土壤板结、酸化、水体富营养化等一系列问题，对农业生态安全和农产品质量安全形成严重威胁。2015年，国家提出“化肥零增长”的战略：到2020年，我国化肥施用量维持现有水平并逐步降低施用量，提高肥料利用率，精准施肥，减少化肥滥用，使用有机肥替代化肥。全球近年2亿吨左右的氮磷钾三类化肥中，氮肥是化肥的主流，约占55%左右，磷肥25%左右，钾肥约20%。1961年全球化肥产量约3000万吨，到2020年全球化肥产量约为2亿吨。中国化肥产量在60年代起步之时和发达国家相比相去甚远，到1988年的时候成为产消大国，但国内产量还不能满足需求，到2019年的时候，中国是化肥出口大国之一。如下几组数据都来自于公众号《现代化工》2023年第一期文章《世界肥料产业发展趋势及展望》。
1961年美国是最大的氮肥生产国和消费国，而此时中国的化肥产量仅为47.5万吨，消费量是88万吨，这也意味着并不富裕的中国也进口了不少氮肥。到1988年，中国的氮肥产量增加到1365万吨，但消费量却达到了1820万吨，也就是说中国氮肥进口量上升到了近500万吨。2019年情况就完全不一样了，中国生产了3000万吨氮肥，自己消费了2400万吨，还有600万氮肥出口。美国的氮肥基本是自产自销，俄罗斯成为最大的氮肥出口国，印度和巴西是主要的氮肥进口国。
1961年美国同样是最大的磷肥生产国和消费国，1961年前10位磷肥生产国和消费国全部是发达国家，没有任何发展中国家在前10名。到1988年，前苏联成为磷肥最大的生产国和消费国，中国产量已经排名第三，但消费是全球第二，美国的产量远超消费，因此有大量的磷肥出口。到2019年，中国成为最大的磷肥生产国和消费国，生产量远超消费，也就是说有大量的磷肥出口。值得注意的是摩洛哥因为拥有全球70%的磷储量而成为第四大磷肥生产国，也是最主要的磷肥出口国。
钾肥的生产就更集中，在1961和1988年，前10位的钾肥生产国生产了几乎100%的钾肥，即便到2019年，前10位的钾肥生产国仍然生产了约96%的钾肥，其中加拿大、俄罗斯及白俄罗斯是三大钾肥生产国，产量超全球6成，这和这三个国家有丰富的岩石钾盐矿有关。中国钾肥的钾主要是来自于青海察尔汗盐湖和新疆罗布泊盐湖，受限于产能和产量，钾肥是中国唯一不能自给的化肥，年进口量超过600万吨。总体来说，中国大化肥产业算是从1974年起步，改革开放初期“四三方案”引进的化肥厂全部投产，中国化肥产量达到千万吨量级，随着经济发展和技术进步，中国化肥产量快速增长，并成为主要的化肥出口国之一（氮肥和磷肥），与此同时，受限于钾盐资源，中国也属主要的钾肥进口国之一。大国一般都会强调农业自给，也就是我们经常看到“中国人的饭碗要端在自己手里”，粮食的自给除了最重要的18亿亩耕地之外，足够的化肥也是粮食持续增产的重要支撑，没有化肥就不会有40年时间里粮食产量翻番。 
