在农业发展的漫长历史进程中，对植物生长所需肥料和营养的认知不断演变。今天，让我们一同回顾这些重要的科学进展，探索现代无土栽培和化学农业背后的知识。

早期学说：水、土与腐殖质学说的朴素认知

    无土栽培早期，人们对肥料、水分等的认知源于水学说、土学说和腐殖质学说。这些学说虽然朴素，却为后续研究奠定了基础。腐殖质学说揭示了有机物对植物生长的影响，其本质涉及碳氢氧等构成有机质的关键元素。水学说和土学说则让我们初步认识到矿物质对植物生长的重要作用。在这个时期，人们还对植物的呼吸作用和光合作用展开了研究。通过在封闭玻璃箱中养老鼠的实验，科学家发现植物能够释放氧气，证明了植物呼吸和光合机理。还有科学家将植物叶片放入水中，观察到叶片释放氧气，加深了对碳氢氧的认知。

原子学说与光合作用、呼吸作用的关联

    1803年，化学家道尔顿提出原子学说，指出物质由不生不灭的元素组成，原子按不同数量关系组合成分子和化合物。这一理论为后续研究植物的光合作用和呼吸作用提供了重要基础。基于此，有科学家通过之前封闭玻璃箱中老鼠的实验，得出植物光合作用和呼吸作用与二氧化碳和氧气相关的结论。同时，科学家还发现植物根系具有选择吸收能力，明确了植物无法直接吸收空气中的氮气。

李比希矿物质学说：现代化学农业的基石

    1840年，李比希矿物质学家提出矿物质学说，这是植物肥料吸收理论的重大突破。在此之前，众多科学家的研究以及化学肥料制造工艺的进步为其奠定了基础。1828年，科学家用氢酸钾和硫氨合成尿素，首次实现无机物质合成有机物；1831年，智利发现硝酸钠，推动了化肥制备工艺的发展。1834年，科学家通过苜蓿的豆科作物轮作试验，发现微生物能固定大气中的氮，进一步了解了自然界氮肥的获取途径。1839年，有科学家从灰分中分析出作物生长至少涉及铁、锰、镁等多种元素，尽管当时分析并不全面，但为后续研究提供了方向。

    李比希的矿物质学说认为，植物通过离子化吸收肥料，阳离子因根系带负电吸收耗能少，阴离子则因电荷排斥需消耗呼吸能量来吸收。此后，众多科学家不断研究，丰富了肥料种类，完善了矿物质学说。1860年，沙奇斯通过水培和沙子做介质的实验，提出作物生长必须的十种元素，随着时间推移，其他科学家逐步补齐了元素种类，形成了完整的元素平衡吸收认知。

元素研究的拓展与渗透压的探索

    随着仪器设备的不断发展，对微量元素的研究逐渐深入。铜、钼、氯、硼、锰、锌等元素在不同时期被研究，发现它们大多与酶的关系密切，对作物生长起到关键作用。例如，1931年科学家提出铜元素对作物生长的机理，1938年发现钼元素，1954年确定氯元素的研究成果，硼元素则在1857年被从植物体中分离，1914年在玉米水培实验中深入研究，1923年英国在农场对其机理进一步探索，锰元素的研究相对较早，1897年科学家研究了锰与酶的关系，1914年对锌元素展开研究。

    在元素研究过程中，科学家还对渗透压进行了研究。不同植物细胞液浓度和渗透压不同，对肥料的吸收选择性和耐肥性也存在差异。营养液浓度用电导率（EC值）表示，其本质就是渗透压。不同作物对EC值要求不同，如草莓根系阳离子代换率低，蛋白含量少，对营养液浓度要求不高，否则易烂根。

深海肥料与未来农业构想

    深海肥料元素种类丰富，在元素周期表的90多种元素中，深海肥料中估计含有六七十种甚至七八十种，但其获取困难。20年前，有人利用美国学生提供的深海肥料种出直径1.2米、高度近1米的青菜。在《未来农业》一书中构想，将太平洋、大西洋的深海海水抽到撒哈拉沙漠，形成巨大的海水灌溉农业区。深海海水氯化钠含量低，很多时候是恐龙时期的水，这或许与恐龙时期植物、动物的巨大性有关。每次海啸后，农作物丰产，渔业产量倍增，如印尼海啸后甘蔗长到6米多高，玉米也长得非常高。

草木灰的价值与分根雾培法的应用

    草木灰富含钾、钙、镁、磷以及各种微量元素，是植物燃烧后不能释放掉的矿物质元素。它不仅是优质肥料，早上有露水时撒到叶片上还能防治病虫害。以前人们种地用草木灰加人粪尿（氮肥），肥料就足够了。发达国家一直焚烧草木灰加以利用，我国早几年曾禁用，如今两会提议恢复，因为它能减少化肥使用，降低病虫害，解决连作障碍问题，对农业食品安全具有重要意义。

    未来栽培可采用双根雾培法，一边用基础营养液配方，一边用草木灰浸出液并适当添加氮肥。还可以构建分根雾培栽培设施，将植物根系分开，一半根在基础营养液槽确保正常生长，另一半根在装有草木灰浸出液或其他元素的槽中，吸收更多有机物中的元素以及小分子维生素和氨基酸。

植物生长潜力与栽培技术创新

    植物生长潜力巨大，2007年培育的空心菜占地面积100多平方，总重量达400来斤；给根系部分装空调的瓦文甜瓜，有200多个瓜，每个三四斤到四五斤重。现在采用克隆栽培方式，未来一亩地可以只种一颗番茄、甜瓜或西瓜。从环境和肥料两方面发力，加上栽培技术创新，植物的潜能和潜力将得到更大发挥。

    农业是应用科学，需要在生产一线不断实践。实验室的科研成果很多在生产一线难以应用，真正的专家是那些每天在一线工作的人。草木灰可直接放水里泡，用100目左右纱布过滤后，可用于雾培和分耕雾培。叶面肥作为追肥，很多物质都可使用；根肥则需要基础营养液打底，再添加其他浸出液。

    回顾农业科学的发展历程，我们看到了人类对植物生长认知的不断深化，以及在栽培技术和肥料应用方面的持续创新。未来，随着研究的不断深入，农业发展必将迎来更加辉煌的篇章。