化肥最早是1840年德國科學家李比希在總結前人研究成果的基礎上，批判了腐質營養學說而提出礦質營養學說。1843年，第一種化學肥料——過磷酸鈣在英國誕生，1870年德國生產出鉀肥，20世紀初合成氨研制成功。我國早在西周時就已知道田間雜草在腐爛以后，有促進黍稷生長的作用。《齊民要術》中詳細介紹了種植綠肥的方法以及豆科作物同禾本科作物輪作的方法等；還提到了用作物莖稈與牛糞尿混合，經過踐踏和堆制而成肥料的方法。在施肥技術方面，《氾勝之書》中有詳細敘述，強調施足基肥和補施追肥對作物生長的重要性。唐、宋以后隨著水稻在長江流域的推廣，施肥經驗日益積累，從而總結出“時宜、土宜和物宜”的施肥原則，即施肥應隨氣候、土壤、作物因素的變化而定。隨著近代化學工業的興起和發展，各種化學肥料相繼問世。隨后，復合肥料、微量元素肥料和長效肥也先后得到廣泛應用。
化肥的使用，對促進農業生產具有十分重要的作用。我國自古就有“有收無收在于水，多收少收在于肥”之說。肥料是作物的糧食，施肥是促進作物生產的一種有效的手段，目前我國肥料的投入占農民整個生產性投資的50%左右，在糧食增產中的貢獻率為40%左右。但隨著作物肥料施用量逐漸增加同時也存在一些問題，如化肥大量不合理投入引起產品品質下降、土壤結構惡化、化肥利用率低、環境污染。
隨著化肥施用技術與化肥工業技術的提高，化肥數量、品種、品質有了很大的改善，農業生產中的肥料總投入量日益增大，作物產量也得到相應提高，與此相適應，化肥工業也會逐步向高濃復混化、利用高效化、釋放可控化、殘留安全化和元素全息化方向發展，以提高化肥的應用效率和土地的綜合效益，同時對施肥技術也提出了更高的要求。
高濃度復混肥料
復混肥料是指氮、磷、鉀三種養分中，至少有兩種養分標明量的化學方法和（或）摻混方法制成肥料。按其總養分含量可分為高濃度(≥40%)、中濃度(≥30%)、低濃度(≥25%)，高濃度復混肥料是指養分含量≥40%的復混肥料，它是化肥發展的必然趨勢。
我國把復合肥作為復混肥料中的一種，在美國，復合肥料與摻混肥料是同義詞，在歐洲一些國家兩者含義不同。復合肥料在其生產過程中發生顯著的化學反應，如磷酸銨類肥料、硝酸磷肥、硝酸鉀和磷酸鉀等；摻混肥料在生產過程中只是簡單的機械混合。
（一）高濃度復合肥優點
1、養分含量高、營養元素多
復混肥料的養分含量一般比較高，總養分含量在40%以上，營養元素種類較多，一次施用復混肥料，至少同時可供應作物兩種以上的主要營養元素。副成分也相應較少，例如磷酸銨不含任何無用的副成分，其陰、陽離子均為作物吸收的主要營養元素，由于副成分少，對土壤不利影響較小。
2、結構均勻
高濃度復混肥料養分分布比較均一，在造成顆粒后與粉狀或結晶狀的單元肥料相比，結構緊密，養分釋放均勻，肥效穩而長。
3、物理性狀好
復混肥料一般多制成顆粒，吸濕性小，不易結塊，便于貯存和施用，特別便于機械化施肥。
4、節省貯運費用和包裝材料
由于復混肥料中副成分少，有效成分含量一般比單元肥料高，所以能節省包裝及貯存運輸費用。例如：每貯運1噸磷酸銨，約等于貯運過磷酸鈣及硫酸銨共4噸。
（二）高濃度復混肥料缺點
1、養分含量比例固定難以滿足不同需求
養分的比例固定，而不同土壤、不同作物所需的營養元素種類、數量和比例是多樣的，難以滿足各類土壤和各種作物的需要。近年來各地測土配方施肥技術得到廣泛應用，各地土肥部門大量的土壤調查測試，根據不同土壤養分狀況、作物需肥特點和自然環境條件，制訂了系列配方施肥方案，通過復混肥料與單質肥配合、作物需肥特點與施用時間配合、作物目標產量與最佳施肥量配合，進行科學配方施肥，在這方面進行了卓有成效的工作，并取得了良好的效果。
2、高濃度復混肥料作為基肥施入造成肥料浪費
高濃度復混肥料作為基肥施用，由于前期被吸收利用的較少，容易隨水分流失，而在作物的營養生長和生殖生長的旺盛時期，可能會出現供肥不足，不僅使作物減產減收，而且產生資源浪費和環境污染。
3、容易導致土壤生態環境惡化
由于高濃度復混肥料純度較高，中量和微量元素很難摻入，如果不能配合施用有機肥和中微量元素肥料，勢必會導致土壤生態環境的惡化，出現各種各樣的作物缺素癥和生理性病害，使肥料報酬率大幅度降低，直接影響到產量、品質和成本。目前緩釋、控釋等新型肥料的應用對這一不足有一定程度改善，但還有待進一步改進。
4、降低肥料報酬率
根據當前農村施肥現狀，氮肥、磷肥等大量元素肥料的施用量已不是主要問題，問題的關鍵是如何減輕元素之間的相互拮抗，提高肥料的利用率。高濃度肥料的不足就是：降低肥料報酬率，提高農業成本。
利用高效化
高效利用是國際公認的21世紀肥料發展方向之一。有研究證明在我國化肥的當季利用率氮肥為30%～35%，磷肥為10%～25%，鉀肥為35％～50%，低于發達國家15～20個百分點。施入土壤中的大部分養分流失、揮發和固定。隨著肥料投入量的增加，肥料利用率則出現逐年遞減趨勢，施用越多損失也隨之遞增。以氮肥為例，我國在20世紀60年代利用率約為60％，70～80年代為50%～40％，到90年代則下降到35%～32％，直接造成資源的巨大浪費。
化工部原部長顧秀蓮曾經說過：如果我們將化肥的利用率提高5％～10％，那么我國就可以不進口化肥。中國石油和化工協會會長譚竹洲也說過：以全國化肥產量8700萬噸計算，化肥利用率提高5％，就意味著在不增加設備投資和能耗的情況下，每年增產400多萬噸化肥。這是多么驚人的數字！
化肥利用率受肥料特性、土壤特性、施肥量、作物品種、土壤持水量等因素的影響，只有肥料養分得到充分利用，才能降低成本，增加收益。要提高化肥利用率必須從提高施肥技術和改進肥料生產工藝兩方面入手。
（一）提高施肥技術
1、測土配方施肥
測土配方施肥是以土壤測試和肥料田間試驗為基礎，根據作物需肥規律、土壤供肥性能和肥料效應，在合理施用有機肥料的基礎上，提出氮、磷、鉀及中、微量元素等肥料的施用數量、施肥時期和施用方法。
測土配方施肥技術的核心是調節和解決作物需肥與土壤供肥之間的平衡，有針對性地補充作物所需的營養元素，作物缺什么元素就補充什么元素，需要多少補多少，實現各種養分平衡供應，滿足作物的需要，達到提高肥料利用率、減少用量、提高作物產量、改善農產品品質和節本增收的目的。測土配方施肥的實施能減少肥料投入5%～10%，提高肥料利用率3～5%，提高作物產量8%～10%，能有效防止盲目過量施肥造成的資源浪費和環境污染以及施肥不足或不平衡影響作物產量。
2、化肥深施
據測試，碳酸氫銨表施5天氮素損失13.8%，深施7cm 5天損失0.88%，碳酸氫銨、尿素深施地表以下6～10cm的土層中比表面撒施氮肥當季利用率分別由27%和37%提高到58%和50%，分別相對提高115%和35%。由此可見，化肥深施可提高其肥效利用率。
氮、磷、鉀肥均宜深施。氮肥深施可以防止氨的揮發，并減少雨水淋溶和地表徑流的影響，水田里能防止反硝化作用導致氨氣的逸失。磷肥、鉀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，播種、移栽或生長期中進行開溝條施、穴施等。
由于作物根系都有趨肥性，化肥深施可使根系向下扎，擴大根系生長量，增強作物吸收養分、水分的能力，能顯著提高作物抗倒伏、抗旱能力，從而提高作物產量。
化肥采用條施、穴施的方式深施，有利于肥料的集中施用，肥料與土壤接觸面小，營養元素被固定的程度較低，有效時間比撒施的長，有利于提高化肥利用率。
3、重視有機肥料施用
施用有機肥料最重要的一點就是增加了土壤的有機物質。有機質的含量雖然只占耕層土壤總量的百分之零點幾至百分之幾，但它是土壤的核心成分，是土壤肥力的主要物質基礎。有機肥料對土壤的結構、養分、能量、酶、水分、通氣和微生物活性等有十分重要的影響。
有機肥料含有植物需要的大量營養成分，含有N、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn、B、Mn等多種礦質元素，可全面持久地供給作物營養，有很長的后效。由于有機肥料中各種營養元素比較完全，而且這些物質完全是無毒、無害、無污染的自然物質，這就為生產高產、優質、無污染的綠色食品提供了必須條件。有機肥料含有多種糖類，施用有機肥增加了土壤中各種糖類。有了糖類，有了有機物在降解中釋放的大量能量，土壤微生物的生長、發育、繁殖活動就有了能源。人們常認為有機肥料種植的作物品質較好，是由于有機肥料能為植物提供全面均衡的營養成分，為作物正常生長提供了必要條件。
缺乏有機肥料，偏重施用化肥，降低了農作物的抗逆能力，包括抗病蟲、抗倒伏、抗寒、抗旱等，致使減產和產品品質降低。同時惡化了土壤的物理、化學及生物學性狀，破壞了土壤中營養元素的正常比例，導致土壤肥力下降。
但是單一使用有機肥料也有存在養分含量低，不易分解，不能及時滿足作物高產的要求，應與適量化肥配合施用。常見的有機肥料資源有：農家肥料、農作物秸稈、綠肥、沼氣發酵肥和商品有機肥料等。
4、充分利用肥料之間的協同作用避免拮抗作用
協助作用是指某一離子的存在，能促進另一離子被吸收。拮抗作用是指某一離子的存在，抑制另一離子的吸收。
據研究表明，陰離子對陽離子一般都有協助作用。如Cl-能促進植物對K+的吸收，NO-3可促進Mg+2的吸收；Ca+2在低濃度情況下能促進K+、NH4+等一價陽離子的吸收，但濃度太大則有抑制作用；K+與Mg+2之間有拮抗作用，K+對Mg+2拮抗強烈、Mg+2對K+較弱；Ca+2與Mg+2有拮抗作用；K+與NH4+之間有人認為存在拮抗，也有人認為沒有拮抗，意見還不一致；陰離子如Cl-、NO-3、H2PO4-之間也存在拮抗作用。如在酸性土上施用石灰或較多的鉀肥，可能誘發作物缺鎂；施用氮素過多 植物葉片中的P、K、Cu、Zn、Mn等元素的含量卻相應減少，就是說多量的氮素影響了這些元素的吸收和利用。元素間的相互作用有強有弱，所以在生產上要注意這種關系。
（二）積極開發肥料新產品
積極開發新型肥料，化肥生產企業應積極開發包膜型緩控釋肥、抑制劑型緩控釋肥、增效劑型緩控釋肥、氨基酸螯合肥等新技術的化肥新品種，以滿足長效、高效、低耗、無污染要求。
釋放可控化
近年來，生產緩釋、控釋等新型肥料成為發展趨勢。釋放可控化是指緩釋、控釋等新型肥料，緩釋肥料就是使可利用的養分緩慢釋放。控釋肥料研究提出一些新的構思。如用框架結構的大分子有機物質把養分包裹起來，由于框架結構的破壞速度不同而形成養分的釋放速度不同；用分解速度不同的包膜材料分層包裹，而達到養分的釋放速率不同；把分解速度不同的顆粒按一定的比例混合等。但要達到真正控釋，還有待技術進一步改進。
（一）緩控釋劑特點有以下特點：
1、延長肥料有效期
只需一次底施，作物終生受益，節省勞力。肥料加入緩控釋劑可使肥料有效期由原來的50～60天，延長到90～120天，使緩控釋劑肥料真正實現一資投入，不再追肥，可滿足農作物整個生育期對養分的需求。
2、提高養分利用率
可控緩釋肥料可提高養分利用率，減少施肥量，節省肥料，降低成本。緩控釋肥料，氮、磷、鉀三元素綜合利用率由原來的30%～40%提高到50%～60%，通過控制土壤中生化環境，降低轉化尿酶活性達到緩釋與高效，并通過控制Ca、Mg、Al等高價離子活性提高磷素活性從而達到雙控釋效果，比樹脂包膜、硫包衣比單純氮肥效果有很大提高。
3、增加作物產量，促進作物早熟
由于控釋肥具有緩慢釋放和調控的功能，可使營養元素達到長效化，減少了養分大量流失，與其他肥料比較，在同等養分含量的施肥水平下，可使大量作物平均增產20%，經濟作物增產25%～35%，促早熟5～7天。
4、提高作物抗逆性
能延長葉綠素壽命，增加光和作用，促進根系生長，增加作物內桿物質合成，提高作物抗逆、抗旱、抗病蟲害等。
5、綠色環保性
由于提高肥料綜合利用率，減少肥料對環境的排放，降低化合物中硝酸鹽的含量30%～35%，從而起到了綠色環保、提高糧食品質、保護土壤肥力、保護生態環境作用。
6、有效期具有可控性
通過技術控制可生產出60、90、120天不等釋放時間的可控氮肥，滿足生長期不同的各種農作物需求。
（二）使用可控緩釋肥料應注意的問題
由于可控緩釋肥料相對于普通速效肥料價格較高，只有用于適合的作物和地區，才能拉開與速效肥料肥效的差距，發揮其優勢，達到所期望的經濟環境和社會效益。為此，在施肥方面建議：
1、優先用于濕熱地區或生長期長的作物
可控緩釋肥料最好用于濕熱地區、生長期長的作物、肥水流失較嚴重地區。在降雨量大的地區速效肥料易隨水流失，在炎熱地區，肥料養分的轉化較快，不易保持在土壤中，在這些地區使用控緩釋肥料，會有較好的效果。
2、不同的土壤和作物應選用不同釋放時間和配比的肥料
由于控釋肥料前期養分釋放較慢，在作物的苗期，單獨施用控釋肥料可能會出現苗期缺肥的現象，所以，一般在施用控緩釋肥料時，要與速效肥料配合施用。要根據不同的土壤質地和溫度選用不同的速效和控釋肥料的配比。例如：沙性土壤和溫度較高時，施用控釋肥料比例增加，粘性土壤和較低溫度時控釋肥料比例降低；水稻施肥由于養分吸收集中在生育前期，應施用釋放期較短的肥料；玉米施肥，由于生長后期也需大量養分，應使用釋放期較長的肥料。
3、根據肥料特性，采用不同耕作和施肥方式
一些作物為了避免肥料燒苗，肥料與種子相隔一定距離，此種施肥方式降低了肥料利用率，由于控釋肥料釋放緩慢，避免了燒苗現象，可進行肥料與種子的接觸施肥，提高肥料利用率。
殘留安全化
肥料的施用，能提高農作物的產量，但由于長期施用不當，常使很多肥料流失、富化、揮發，從而引起環境污染，導致生態系統失調。我國化肥施用量大，利用率低，對土壤與環境污染嚴重，影響農業的持續發展。主要表現在以下幾個方面：
（一）肥料過量施用對土壤的危害
1、土壤重金屬和有毒元素有所增加
產生污染的重金屬主要有Zn、Cu、Co和Cr。從化肥的原料開采到加工生產，總是給化肥帶進一些重金屬元素或有毒物質，其中以磷肥為主。目前我國施用的化肥中，磷肥約占20%，磷肥的生產原料為磷礦石，它含有大量有害元素F和As，同時磷礦石的加工過程還會帶進其他重金屬Cd、Hg、As、F，特別是Cd。另外，利用廢酸生產的磷肥中還會帶有三氯乙醛，對作物造成毒害。研究表明，無論是酸性土壤、微酸性土壤還是石灰性土壤，長期施用化肥還會造成土壤中重金屬元素的富集。如長期施用硝酸銨、磷酸銨、復合肥，可使土壤中As的含量達50～60 mg/kg。隨著現代畜牧業的發展，飼料添加劑應用越來越廣泛，飼料添加劑往往含有一定量的重金屬，這些重金屬隨畜糞便排出，以有機肥料的形式進入土壤，對土壤造成污染。隨著進入土壤有毒元素的增加，土壤中有效有毒元素含量也會增加，作物吸收有毒元素的量隨之增加，從而影響人類健康。
2、土壤酸化加劇
長期施用化肥加速土壤酸化。一方面與氮肥在土壤中的硝化作用產生硝酸鹽的過程相關。首先是銨轉變成亞硝酸鹽，然后亞硝酸鹽再轉變成硝酸鹽，形成H+，導致土壤酸化。另一方面，一些生理酸性肥料，比如磷酸鈣、硫酸銨、氯化銨在植物吸收肥料中的養分離子后，土壤中H+增多，許多耕地土壤的酸化和生理性肥料長期施用有關。同時，長期施用KCl，因作物選擇吸收所造成的生理酸性的影響，能使緩沖性小的中性土壤逐漸變酸。此外，氮肥在通氣不良的條件下，可進行反硝化作用，以NH３、N２的形式進入大氣，大氣中的NH３、N２可經過氧化與水解作用轉化成HNO3，降落到土壤中引起土壤酸化。化肥施用促進土壤酸化現象在酸性土壤中最為嚴重。土壤酸化后可加速Ca+2、Mg+2從耕作層淋溶，從而降低鹽基飽和度和土壤肥力。
3、土壤養分失調
從土壤養分平衡和持續利用等方面著眼，可以清楚地看到化肥的高濃度化既帶來了經濟效益的提高又帶來了新的問題，即大量高濃度肥料的使用，增加了作物產量，同時也加大了土壤中微量元素的耗竭。
大多數中低濃度的化肥品種中就含有大量的中微量元素，且價格低。如過磷酸鈣和鈣鎂磷肥等低濃度化肥，其中不僅是含磷，還含有中量元素Ca、S、Si等，對于農田中量元素歸還是不可忽視的。隨著高濃度肥料的發展，中低濃度肥料生產量逐年減少，中量元素被作為雜質淘汰了，歸還的來源相對減少，加之普遍采用高產品種后，作物對養分需求量提高，中、微量元素的需求量也相應提高，從而出現了農田中、微量元素的虧缺問題。
4、破壞土壤結構
長期大量地使用氮肥特別是大量施用銨肥，銨離子進入土壤后在其硝化作用的過程中釋放出氫離子，使土壤逐漸酸化。銨離子能夠置換出土壤膠體微粒上起聯結作用的鈣離子，造成土壤顆粒分散，從而破壞了土壤團粒結構。致使土壤嚴重板結，最終喪失了農業耕種價值。
（二）肥料不當施用對作物的危害
作物就和人一樣，吃得太飽不僅不利于成長，還會不利于健康。肥料施用過多，會使土壤溶液中養分濃度過高，會灼燒種子，傷害幼苗，使作物生長受到抑制，并出現中毒反應。氮肥施用過量，會使作物出現徒長、貪青晚熟，容易倒伏并招致病蟲害侵襲，最終導致空秕率增加，千粒重下降，產量反而降低。磷肥施得過多作物不僅營養期縮短，成熟期提前，出現早衰，而且容易造成鋅、鐵、鎂等營養元素缺乏，影響作物品質。鉀肥或中、微量元素施用過量，對作物生長也同樣不利。
（三）肥料不當施用對產品的危害
長期大量偏施某種化肥，導致作物營養失調，體內部分物質轉化合成受阻，造成產品品質降低，如現在的瓜果吃起來不甜，蔬菜吃起來不香，并且容易腐爛，不能存放，其原因都是化肥施用不當。氮肥中含有硝酸鹽，進入人體后變成亞硝酸鹽，會引起消化系統的癌癥；磷肥中含有放射性元素鈾、釷、鐳等，能引起人的肺、肝、胃和骨質損害；其它重金屬元素也會隨農產品給人體產生傷害。
（四）肥料過量施用對環境的危害
1、污染水域
施肥對水域的污染主要由肥料中的營養元素（特別是氮素營養）和有害物質隨降水和土壤水分運動進入水域造成的。大量施用化學肥料，是導致農作物種植區域水體污染的主要原因。水體富營養化導致水生植物如某些藻類過量增長，其死亡以后腐爛分解，耗去水中的溶解氧，使水體脫氧，引起魚、蝦、貝大量窒息死亡，使水質變差，并進一步發出惡臭，失去飲用價值，甚至不能用于農田灌溉。
2、污染大氣
與大氣污染有關的營養元素是氮。長期大量施用氮素化肥，必然會對大氣產生污染。氮肥對大氣的污染主要有氨的揮發，反硝化過程中生成的氮氧化物的揮發。氮氧化物對大氣的臭氧層有破壞作用，是造成地球溫室效應的有害氣體之一。在溫室大棚中，如果氮氧化物濃度過高，會產生酸霧對植物產生傷害，表現為葉片脫色，并伴有細胞皺縮和焦枯，在潮濕條件下或在夜間要比干燥或白天受害程度重。未充分腐熟的有機肥如果施在土表會散發惡臭，施入通氣不良的土壤中會產生甲烷、硫化氫等有害氣體，這對大氣也會產生一定污染。
（五）防治肥料危害的途徑
1、大力推行測土配方施肥
在作物施肥上要一改過去傳統方式，變盲目施肥為測土配方施肥，合理利用化肥。在配方施肥過程中不斷完善施肥參數，如土壤養分現狀測試、不同作物不同生長階段需肥狀況、作物最佳經濟施肥量等，制定最佳經濟施肥量，最大限度提高肥料利用率。同時積極改造中低產田，提高土壤保水保肥能力，減少肥料損失。
通過測土配方施肥，協調大量元素與中、微量元素之間的關系，增施中、微量元素、生長劑及復合生物生長劑，使養分平衡供應，促進作物體內營養快速轉化，減少有害物質的積累，促使作物抗病、防病并增加產量、提高品質。
2、增加有機肥在配方施肥中的比重
有機肥具有養分全、肥效長、無污染的特點，高效有機肥可增加土壤有機質含量，提高土壤蓄水、保肥能力，改善土壤的理化性狀和團粒結構，提高農產品品質。因此農業生產中要提倡增施有機肥，種植綠肥作物，推廣秸稈還田、合理輪作等措施，提高土壤有機質含量，增強土壤肥力。
3、加大生物肥的利用
生物肥料能通過自身所含有的微生物分泌生理活性物質，能起到固氮、解磷、解鉀、分解土壤中的其他微量養分，提高化肥和有機肥的利用率，改善土壤的理化性狀，使土壤能供給作物各種養分，促進作物生長，提高作物產量和產品品質，同時還能分解土壤中的有害化學物質和殺死有害菌群，減少化肥、農藥的殘留量及有害病菌。如根瘤菌肥、磷細菌肥，可大力推廣。
元素全息化
植物生長需要各種各樣的營養元素肥料。目前，已經被世界植物學家確認為植物生長、發育、開花、結果所必需的營養元素肥料主要有16種，它們包括大量元素：氮、磷、鉀，中量元素：鎂、鈣、硅、硫，微量元素：硼鋅錳銅鐵和鉬。
上述16種營養元素，雖然植物需要量有多有少，然而它們和氮、磷、鉀肥一樣重要，各有各的用途，不可替代，如果我們只重視施用氮、磷、鉀肥，而忽視施用中量元素肥料和微量元素肥料，那么這些營養元素肥料將長期得不到補充，長此下去，植物生長就會不正常，就會出現各種各樣的癥狀，導致產量降低、質量變劣。國內有很多地區缺少這些中、微量元素，大約51.1%的耕地缺鋅，46.8%的耕地缺鉬，34.5%的耕地缺硼。因此，科學種田，提高化肥效率，必須重視中、微量元素肥料的施用。
在化肥工業生產中，為了適應農業生產的要求，已從單質肥料生產為主逐漸轉向復混肥料為主，實現有機無機相結合、大量元素與中微量元素相結合、甚至與生長劑和農藥相結合，今后多元素、全養分的肥料必將成為發展的熱點。
