庄稼要长得好，离不开氮肥。无论是小麦、玉米、水稻，还是蔬菜、果树，氮都是植物长叶、拔节、开花、结果的重要营养。过去，氮肥主要依靠大型化工厂集中生产，再经过运输、储存和销售，最后送到田间地头。这套体系支撑了现代农业的发展，但也存在生产过程能耗高、运输链条长、施肥不够灵活、尿素有效利用率低、土壤酸化等问题。

  为什么空气里有氮，植物还会缺氮？

  空气中大约78%都是氮气。看起来，氮资源非常丰富，几乎取之不尽。但问题在于，空气中的氮气非常“稳定”，植物不能直接吸收利用。对植物来说，空气中的氮气就像一袋没有开封的粮食，看得见，却吃不到。

  植物真正需要的是铵态氮、硝态氮等容易吸收的形态。传统工业生产氮肥，就是先把空气中的氮气转化成氨，再进一步制成各种肥料。这个过程通常需要高温、高压和大量能源，因此如何用更清洁、更灵活的方式把空气变成肥料，一直是农业和化工领域关注的重要方向。

  传统制肥像“中央厨房”，但距离农田太远。现代氮肥工业主要依靠Haber-Bosch合成氨和Ostwald氧化工艺生产硝酸铵等肥料。这些技术支撑了全球粮食生产，但也需要高温、高压和大量能源，还会带来碳排放。更重要的是，传统氮肥通常集中在大型化工厂生产，再经过运输、储存和施用进入农田。

  它适合大规模生产，却不容易根据作物不同生长阶段灵活调节供肥量。未来智慧农业更需要一种新模式：在农场附近，按需生产，随需随用。

  “打开空气”+“做成肥料”，农场门口产出液态氮肥

  近日，北京化工大学段雪院士团队赵宇飞教授团队围绕绿色氮肥合成提出了一种新思路：利用空气和水，在温和条件下制备植物可以吸收利用的液态氮肥。

  这项技术的核心，可以用一句话概括。先把空气中的氮“激活”，再把它转化成液态氮肥。空气提供氮源，水参与转化过程，电能则为反应提供动力。最终得到的硝酸铵溶液中，既含有铵态氮，也含有硝态氮，都是作物可以吸收利用的重要营养形式。

  和传统集中制肥不同，这一路线更强调“靠近农田”和“贴合作物需求”。也就是说，未来氮肥不一定都要从远处的大型工厂运来，而可以在农场、温室、设施农业基地或农业园区附近就地生产，原料就是空气、水分、阳光，通过催化的力量，最后利用水肥一体化系统输送到作物根部。这项研究的核心，可以用一句话概括：把空气和水变成植物能吸收的液态氮肥。

  这项技术的重要想象空间，在于它有望服务分布式农业生产。未来，小型制肥系统可以放在农场附近，以空气和水为原料，根据作物生长阶段生产液态氮肥。

  比如，作物刚出苗时，对氮肥需求较少，可以少量供应；到了快速生长期，叶片和茎秆迅速生长，对氮肥需求增加，就可以提高供肥量。这样一来，施肥不再是“凭经验一次撒下去”，而更像给作物配餐：什么时候需要，就什么时候供；需要多少，就供多少。

  这种模式有几个明显好处。第一，可以减少肥料长距离运输和集中储存带来的成本与风险。对于硝酸铵等含氮肥料而言，长距离运输和集中储存还需要严格的安全管理，一旦遇到高温、撞击、污染或管理不当等特殊情况，可能引发安全事故甚至爆炸风险。第二，可以根据作物长势精准供肥，减少浪费。第三，液态肥料更容易与滴灌、水肥一体化系统结合，直接送到植物根部，提高利用效率。

  未来农业：让作物按需“吃饭”

  未来，如果这类制肥设备与太阳能光伏发电、智能传感器和水肥一体化系统结合，就有望形成更加智能的农业生产方式。

  例如，田间传感器可以监测土壤湿度、养分含量和作物生长状态；系统根据数据判断作物是否缺肥；制肥设备再根据需要生产一定量的液态氮肥，并通过滴灌系统送到植物根部。这样一来，施肥就不再是“凭经验一次撒下去”，而是像给植物配餐一样，按需供应、精准利用。

  对于农业生产者来说，这种模式有望减少运输和储存环节，提高肥料利用率；对于生态环境来说，也有助于减少过量施肥带来的氮素流失；对于未来智慧农业来说，它提供了一种“空气—水—电—肥料—作物生长”相连接的新路径。

  从空气中取氮，把水变成肥料载体，再把液态氮肥送到作物根部，这听起来像未来农业的图景。但随着等离子体、电催化和智能农业技术的发展，这样的“田边制肥站”正一步步从科学设想走向现实。

  作者：孙秋红 北京化工大学化工资源有效利用全国重点实验室 在读博士生

  科学审核：赵宇飞 白晓觉 北京化工大学化工资源有效利用全国重点实验室

  统筹：林佳欣 武玥彤

  支持单位：北京化工大学