合成化學：現代農業的基石
合成化學為人類的生存發揮了不可替代的作用。19世紀以前，農業上所需氮肥的來源主要是有機物的副產品，如糞類、種子餅及綠肥等，這顯然不能滿足當時農業的需求。由於大氣主要成分就是氮氣，因此如何將大氣中極其穩定的氮氣轉化成可以被植物利用的物質形式即所謂的“固氮”，一直是科學家關注的重大課題。
利用氮、氫為原料合成氨的工業化生產曾是一個挑戰性課題，從第一次實驗室研製到工業化投產，經曆了150多年的時間。1909年，德國人哈伯在600℃、200個大氣壓下，用金屬鋨作催化劑，以6％的收率成功地在實驗室中獲得合成氨，開啟了合成氨的新紀元。後來德國人博施進一步改進了這一技術（以鐵為催化劑），成為著名的“哈伯—博施法”合成氨過程。合成氨的原料來自空氣、煤和水，是最經濟的人工固氮方法。今天，合成氨已經成為最為重要的化工產品之一，世界上每年合成氨產量超過2億噸，以合成氨為原料的尿素產量達到1.5億噸，在國民經濟和社會發展中占有重要地位。合成氨的工業技術結束了人類完全依靠天然氮肥的曆史，農業上使用的其他氮肥，例如硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮複合肥，也都是以合成氨為原料的。合成氨技術作為20世紀最重要的發明，顯然是當之無愧的。由於這項革命性的合成技術，哈伯和博施分別獲得了1918年和1931年諾貝爾化學獎，而德國化學家埃特爾通過研究“哈伯—博施法”，闡明了合成氨相關表麵的反應機理，為合成氨催化劑的研究以及反應的控製指明了更為理性的途徑，因此獲得2007年度諾貝爾化學獎。
合成氨和合成尿素的發展為農作物的生長提供了充足的養料，而合成化學對農業的貢獻遠不止於此。大量事實表明，合成材料如農用薄膜、滴灌管材、合成農藥等同樣為現代農業做出了巨大貢獻。如果不施用農藥，世界糧食產量將因受病、蟲、草害的影響而損失1/3。舉例來說，在美國，如果不使用農藥，農作物和畜產品將減產30％，而農產品的價格將增長50％～70％。由於美國是最大的糧食出口國，這個幅度的下降，會造成世界性的饑荒。不止如此，如果要彌補單產下降所引起的糧食供給減少，就必須開墾大量的土地，這必然會造成自然環境的破壞，更多的天然雨林或者森林植被要被用來進行農業生產；如果不用除草劑，人工除草不僅會大大增加農產品的生產成本，土壤流失的風險也將急劇增加；如果不用殺菌劑，不僅花生的產量將下降60％多，由病菌產生的天然毒素（毒性可能強於某些農藥）的量也可能會急劇增加，對人類的健康產生威脅。隨著世界越來越開放，外來生物的入侵愈演愈烈，如果一個外來生物入侵，不用化學農藥應急處理，而僅依靠生物方法則很難在短期內實現完全控製。除了依靠改良品種、提高栽培技術、應用轉基因技術以及使用農機、化肥等措施以外，使用農藥這一不可或缺的生產資料來防治病蟲草害，是提高農作物單產的一個十分重要的手段。我國糧食作物由於使用化學農藥，每年挽回的糧食損失達5800萬噸。對於我國這樣一個人口眾多、耕地緊張的大國，農藥在緩解人口與糧食的矛盾中發揮了極其重要的作用。
不可否認的是，農藥的長期大量使用，對環境、生物安全和人體健康都可能產生較大的不利影響。20世紀曾一度被廣泛使用的農藥滴滴涕（DDT）就是一個典型的例子，這給科學家們提出了一個不容回避的現實問題：在充分肯定農藥的有利作用的同時，如何充分認識農藥對生態環境和人體健康產生的危害以及如何防治農藥對環境的汙染危害。這既是一個挑戰，但同時也為合成化學提供了一個更為重要的舞台。縱觀農藥的發展曆史，從所謂的第一代農藥到第五代農藥，特別是第三代的昆蟲生長控製劑、第四代的昆蟲行為控製劑和第五代的昆蟲心理控製劑，由過去的殺生、高毒、廣譜到現在的控製、低毒、選擇性農藥，這是合成化學與其他科學相互協作、相互促進的結果。
同時我們也應該看到，近些年來提倡的“回歸天然”、“有機食品”等概念已經深入人心，使得農藥似乎成了一個公眾敏感的詞彙，尤其是在當今食品安全堪憂的語境下，兼以不斷湧現在公眾麵前的晦澀的化學名詞，如“三聚氰胺”、“化學火鍋”、“塑化劑”等等，更是將化學推向了“妖魔化”的境地。於是有人建議：人們不要食用任何一種連它的化學名字都讀不出來的東西。若真的遵循這樣的原則，恐怕沒有一個人能存活下去，因為就連我們平日食用的白砂糖都不是所有人能讀得出它的化學名稱。將一些化學物質用於食品領域並不是化學學科的錯誤，這不僅需要執法機關的嚴格篩查，也需要化學家的科普宣傳，以減少公眾對化學的誤解和負麵印象。
【責任編輯】龐 雲