19世纪中叶，英国农业迈向了高效化、集约化的新模式，被称为“高产农业”（high farming），这一时期英国的农业单位面积产量增速显著，有效解决了人口增长带来的粮食不足的问题［1］(P230)。与传统农业相比，高产农业呈现了农业科学化的特点，强调农业科学的实验性，从经验农业转向了实验农业。最早将科学实验应用于农业研究的是农业化学领域，1840年,“有机农业之父”尤斯图斯·冯·李比希（Justus von Liebig）发表《有机化学在农业和生理学中的应用》，标志着农业化学科学的形成［2］(P49)，李比希提出的植物“矿物质营养学说”成为化学肥料的理论基础。此外，农业机械化程度不断加深，蒸汽机与农业机械的结合有效提高了农业生产率，由此形成了农业机械科学。在此期间，英国出现了一批专门进行农业科学研究的组织与实验室，宣传农业科学知识、展示农业科研成果，极大地推进了19世纪英国农业的发展。
一、人工肥料与化学肥料
在中世纪英国庄园的敞田上，人们一般实行轮耕制以保持土壤肥力，但是在三圃轮作制中，总会有三分之一的土地处于休耕状态，没有任何收成。到了18世纪，英国逐渐流行诺福克四圃轮作制，这种新的轮作制把土地分为四部分，分别种植小麦、芜菁、大麦、三叶草等作物，每年依次轮换，这样既能够收获农作物、积累土壤肥力，也满足了牲畜饲料需求［3］(P601)。进入19世纪，人们不断探究提升土壤肥力的新方法，骨头和鸟粪等人工肥料开始在农业种植中使用，到了19世纪40年代后，磷肥、钾肥和氮肥等化学肥料的出现，大幅度提升了土壤肥力，成为英国农业产量增加的重要因素。
早在1815年前后，林肯郡的农民就已经将野兽的骨头用于农业，骨头被碾成细碎的骨粉撒入土壤，为农作物提供了磷酸盐和氮，被认为是1815～1830年林肯郡农业产量迅猛提升的重要原因［4］(P68)。骨肥逐渐受到英国农民的青睐，受到骨肥滋养的土地面积也不断扩大。数据显示：19世纪20年代初有6万英亩，19世纪30年代大约有10万英亩，19世纪50年代上升到15万英亩［4］(P69-70)。19世纪40年代，秘鲁的鸟粪又成为英国农民使用的另一大肥料。1839年，英国从秘鲁进口鸟粪已成规模，但是由于秘鲁的鸟粪储藏有限，大约在1870年前后，英国无法再次进口鸟粪，只能使用其他肥料代替［3］(P616)。随着骨肥和鸟粪的大量使用，化学家们又将目光投向了城市污水，试图探寻污水中暗含的肥料价值，通过对鸟粪同等肥力价值的转换来计算污水的价值。李比希曾在19世纪40年代估算伦敦污水的价值达到了约408万英镑［5］（P126)。将城市污水回收成为农业肥料出售，不仅可以获得经济效益，还有利于城市卫生建设。19世纪60年代，伦敦有两家回收污水的公司获得了成功［5］(P128)。实际上，利用人工手段将骨头、鸟粪和城市回收污水撒入土壤以提升肥力，与以往利用休耕或植物轮换来积累肥力的方式大有不同，人工肥料的获取途径和使用方式更为省力，且施肥有效。骨头和鸟粪能够向农作物提供所需的营养物质磷酸盐，被称为“天然磷肥”，随后化学磷肥被发明出来。兽类骨头和粪等不再直接施用于土壤，而是被加工处理为高浓度化学肥料——磷肥［4］(P70)。
磷肥的发明者是英国著名化学家约翰·班纳特·劳斯（John Bennet Lawes），他在哈普敦附近有一个农场，由于劳斯频繁进行化学实验和田地试验，故而在农场建立了洛桑（Rothamsted）实验站。劳斯的农场也使用了当时流行的骨肥，但是他发现自己田地的农作物产量没有增加，也就是说骨肥并不适合所有类型的土壤，这一现象激发了劳斯的研究兴趣。通过在小块田地上进行试验，劳斯得出的结论是骨头中的磷酸盐对萝卜和卷心菜的影响最大［6］(P1134)。1838年，劳斯在利用硫酸溶解骨头中所含的磷酸盐时，发现了过磷酸钙，将这种灰白色物质碾成碎粉撒入土壤时，会提升农作物产量，这种通过硫酸处理磷酸盐材料（骨头和磷矿石等）而产生的过磷酸钙就是磷肥［6］(P1134-1135)。1843年，为了研究氮对农作物的影响，劳斯开始了一次大规模的田地实验，并邀请化学家约瑟夫·亨利·吉尔伯特（Joseph Henry Gilbert）作为助理。通过对试验田小麦和土壤样本的分析，证明农作物生长需要氮，但是其本身无法“固定”大气中的氮，需要种植豆科植物固氮，或是直接向土壤提供肥料氮［7］(Pv)。随后，劳斯对植物所需的营养物质氮进行了研究，于1850年前后发明了氮肥。
劳斯发明了最早的化学肥料——磷肥，但是化学肥料的理论基础是由“农业化学之父”尤斯图斯·冯·李比希奠定的。1840年，李比希转向了化学和农业的交叉领域，利用化学知识和实验方法对土壤、植物和动物进行研究。在他的代表作《有机化学在农业和生理学中的应用》中，李比希提出了著名的“植物矿物质营养说”和“归还说”。李比希认为植物所需要的养分是钾、镁、磷等无机矿物质，骨头、粪便、动植物遗体等肥料是被分解为无机物之后，植物再进行吸收。李比希的“植物矿物质营养说”驳倒了之前流行的“腐殖质学说”，成为化学肥料（无机肥料）的理论基础［8］(P703-704)。同时，李比希指出农作物的生长需要吸收土壤中的矿物质，一味地消耗营养会让土壤变得贫瘠，这时候要向土壤归还被吸收的养分，归还的途径就是使用肥料［9］(P130)。“植物矿物质营养说”和“归还说”两大学说的联合，为化学肥料奠定了坚实的理论基础，此后李比希不断深化研究成果，于1850年发明了钾肥。
李比希关于化学肥料的理论学说以及磷肥、钾肥和氮肥的高效肥力，吸引了农民的注意力，19世纪中叶后，英国化学肥料的使用量大幅增加，“1864年至1877年的13年里，农民使用的化肥吨位翻了一番”［4］(P71)。与此同时，巨大的化肥消耗量也推动了化肥工业的发展，1838～1876年，英国磷肥（过磷酸钙）制造工业每年使用近50万吨磷矿［10］(P12)。化肥制造过程中需要使用硫酸，19世纪80年代，英国硫酸的年总产量约90万吨，化肥工业使用的硫酸量可占总产量的三分之一以上［4］(P72)。以此来看，在19世纪英国农业的发展过程中，化学肥料是不可或缺的重要内容。
二、农业机械化
土地和劳动力是构成农作物产量增加的两大重要因素。19世纪化学技术的进步为土壤带来高效肥力，可以被称为“土地节约型”技术，机械技术应用于农业则属于“劳动节约型”技术［11］(P91)。当土地与劳动力两方面都有巨大进步时，英国农业便走向了“高产农业”模式。与化学和生物技术相比，机械技术在农业领域的应用更为复杂。由于农业生产的特殊性，农业机械化过程并非一帆风顺，除了与机械本身的大小型体以及可移动性有关外，更多受到劳动力供应程度的影响。
较早在英国普及的农业机械是谷物脱粒机。脱粒是指谷物收割后将茎秆和籽粒进行分离的工作，在农业生产过程中是一道重要程序。当谷物产量较高时，手动脱粒就成了极其耗时且费力的工作。1786年，苏格兰工程师安德鲁·米克尔（Andrew Meikle）发明了以水车为动力的脱粒机，节省了劳动力。虽然脱粒机比人工手动脱粒效率更高，但是与劳动力价格相比，脱粒机还是比较昂贵，再加上存在不少以脱粒工作维持生计的农民，一用机器便失业，故而在19世纪初期脱粒机使用范围不大。拿破仑战争（1806～1815）期间，由于英国兵力的扩充，农村劳动力出现短缺，脱粒机作为节省劳动力的重要手段逐渐被农民接受。直到战争结束后，脱粒机并没有因为农村劳动力变得充足而被弃用，此时脱粒机带来的优势不仅是节省劳动力，更能够节约脱粒时间使谷物及时出售，从而提升谷物的出售价格［12］(P7-8)。到19世纪30年代，脱粒机的数量有所增加，但却减少了农民的就业机会，从而引起了农村骚乱。1830年，英格兰东南部的东肯特郡农村地区爆发了骚乱，骚乱者砸毁的492台农业机械中有452台是谷物脱粒机，到1832年共有21个不同的郡爆发了2000多起骚乱［12］(P8)，从农村骚乱的范围来看，农业机械尤其是脱粒机的使用已经较为广泛了。
19世纪英国农民接受并使用谷物脱粒机最初的原因是劳动力短缺，这也吻合了发明农业机械的根本动机；但是当人力充足而资本稀缺时，农业机械的吸引力会大大降低，故而劳动力的供应情况是影响农业机械普及程度的重要因素。此外，谷物脱粒机之所以能够在众多农业机械中脱颖而出，较早在英国普及，也反映出农业机械化过程的另一个特点，就是固定机械比移动机械被率先采用［11］(P95)。由于农业以农作物生产过程为基础，农作物的生产是连续性的，故而农业生产也只能依次进行，不能形成类似工业制造过程的分工模式，更依赖于人力，限制了机器的优势［13］(P16)。同时，农作物生产需要机械的可移动性，但移动机械对技术的要求更高，因此农业机械化初期阶段多为脱粒机和抽水机等固定机械，移动机械通常出现在农业机械化的中后期。
随着机械技术的进步和农业的发展，到19世纪60年代，蒸汽动力被应用于农业领域，“蒸汽犁的形象开始主导人们对农业的想象”［14］(P454)。蒸汽犁是19世纪中后期英国农业生产过程中使用较多的一种移动农业机械，由英国工程师约翰·福勒（John Fowler）发明创造。1826年，福勒出生于英国威尔特郡的一个富商家庭，21岁时他放弃了经商，转而进入一家工程技术公司，接触了蒸汽知识，怀着对机械浓厚的兴趣以及对农田耕种情况的担忧，福勒开始研发新的农业机器。在1850年的英国皇家农业协会会议上，福勒展示了他的绳索牵引犁，但是使用的动力是马匹。福勒对绳索牵引犁的动力来源不断改进，最终于1854年发明了蒸汽绳索牵引犁，当需要耕种时，将带有绞盘的蒸汽机放在田地边缘，通过绞盘上的绳索牵引犁具。1862年，福勒与利兹制造商合伙建立公司，专门生产蒸汽绳索牵引犁，并向世界各地销售［15］(P461)。福勒发明的蒸汽绳索牵引犁在19世纪60年代是非常先进的农业机械，萨瑟兰第三公爵观看了约翰福勒公司雇员对蒸汽绳索牵引犁的示范后，决定在他位于苏格兰北部的庄园使用这种机器，利用最新的蒸汽技术来进行萨瑟兰土地围垦［16］(P208-209)。
19世纪70年代，英国农业机械化程度不断加深，已经有超过四分之一的粮食收获实现了机械化［13］(P45)。除了谷物脱粒机和蒸汽绳索牵引犁外，收割机的使用量也有所提高，1859年收割机总共有约4000台，到了1874年增加至8万台，其中有大约一半的收割机是在1870～1874年间购买的［17］(P45)。农业机械化中后期，从土地耕种、农作物收割、谷物脱粒来看，农业生产过程基本实现了机械化，节省了劳动力与农用时间，与化学肥料相辅相成，从土地和人力两方面共同促进了英国农业的发展。
三、农业科研组织与农业教育
19世纪化学技术与机械技术在农业领域的有效应用，是农业科学进步的一种表现，农业科学研究从经验转向了实验。1843年，罗塔姆施泰德实验站和爱丁堡实验室相继建立，专门从事各类农业科学实验。化学肥料和农业机械的有效推广离不开英国皇家农业协会和高地农业协会的努力，在协会举办的展览会上，各类优秀的农业科学成果得到了人们的关注。此外，农业教育作为传播农业科学知识的重要平台，在农业科学家与民众之间建立了联系，让有抱负的大农场主和农民提升了农业素养，使得农场管理和农作物种植更科学、高效。
英国皇家农业协会（Royal Agricultural Society）于1838年创立，“科学实践”是学会成员的座右铭，协会第一任主席厄尔·斯宾塞（Earl Spencer）曾表示“农民应该通过适合他们的科学而获益， 农业需要更广泛的科学应用”［18］(P148)。为了更好地鼓励化学、生物和机械的试验，传播农业科学知识，推广农业技术和成果，协会一般定期举行展览会。自1842年起，协会所举办农业展览会的地点实行了轮换制度，英格兰和苏格兰被分成9个区，每个区轮流举办展览，具体的主办城市由该地区的城市竞争［19］(P41)。随着农业科学的进步，农业展览会展出的物品数量不断增加，1841年在利物浦农业展览会上展示了312件，到了1876年伯明翰农业展览会上，共有6414件物品被展出［19］(P54)。农业展览会也吸引了越来越多的人观看，参观者由1853年的3.6万人上升至1876年的16万人［19］(P54)。在旧的英国农业委员会解散，国家农业部还未建立期间，英国皇家农业协会在农业技术和农业科学知识的传播中占据主导地位［20］(P204)。以促进英国农业发展为目标的另一个农业协会是高地农业协会（Highland Agricultural Society），1784年在苏格兰的爱丁堡成立，高地农业协会会员虽然带有区域名称，但被视为是全国性的［21］(P3)。举办农业技术与农业机械竞赛是高地农业协会的重要活动形式，在1857年苏格兰佩思郡竞赛中，约翰·福勒成功地展示了他的蒸汽耕作设备，获得了协会颁发的200英镑奖金［16］(P212)。英国皇家农业协会和高地农业协会为最新的农业技术和农业科学知识提供了交流与展示的平台，具体的农业科学成果则多由科研人员在实验站中研发。世界上最古老的农业研究站是1843年创建的英国洛桑实验站，其创建者是英国著名化学家约翰·班纳特·劳斯。在洛桑实验站里，劳斯发明了磷肥和氮肥，并和化学家约瑟夫·亨利·吉尔伯特首次进行了大规模、长时期的田地试验，将田地实验和实验室研究相结合，有效分析了不同类型的无机肥料和有机肥料对农作物的影响［9］(P131)。洛桑实验站创办的同一年里，爱丁堡实验室也在苏格兰建立，与私人建立的洛桑实验站不同的是，爱丁堡实验室是由苏格兰化学协会支持的，该协会其实是一个农业自愿组织，因此爱丁堡实验室的研究内容离不开化学和农业［11］(P245)。
随着农业科学的不断发展，农业科学的教学方面也逐渐受到重视，在英国皇家农业协会的帮助下，位于赛伦塞斯特的皇家农业学院（The Royal Agricultural college）于1843年创建。皇家农业学院是一所专门从事农业教育的学院，传播农业科学知识、培养农业技术人才，学院受到英国皇家的支持和庇护，拥有皇家特许状以及颁发证书的权利［22］(P453)。皇家农业学院的农业教育分为理论和实践两部分，把“农业科学理论知识的教学与实际农场管理的培训相结合”［13］(P61)， 扩大农业教育的范围，各类型的农业学习者都可以获得自己所需的知识和经验。到了19世纪90年代，英国的农业教育有了较大发展，1894年成立农业教育协会（Agricultural Education Association），协会成员曾经大都从事过教育工作，他们在协会中代表着与农业有关的一些机构，通过成员之间的交流和鼓励，推动农业教育以及农业研究的发展［23］(P173)。此外，英国第一所公立农业学校也于1894年建立，即位于英格兰肯特郡的东南农业学院（South-Eastern Agricultural College），该农业学校由公共资金支持，专门为民众提供农业教育［23］(P174)。
19世纪英国的农业科学研究和农业教育最大的特点就是私人化，无论是英国农业科学协会和实验站，还是农业教育协会和学院，都是由皇家、私人、社会团体等支持的，英国政府并未参与其中。这一时期，英国盛行自由放任主义政策，对科学技术的创新和培训一般都留给私人企业，直到19世纪末期，政府才对农业教育进行投资，建立公立农业学校，提供农业教育资金等。因此，19世纪英国农业科学研究和农业教育的主要推动力来自于科学家，李比希主张“农业创新不应该再留给农场主和地主，而应该交给具备专业知识的科研人员”［13］(P61)， 只有科学技术与农业生产的结合，才能有效推动英国农业的发展。
四、结语
19世纪英国出现了创造力的爆炸式增长，创新被用于提高工农业的生产效率，在农业领域，科学进步与技术革新推动了农业的发展，机械化和高效化成为19世纪英国农业的特点［16］(P204-205)。化学肥料和农业机械在农业生产过程中的使用，提高了土地生产率和劳动生产率，使得英国农业进入“高产农业”，这一阶段也被称之为“第二次农业革命”［4］(P65)。与18世纪通过诺福克四圃轮作制来提升土地生产率相比，19世纪的农业变革更为深刻，不仅利用化学技术增加土壤肥力，还使用机械技术节约劳动力。土地和人力两方面共同进步，使得农业生产率明显提升，1816～1846年间增长率约为0.3%,1847～1870年间增长率约为0.5%［24］(P70-71)。
实际上，英国农业走向科学化道路与国家政策和人口状况有很大关系。19世纪英国奉行自由放任主义政策，自由主义倾向在农业领域的表现形式是于1846年废除了《谷物法》，英国农业将面临国外成本低廉谷物的竞争。与此同时，人口增长造成的粮食需求也加重了农业的压力，1850年英国总人口约为22.3百万，到了1880年上升到31.1百万［3］(P56)。如何用有限的耕地养活日益增加的人口？如何在国外廉价谷物的竞争中生存？解决这些问题需要依靠科学，通过科学在农业领域的应用，提升英国农业的土地生产率和劳动生产率［13］(P57)。在此过程中，农业化学科学的作用是至关重要的，磷肥、钾肥和氮肥等化学肥料的出现，提升了土壤肥力、更新了肥力积累方法，是19世纪中后期英国农作物产量增加的关键因素。此外，农业化学科学将实验引进农业研究中，利用化学理论和实验方法解决农业问题，为近代实验农业科学的建立奠定了坚实的基础［9］(P131)，有效推动了19世纪英国农业的发展。
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文章来源：黑龙江农业科学 网址: http://hljnykx.400nongye.com/lunwen/itemid-55536.shtml
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