比利时化学家海尔蒙特（Jan Baptist van Helmont，1577-1640）是炼金术向近代化学转变时期的代表人物。他在布鲁塞尔进行了著名的柳条试验，开始了植物成分来源研究。他把一棵重2．5kg的柳树苗栽种到一个木桶里,木桶里盛有事先称过重量的土壤，以后他每天只用纯净的雨水浇灌树苗。为防止灰尘落入，他还专门制作了桶盖。五年以后，称量得出结果，柳树增重80多千克，而土壤却只减少了100g，海尔蒙特为此提出了建造植物体的原料是水分这一观点。
海尔蒙特没有认识到柳树从大气中摄取碳素以及从土壤中获得所必需的营养元素，尽管他的结论并不正确，但的重要功绩在于把科学的试验方法引入了植物营养研究的领域。1661年和1680年，英国科学家罗彼特·波义尔曾做过相似的试验，他根据植物体内含有矿质灰分的事实，对植物仅从水中获得物质的见解表示怀疑。1804年，索秀尔采用精确的定量方法曾定了空气中的CO2含量以及在含不同数量CO2的空气中所培养的植物体内碳素含量以后，他证明植物体内的碳素来自大气中的CO2，是植物同化作用的结果；而植物的灰分则来自土壤；碳、氢、氧来自空气和水。至此，海尔蒙特柳条试验的问题才算得到澄清。
法国的农业化学家布森高(1802-1887)是采用田间试验方法研究植物营养的创始人。1834年，他在自己的庄园里创建了世界上第一个农业试验站。他采用索秀尔的定量分析方法，研究碳素同化和氮素营养问题。他运用田间试验的技术，并首先把化学测定方法从试验室运用到田间试验中，以揭示自然界的奥秘，提高人民对氮素营养的认识。他确定豆科植物可利用空气中的氮素，并能提高土壤中氮素的含量；谷类作物则不能利用空气中的氮素，只能吸收土壤中的氮素，并使之不断减少。
19世纪初期，人们并不确切知道植物是依靠什么生长。欧洲十分流行德国学者泰伊尔（1752-1826）的腐殖质营养学说。腐殖质理论认为：“人和动物总是以有机物（即植物和动物）为食物，庄稼也是以有机物为‘食物’（即肥料）。他认为，土壤肥力取决于腐殖质的含量，腐殖质是土壤中惟一的植物营养物质；而矿物质只是起间接作用，即它可以加速腐殖质的转化和溶解，使其变成易被植物吸收的物质。
在文艺复兴以前，欧洲超过10万人口的城市就已经算得上是超级都市。进入18世纪以后，欧洲爆发了工业革命，大量人口涌入城市，大部分人口脱离了耕地，加剧了粮食供应紧张。提高粮食产量，满足不断增长的人口尤其城市人口需求，就变成了当时科学研究的重要任务。而腐殖质这种东西只能来源于腐败的动植物体，数量有限。而且，光施这些有机肥料，庄稼的产量并没有明显的提高。当时的欧洲绝大多数耕地由于这个原因只能采取耕种一年歇耕一年的方式让土地恢复营养水平。
解决上述问题的是德国化学家尤斯图斯·冯·李比希男爵（1803-1873），他开创了有机化学和化肥工业，为解决人类粮食问题开辟了新的道路。1840年，他指出腐殖质理论的局限性。腐殖质是在地球上有了植物以后才出现的，而不是在植物出现以前出现的，因此植物的原始养分只能是矿物质。有机肥料施入土壤中被植物吸收都要经历有机质的矿质化过程和腐殖化过程，其中首先进行的有机质矿质化过程是指在微生物作用下，将复杂有机物质分解为简单化合物，然后转化成二氧化碳、水、氨和矿质养分（磷、硫、钾、钙、镁等简单化合物或离子），这个过程为植物和土壤微生物提供养分和活动能量。
传统农业认为认为植物所需的碳元素不是来自空气中的二氧化碳，而是来自腐殖质。李比希首先研究植物所需要的碳和氢的来源问题。为此，他对稻草和其它许多干草的分析中发现，植物中含碳的量不会因土壤的条件不同而有所不同，因此他支持植物中的碳来自大气的观点。
李比希为了探索庄稼的秘密，1837 年，他在自己工作的吉森大学附近雇人开垦荒地，种上了庄稼。他给庄稼“吃”各种各样的“菜”——无机盐，弄清庄稼的“胃口”。 哪块地里的庄稼长得茂盛，就说明庄稼喜欢“吃”什么。很快的，李比希发现，庄稼非常喜欢吃“钾”和“磷”。他的研究表明，除碳、氢、氧、氮之外，植物还需要硫、钾、磷、钙、铁、锰、硅等许多元素。他把植物燃烧后剩下来的灰作了详细分析，证明了他的论点。
展开全文在矿物质学说基础之上，李比希还进一步提出了养分归还学说，他指出：植物以不同的方式从土壤中吸收矿质养分，使土壤中养分逐渐减少，连续种植会使土壤贫瘠，为了保持土壤肥力，就必须把植物带走的旷之养分和氮素以施肥的方式规归还给土壤，否则由于不断地栽培植物，势必会引起土壤养分的损耗，使土壤变得十分贫瘠。如通过施肥使之归还，就能维持土壤养分平衡。养分归还学说引发了农业理论的一场革命，为化肥的诞生提供了理论基础。
1845年，李比希开始从事化肥的研究，但田间实验连遭失败。直到1850年，他受英国农业化学家T·韦的启发，把制作肥料的不溶性钾盐改为水溶性钾盐碳酸钾，才获得成功。当时德国北部多是沙地，一般人认为那里根本不能种植作物。但李比希把钾肥撒进沙土地，并种上作物，很多人认为： “沙里掺盐种庄稼，简直骗人，并把李比希看作是疯子。但一年后，沙地上竟长满了美丽的芜菁、大麦、黑麦和马铃薯。在农民眼里，李比希由疯子变成了神仙。1870年，德国生产出钾肥；近代统计资料表明，钾的化合物94％用于农业生产。
李比希还根据他的研究指出：不只是钾肥，还有磷肥，都对提高土壤的肥力有着特别重要的意义。他还发明制造磷肥的方法。1842年劳韦斯(Lawew, J.)建立起第一个有骨粉和硫酸生产的过磷酸钙工厂，这是化学肥料工业的开端。1843年，英国和法国先后用古代遗留下来的含有磷酸三钙的粪化石代替骨粉生产过磷酸钙肥料。1856年李比希还提出，骨灰里所含的磷酸钙由于它不溶于水，所以不能被植物吸收。为了获得需要的效果，必须将骨粉用硫酸处理，以便使不溶性的磷酸钙转变为可溶性的磷酸二氢钙。随着磷肥生产的发展，各种高浓度磷肥，如富过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸二钙等，也相继研究成功。
李比希在开启化肥研究的同时，还提出了“最小养分律”。这一理论的中心意思是，作物生长发育需要多种养分，但决定作物产量的却是土地中有效含量最小的养分。翻译成通俗版就是：作物对养分的需求不是平均的，不是含量最高的养分影响产量，而是含量相对最小的养分制约着作物的产量。即当某种营养元素的含量低到一定程度时，就会限制植物生产。最小养分律”指出了作物产量与养分供应上的矛盾，表明施肥应有针对性。
李比希在分析各种植物的汁液时，发现其中都含有氨，同时发现雨水中也有氨。大气中的氮很不活泼，也不能直接被植物所吸收，而氨却容易被植物吸收，因此他错误的认为植物所必需的氮是从大气中直接吸收的，所以在他的化肥配料表中没有加入氮肥。20世纪初，德国物理化学家弗里茨·哈伯发明的合成氨，结束了人类完全依靠天然氮肥的历史，将人类从饥饿中拯救出来。
传统农业走过三个阶段。夏、商、西周、春秋，种田不懂得施肥，土地必须轮休。那时虽然地广人稀，粮食却并不充足。战国时期才懂得施用农家肥，土地可以连作，古人才有余粮。李比希发现化肥，从此，人类的饥荒大为减少。中国能以占世界7％的耕地养活世界22％的人口，化肥起到举足轻重的作用。如果说，许多化学家所研究的定律、结构、化学成分之类还只有理论意义的话，那么李比希的这些研究具有重大的实际意义。一位评论家曾这样评论道：“世界上没有任何学者对于人类的贡献，能与李比希相比！”这话固然有点偏颇。不过，李比希的研究工作，使庄稼的产量成倍增长，造福于全人类，这不能不说是他的巨大贡献。查看