Phân bón đa phần được chia thành phân bón hữu cơ (gồm thành phần hữu cơ tăng cường—cây trồng hay động vật), hay phân bón vô cơ (gồm các hoá chất và/hay khoáng chất tổng hợp).

Phân bón vô cơ thường được tổng hợp bằng quá trình Haber-Bosch, tạo ra amoniac như sản phẩm cuối cùng. Amoniac này được dùng như một nguyên liệu cho các phân bón nitơ khác, như anhydrous ammonium nitrat và urê. Các sản phẩm cô đặc này có thể được hoà tan bằng nước để hình thành nên một loại phân bón lỏng cô đặc (ví dụ UAN). Amoniac có thể kết hợp với đá phosphate và phân bón kali trong quá trình Odda để sản xuất phân bón hợp chất.

Việc sử dụng các loại phân bón nitơ tổng hợp đã tăng ổn định trong 50 năm qua, tăng gấp 20 lần lên mức tiêu thụ hiện tại 1 tỷ tấn nitơ mỗi năm.[3] Việc sử dụng các loại phân bón phosphate cũng đã tăng từ 9 triệu tấn mỗi năm năm 1960 lên 40 triệu tấn mỗi năm năm 2000. Một vụ ngô với năng suất 6-9 tấn thu hoạch mỗi hécta cần 30–50 kg phân bón phosphate, đậu tương cần 20–25 kg mỗi hécta.[4] Yara International là nhà sản xuất phân bón nitơ lớn nhất thế giới.[5]

Sử dụng

Các loại phân bón tổng hợp thường để sử dụng trên các cánh đồng trồng ngô, tiếp theo là lúa mạch, lúa miến, cải dầu, đậu tương và hướng dương[cần dẫn nguồn]. Một nghiên cứu đã cho thấy việc sử dụng phân bón nitơ cho cây trồng phủ đất không theo mùa có thể làm tăng biomass (và do đó là giá trị phân bón xanh) của các loại cây đó, trong khi có một hiệu ứng ích lợi trên các mức độ nitơ cho cây trồng chính được trồng vào mùa hè.[7]

Các vấn đề của phân bón vô cơ

Suy kiệt vi lượng khoáng chất

Nhiều loại phân bón vô cơ không thay thế các vi chất khoáng trong đất, vốn dần bị cạn kiệt theo mùa màng. Sự cạn kiệt này đã được liên kết với các nghiên cứu cho thấy một sự sụt giảm mạnh (lên tới 75%) trong số lượng các khoáng chất đó trong quả và rau.[8]

Tuy nhiên, một cuộc điều tra 55 nghiên cứu khoa học gần đây kết luận "không có bằng chứng về một sự khác biệt trong chất lượng chất dinh dưỡng giữa các thực phẩm chế biến hữu cơ và quy ước" [9] Trái lại, một cuộc nghiên cứu dài hạn do Liên minh châu Âu tài trợ[10][11][12] thấy rằng sữa được sản xuất theo cách hữu cơ có mức độ các chất chống ô xi hoá (như carotenoids và các axít alpha-linoleic) cao hơn những loại sữa được sản xuất thông thường.

Tại miền Tây Australia những thiếu hụt kẽm, đồng, măngan, sắt và mô líp đen đã được xác định là nguyên nhân giới hạn sự phát triển của mùa màng và đồng cỏ trong thập niên 1940 và 1950[cần dẫn nguồn]. Đất đai tại miền Tây Australia rất cũ, bị ảnh hưởng mạnh của thời tiết và thiếu hụt nhiều chất dinh dưỡng và vi chất quan trọng[cần dẫn nguồn]. Từ thời điểm đó các vi chất đó thường xuyên được thêm vào trong các loại phân bón vô cơ được sử dụng trong nông nghiệp tại bang này[cần dẫn nguồn].

Bón phân quá mức

Việc bón phân quá mức với một loại chất dinh dưỡng tối quan trọng có thể cũng gây hại như bón phân không đầy đủ.[13] "Cháy phân bón" có thể xảy ra khi phân bón được dùng quá mức, dẫn tới làm khô kiệt rễ và gây hại thậm chí là làm chết cây.[14]

Tiêu thụ năng lượng cao

Việc sản xuất amonia tổng hợp hiện tiêu thụ khoảng 5% lượng tiêu thụ khí tự nhiên toàn cầu, khoảng gần 2% sản xuất năng lượng của thế giới.[15]

Khí tự nhiên phần lớn được sử dụng để sản xuất amonia, nhưng các nguồn năng lượng khác, cùng với một nguồn hyđrô, có thể được dùng sản xuất các hỗn hợp nitơ thích hợp cho các loại phân bón. Chi phí cho khí tự nhiên chiếm khoảng 90% chi phí sản xuất amoniac.[16] Sự gia tăng giá các loại khí tự nhiên trong thập kỷ vừa qua, cùng với những yếu tố khác như tăng cầu, đã góp phần làm tăng giá phân bón[17].

Tính bền vững lâu dài

Các loại phân bón vô cơ hiện được sản xuất theo các cách thức sẽ không thể tiếp tục mãi mãi[cần dẫn nguồn]. Kali và phốt pho được khai thác từ các mỏ (hay các hồ muối như Biển Chết) và các nguồn đó có giới hạn. Nitơ trong khí quyển (không ngưng tụ) rõ ràng là không giới hạn (chiếm hơn 70% các loại khí khí quyển), nhưng đây không phải là hình thức thích hợp cho cây trồng. Để biến nitơ trở nên thích hợp cho cây cối cần quá trình ngưng tụ nitơ (biến nitơ khí quyền thành một hình thức sử dụng được cho cây trồng).

Các loại phân bón nitơ nhân tạo nói chung được tổng hợp bằng các nhiên liệu hoá thạch như khí tự nhiên và than, là các nguồn tài nguyên có giới hạn. Thay vì biến khí tự nhiên thành syngas để sử dụng trong quá trình Haber, cũng có thể biến các nguồn biomass có thể tái tạo thành syngas (hay wood gas) để cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình, dù số lượng đất và các nguồn tài nguyên (trớ trêu thay thường gồm cả phân bón) cần thiết cho một dự án như thế có thể là quá lớn (xem Tiết kiệm nhiên liệu ở Hoa Kỳ).