合理化施肥系以「适地、适作、适栽及适法」4Rs的施肥观念，辅导农友配合土壤及植体营养诊断技术并考虑气候、作物种类及不同生育期的营养需求，以最经济有效的肥料用量，达到确保产量，提高质量的目标。另一方面，作物施肥实际会受到报酬递减率的影响，也就是说，当作物施肥量达到一定程度后，多施肥料，反而会降低农作物的产量及质量同时，也是降低生产成本，减轻投资风险，避免污染环境，而达到永续经营的重要对策.
它的主要任务是阐明植物体与外界环境之间营养物质交换和能量交换的具体过程，以及内营养物质运输，分配和能量转化的规律，并在此基础上通过施用合理肥料的手段为植物提供充足的养分，创造良好的营养环境，或通过改良植物遗传特性的手段来调节植物体的代谢，提高植物营养效率，从而达到提高作物产量和改善产品质量的目的.
植物营养学 -发展历程
中国农业生产的历史悠久,在施用肥料促进促进植物生长方面积累了非常丰富的经验,但对植物营养科学理论的探索,最早是从西欧开始的.
尼古拉斯（Nicholas,1401-1446）是第一个从事植物学营养研究的人,他认为植物从土壤中吸收养分与吸收水分的某些过程有关,200年后,海尔蒙特（VanHelmont,1577-1644）于1640年在布鲁塞尔进行了著名的柳条试验,得出柳树的增重来自水而不是来自大气和土壤的结论.虽然这个结论是错误的,但他成功的把科学的试验方法引入了植物营养的领域.
1804年,索秀尔(Nicolas-Théodore de Saussure 1767 – 1845) )采用了精确的定量分析方法测定了空气中的二氧化碳含量以及在二氧化碳含量不同的空气中所培养的植物体内碳素不同,证明了植物体内的碳来自空气中的二氧化碳,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.
索秀尔(Nicolas-Théodore de Saussure 1767–1845)
19世纪初期，德国学者泰伊尔(Albrecht Thaer,1752-1828)提出腐殖质营养学说.他认为,土壤肥力取决于腐殖质的含量,腐殖质是土壤中唯一的植物营养物质;而矿物质只是起间接作用.
布森高(Boussingault,1802-1887)法国农业化学家是采用田间试验方法研究植物营养的创始人.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.
李比希(Justusvon Liebig,1803-1873)国际公认的植物营养科学的奠基人.他提出了植物矿质营养学说,养分归还学说和最小养分律.
必需营养元素的基本定律和概念
1、基本概念
1）植物的必需营养元素的来源
植物所需的碳、氢、氧来自空气和水，其余元素来自土壤。所以除了碳、氢、氧外，植物主要靠根系从土壤中吸收这些养分。
2）植物吸收养分的形态
植物主要是吸收土壤中的无机态离子，如钾离子、铵离子、硝酸根离子、钙离子等等；但也能吸收某些可溶性有机物，如尿素、氨基酸、酰胺、核酸和磷酸甘油酸等。化肥主要供给无机态离子养分，容易溶在水中的，肥效就快；有机肥既能供给离子态养分(分解后)又能供给部分有机态养分。
3）植物吸收养分的方式
作物是通过根系吸收土壤中的养分的，但首先根系与养分必须接触即养分在根表面才能被吸收进根中。养分怎样才能到达根表面呢？一个途径是根系伸展直接接促养分。通常把这种方式叫截获。根系截获的养分是很少的；另一个途径是扩散，即养分从浓度高的地方向浓度低的地方移动，当根系附近的养分浓度高于根表时，养分就向根表扩散；再一个途径是质流，即质体流动，这是叶片蒸腾的作用引起的，由于蒸腾而消耗了根表附近大量水分，促使周围水分向根表移动，水中的养分也就随着移向根表。作物对根表养分的吸收有主动吸收和被动吸收两个过程。被动吸收是不需要消耗能量的化学物理过程，例如养分通过扩散或电荷平衡进入细胞中；主动吸收是一个需要消耗能量的过程，而且有选择性。有人认为养分通过被动吸收进入自由空间，(指细胞壁与原生质膜之间）后，在质膜上遇上一种叫载体的物质，载体把离子养分载入细胞质内，而载体是需要能量才能工作的。就象汽车是载体，汽车需要汽油才能走动一样。所以如果植株供给根部的能量少，或者某些条件影响根的呼吸作用，以及缺乏磷素，都将影响植物对养分的吸收。
4）合理施肥的目的
合理施肥就是要求施肥能达到下列三方面的目的：
① 施肥能使植物获得高产和优质
② 以最少的投入获得最好的经济效益
③ 改善土壤条件为高产稳产创造良好的基础，即要用地与养地相结合。
5）合理施肥的主要依据
施肥的对象主要是植物，因此，施肥首先要考虑植物的营养特性。各种作物的营养是不同的，同一种作物在不同的生育时期对营养的要求也是不同的。就是说，不同作物或作物在不同的生育时期对营养元素的种类、数量及其比例都有不同的要求。谷类作物和叶菜类蔬菜需氮很多，但豆类作物则需氮较少。因为它们自身有根瘤固定空气中的氮素。又如香蕉需钾很多，但需磷则较少。所以作物营养特性是施肥最重要的依据。
其次，施肥主要是通过土壤供给作物营养的，那么土壤性质必然影响施肥的效果，所以施肥也必须根据土壤性质来进行，其中，主要考虑的是土壤中各养分的含量、保肥供肥能力和是否存在障碍因子等情况。
再次，就是考虑气候与施肥的关系，如干旱地区或干季节、雨水多的地区和季节、低温和高温季节应如何施肥。总之气候影响施肥效果，施肥影响作物对气候条件的适应与利用。此外，施肥必须考虑与其他农业技术措施的配合。
6）做肥料利用率
肥料利用率是指当季作物从所施肥料中吸收的养分占肥料中该种养分总量的百分数。利用率可通过田间试验和室内化学分析，按下列公式求得：
施肥区作物体内该元素的吸收量 减去 无肥区作物体内该元素的中吸收量 除以 所施肥料中该元素的总量 所得的比值百分数。
在目前栽培技术管理水平下，化肥的利用率大致在以下范围：氮肥为30—50%，磷肥10—15%，钾肥40—70%。
7）营养临界期、临界值和营养最大效率期
果树的营养临界期和最大效率期与施肥效果关系最密切。营养临界期是指果树在某一个生育时期对养分的要求虽然数量不多，但如果缺少或过多或营养元素间不平衡，对作物生长发育生成显著不良影响的那段时间。对大多数作物来说，临界期一般出现在生长初期，磷的临界期出现较早，氮次之，钾较晚。所以在生产中常用磷肥作种肥以保证作物生长初期获得足够的磷素。
临界值是作物体内养分低于某一浓度时，它的生长量或产量显著下降，并表现出养分缺乏症状，此时的养分浓度称为“营养临界”值。
在不同时期所施用的肥料对增产的效果有很大的差别，其中有一个时期肥料的营养效果好，这个时期称为营养最大效率期。也就是各单位养分获得的经济产量最高。最大效率往往与作物需要养分最多的时期相一致。
2、四大定律
1）同等重要律
必需元素在作物体内不论数量多少，都是同等重要的，任何一种营养元素的特殊功能都不能被其它元素所代替，这就是营养元素的同等重要律和不可代替律。
2）最小养分律
果树为了生长发育需要吸收各种养分，这些营养元素，不论是大量元素，还是微量元素，作用是同等重要的。但是，限制果树产量和品质的只是土壤中相对含量最小的营养元素，产量和品质在一定限度内随着这个养分的增加而提高和改善。在生产实践中，如果我们不能发现这个限制因素，即使继续提供其它养分也难以提高果树的产量和品质。采用施肥满足了果树对这种养分元素的需要，那么另一种相对含量最小的营养元素又会成为限制果树产量和品质的重要因素。这就是著名的最小养分率。
最小养分率是德国化学家李比西提出来的。他曾说过：如果土壤中某一种必需养分不足，或者缺乏的时候，即使其他养分都存在，这种土壤仍将成为不毛之地。也就是说，在某种土壤中限制产量的因子是其中最为不足的一种养分。最小养分律提醒我们，在施肥时应找出最影响作物产量的缺乏养分，以及各种必须养分之间的适当比例的关系。最小养分不是固定不变的，解决了某种最小养分之后，另外某种养分可能上升为最小养分。
为了更好地说明最小养分率的涵义，可以用木桶原理来加以阐述。果树的生产潜力就像一个用不同宽度木板围城的木桶，当这些木板的长短比例合适时，就可以盛满一桶水。如果围成这个木桶的木板长短不一，那么，这个木桶盛水的多少，就受到最短的那块木板的限制，而且这个木桶贮水的多少仅随着这块木板的加长而增加。当这块木板加长了，另一块较短的木板就会变成木桶贮水容量的限制因素。最小养分定律是指产量高低受果树最缺乏的养分制约，在一定程度上产量随这种养分的增减而变化。在实践中应掌握以下几点：
1、最小养分指的是土壤中相对含量最少，而不是土壤中绝对含量最少的那种养分；
2、最小养分不能用其他养分代替，即使其他养分增加再多，也不能提高产量；
3、最小养分是变化的，它是随果树产量水平和肥料供应数量而变化的。应当指出，最小养分率不仅适用于大量元素，也适用于微量元素。
注:植物矿质营养学说指出: 植物的原始养分只能是矿物质.否定了当时非常流行的腐殖质营养学说.植物矿质营养学说也是植物营养学新旧时代分界线和转折点.
养分归还学说提出:植物以不同的方式从土壤中吸取矿质养分,使土壤中的养分逐渐减少,连续种植会使土壤贫瘠,甚至寸草不生.为了维持养分平衡,就必须把从土壤中带走的矿质养分和氮素以施肥的方式归还给土壤.
最小养分律理论:作物的产量受土壤中相对含量小的养分所控制,作物产量的高低则随最小养分补充量的多少而变化.最小养分律还指出了作物的产量与养分供应上的矛盾,表明施肥应有针对性.
1843年鲁茨创立洛桑试验站.19世纪末生物试验的方法已基本完善.并开始发展为试验网.
3）报酬递减律
报酬递补减率首先是欧洲经济学家杜尔哥和安德森提出来的，它反映了在技术条件不变的情况下投入与产出的关系。它的意思是：从一定土地上所得到的报酬随着向该土地投入的劳动和资本的增多而有所增加，但随着投入的增加每单位劳动量或资本量的报酬却在逐渐减少。例如在施肥上，某种养分的效果，以其在土壤中越不足时效果越大，但若逐渐增加该种养分的施用量，那么，每单位养分的增产量就逐渐减少。所以，获得最高产量的施肥量不一定是最佳施肥量，因经济效益下降使得增产不增收。所以不要盲目加大施肥量。有人根据试验推算，最佳施肥量大约比获得最高产量的施肥量减少5%左右。
4）因子综合作用律
作物的生长发育是受到各因子(水、肥、气、热、光及其他农业技术措施)影响的，只有在外界条件保证作物正常生长发育的前提下，才能充分发挥施肥的效果。因子综合作用率的中心意思就是：作物产量是影响作物生长发育的诸因子综合作用的结果，但其中必然有一个起主导作用的限制因子，作物产量在一定程度上受该限制因子的制约。所以施肥就与其他农业技术措施配合，各种肥分之间也要配合施用。例如水能控肥，施肥与灌溉的配合就很重要。
植物营养学 -研究范畴
1 植物营养生理学:
(１)营养生理学: 即养分元素的生理功能与养分的再循环,再利用,养分的吸收,养分在体内的长距离和短距离运输,养分的分配等.
(２)产量生理学: 即研究主要农作物产量的形成,养分的分配和调节过程,源-库关系及其在产量形成过程中的作用:研究利用各种内外激素或调节剂对产量形成的调控和机理.
(３)逆境生理学: 即研究植物在旱,涝,盐碱,高温,寒冷,病虫害,通气不良,营养缺乏或失调等逆境条件下的生理变化及适应机理,通过营养调节挖掘植物抗逆性的遗传潜力.
2 植物根际营养: 研究根-土界面微域中养分,水分以及其他物质的转换规律和生物效应:植物-土壤-微生物及环境因素之间物质循环,能量转化的机理及调控措施.
3 植物营养遗传学: 研究不同植物种类及品种的矿质营养效率基因型差异的生理与分子机理及遗传规律.以便筛选和培育出高营养效率植物新品种.
4 植物营养生态学: 研究不同生态类型中各种营养元素在土壤圈,水圈,大气圈,生物圈中的迁移,转化和循环规律;各种养分退化生态环境重建过程中的营养机理,污染土壤和环境的生物修复机理等重金属和污染物在食物链中的富集,迁移规律及调控措施.
5 植物的土壤营养:
(1)土壤养分行为学: 土壤中各种养分的形态,含量,吸附.固定等转化和迁移的规律;有效养分的形态,其形成过程及影响因素;各种养分的生物有效性以及土壤肥力水平与植物营养的关系.
(2)土壤肥力学: 研究在农业耕作条件下,施肥对土壤肥力演变的影响;阐明维持和提高土壤肥力的农业措施与影响条件.
6 肥料学及现代施肥技术: 研究各类肥料的理化性状和农艺评价,在土壤中的行为,对植物的营养性;建立以有机,无机肥料合理分配为中心的轮作施肥制以及建立电子计算器作物施肥决策与咨询系统,推行定量化配方施肥新技术.
植物营养学 -研究方法
１生物田间试验法: 植物营养学科最基本的研究方法.
２生物模拟法: 藉助盆钵,培养盒等特殊的装置种植物进行植物营养的研究,通常称为盆栽试验或培养试验.
３化学分析法: 研究植物,土壤,肥料体系内营养物质的含量,分布与动态变化的必要手段.
４数理统计发: 在现代植物营养研究中,数理统计已成为指导试验设计,检验试验数据数据不可缺少的手段和方法.
５核素技术发: 利用放射性和稳定性同位素的示踪特性,追踪他们的变化以揭示物质运动的规律.
６酶学诊断法: 由于一些营养元素是酶的活化剂,或是对酶结构起稳定作用,或有调节作用.因此了解植物体内某种酶的活性变化就可以反映出植物的营养状况.
测土配方
我国当前农业用肥普遍存在肥料的表施或浅施、过量施用氮肥和过多地使用某种营养元素等不合理的施肥现象，造成肥料易挥发、流失，难以达到作物根部，不利于作物吸收，肥料利用率低；容易造成种子的烧伤或铵中毒，还可能会对作物产生毒害，妨碍作物对其他营养元素的吸收，引起缺素症。
对于施肥来说，首先要确定氮、磷、钾养分的用量，然后确定相应的肥料组合，通过提供配方肥并指导农民正确施用肥料。测土配方施肥技术是综合运用现代农业科技成果，根据作物需肥规律、土壤供肥性能(生物、物理及化學性)与肥料效应在有机肥为基础的条件下，提供氮磷钾和微肥的施用量和比例，以及相应的施肥技术。
1 测土配方施肥的原理
一 元素的营养学说
植物的生长发育离不开 N、P、K、C、H、O、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Mo、Zn、Cu、Cl 等16种营养元素，其中N、P、K是大量元素，C、H、O、Ca、Mg、S 是中量元素，Fe、B、Mn、Mo、Zn、Cu、Cl 是微量元素。
二 营养元素的同等重要律和不可代替律
植物所需的各种营养元素不论在植物体内含量多少，均有各自的生物功能，它们的营养作用是同等重要的，而每种营养元素具有的特殊的生理功能是其他元素不可代替的。
三 养分归还学说
植物在生长发育过程中，要从土壤中不断吸收各种营养物质，植物的长期吸收利用会使土壤的某些养分变的越来越少，养分失去平衡，地力逐渐下降，若要恢复地力就必须归还从土壤中带走的各种营养元素。
四 最小养分律
植物为了生长发育需要吸收各种养分，但决定其产量高低的是土壤中有效含量最低的那个养分，在一定的范围内产量随这个养分含量的增减而增减，忽视这个最低养分，即使再增加其他养分也难以提高作物的产量。
五 报酬递减律
在其他栽培条件不变的前提下，随着施肥量的增加，作物产量随之增加，达到一定程度后，随着施肥量的增加，作物产量反而减少。
六 综合因子作用律
作物生长发育除养分因子外，还有水分、温度、光照、空气等环境因子和良种、植保、耕作、栽培等农业技术措施，单靠一个因子或一项措施是不可能使作物获得高产的，存在着诸多因子的交互效应。
2 测土配方施肥遵循的原则
一 有机肥与无机肥相结合的原则 土壤有机质是土壤肥沃的重要指标，增施有机肥可以增加土壤的有机质，提高土壤的肥沃度。
二 大量、中量、微量元素相配合的原则 强调氮、磷、钾肥的相互配合，并补充必要的中、微量元素才能获得高产稳产。
三 用地与养地相结合的原则 只有坚持用养结合，才能使作物—土壤—肥料形成物质和能量的良性循环。
3 肥料用量的确定方法
一 土壤、植株测试推荐施肥法 这个技术综合了目标产量法、养分丰缺法和作物营养诊断法的优点，根据氮、磷、钾和中微量元素养分的不同特征，采取不同养分的调控，主要包括氮素的实时监控、磷与钾养分的恒量监控及中、微量元素养分的矫正施肥技术。
二 肥料效应函数法 该方法是根据“3414”的田间试验结果建立当地主要作物的肥料效应函数，直接获得某一区域，某种作物的氮、磷、钾肥料的最佳施用量，为肥料配方和科学施肥提供依据。
三 土壤养分丰缺指标法 通过土壤养分测试结果和田间肥效试验结果，建立特别地区、不同作物的土壤养分丰缺指标，提供肥料配方。土壤养分丰缺状况用“3414”试验的相对产量的高低来表示，对某一地区的土壤通过养分测定，就可以了解土壤养分的丰缺状况，提出相应的推荐施肥量。
四 养分平衡法 根据作物目标产量的需肥量与土壤供肥量之间的差测算目标产量的施肥量，通过施肥补充土壤供应不足的那部分养分。养分平衡法涉及到作物需肥量、土壤供肥量、肥料利用率、肥料中有效养分含量等参数。
4 测土配方施肥的步骤
一 土壤养分含量的测定 土壤养分含量是制定肥料配方的重要依据之一，通过土壤养分含量的测定可以了解土壤的供肥能力。
二 田间试验 田间试验是获得各种作物最佳施肥量、施肥时期、施肥方法的根本途径，也是筛选、验证土壤养分测试技术，建立施肥指导体系的基本环节。通过田间试验能摸清土壤养分矫正系数、土壤供肥量、农作物施肥量、肥料利用率等基本参数，为构建施肥模型和肥料配方提供依据。
三 配方设计 肥料配方设计是测土施肥技术的核心。通过总结田间试验、土壤养分含量等数据，划分不同施肥区域，同时根据气候、地貌、土壤、耕作程度等的相似性和差异性，结合专家经验，提出不同作物的施肥配方。
四 矫正试验 为了保证肥料配方的准确性，最大限度地减少肥料的批量生产和大面积应用的风险，在施肥分区设矫正试验，验证其施肥配方的正确性，并完善肥料配方改进施肥参数。
五 配方加工 配方落实到农户田间是配方施肥的最终目的，根据不同地区和不同作物的需肥量，加工配方肥——专用肥。
六 示范与推广 为促进测土配方施肥技术能够落实到田间，让广大农民亲眼看到实际效果，建立配方施肥示范区树立样板田。
七 宣传培训 宣传培训是提高农民科学施肥意识，普及技术的重要手段，主要是培训各级技术员和农民。
八 效果评价 农民是此项技术的最终执行和落实者，也是最终受益者，效果评价主要是调查测土配方施肥的实际效果，及时获得农民的反馈信息，不断完善施肥体系。
九 技术创新 技术创新是保证测土施肥工作长期有效的科技支撑。重点开展田间试验方法、土壤养分测试技术、肥料配制方法、数据处理方法等方面的创新研究工作，不断提升测土施肥技术水平。
十 耕地地力的评价 耕地是农业生产最基本的资源，耕地地力的好坏直接影响到农业生产的发展。耕地地力评价是测土配方施肥工作的重要内容，是加强耕地质量建设的重要基础，也是建立耕地质量预测体系的重要前提。
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