合理化施肥系以「適地、適作、適栽及適法」4Rs的施肥觀念，輔導農友配合土壤及植體營養診斷技術并考慮氣候、作物種類及不同生育期的營養需求，以最經濟有效的肥料用量，達到確保產量，提高質量的目標。另一方面，作物施肥實際會受到報酬遞減率的影響，也就是說，當作物施肥量達到一定程度后，多施肥料，反而會降低農作物的產量及質量同時，也是降低生產成本，減輕投資風險，避免污染環境，而達到永續經營的重要對策.
它的主要任務是闡明植物體與外界環境之間營養物質交換和能量交換的具體過程，以及內營養物質運輸，分配和能量轉化的規律，并在此基礎上通過施用合理肥料的手段為植物提供充足的養分，創造良好的營養環境，或通過改良植物遺傳特性的手段來調節植物體的代謝，提高植物營養效率，從而達到提高作物產量和改善產品質量的目的.
植物營養學 -發展歷程
中國農業生產的歷史悠久,在施用肥料促進促進植物生長方面積累了非常豐富的經驗,但對植物營養科學理論的探索,最早是從西歐開始的.
尼古拉斯（Nicholas,1401-1446）是第一個從事植物學營養研究的人,他認為植物從土壤中吸收養分與吸收水分的某些過程有關,200年后,海爾蒙特（VanHelmont,1577-1644）于1640年在布魯塞爾進行了著名的柳條試驗,得出柳樹的增重來自水而不是來自大氣和土壤的結論.雖然這個結論是錯誤的,但他成功的把科學的試驗方法引入了植物營養的領域.
1804年,索秀爾(Nicolas-Théodore de Saussure 1767 – 1845) )采用了精確的定量分析方法測定了空氣中的二氧化碳含量以及在二氧化碳含量不同的空氣中所培養的植物體內碳素不同,證明了植物體內的碳來自空氣中的二氧化碳,是植物同化作用的結果.而植物的灰分則來自土壤;碳,氫,氧來自空氣和水.
索秀爾(Nicolas-Théodore de Saussure 1767–1845)
19世紀初期，德國學者泰伊爾(Albrecht Thaer,1752-1828)提出腐殖質營養學說.他認為,土壤肥力取決于腐殖質的含量,腐殖質是土壤中唯一的植物營養物質;而礦物質只是起間接作用.
布森高(Boussingault,1802-1887)法國農業化學家是采用田間試驗方法研究植物營養的創始人.他采用索秀爾的定量分析方法,研究碳素同化和氮素營養問題.
李比希(Justusvon Liebig,1803-1873)國際公認的植物營養科學的奠基人.他提出了植物礦質營養學說,養分歸還學說和最小養分律.
必需營養元素的基本定律和概念
1、基本概念
1）植物的必需營養元素的來源
植物所需的碳、氫、氧來自空氣和水，其余元素來自土壤。所以除了碳、氫、氧外，植物主要靠根系從土壤中吸收這些養分。
2）植物吸收養分的形態
植物主要是吸收土壤中的無機態離子，如鉀離子、銨離子、硝酸根離子、鈣離子等等；但也能吸收某些可溶性有機物，如尿素、氨基酸、酰胺、核酸和磷酸甘油酸等。化肥主要供給無機態離子養分，容易溶在水中的，肥效就快；有機肥既能供給離子態養分(分解后)又能供給部分有機態養分。
3）植物吸收養分的方式
作物是通過根系吸收土壤中的養分的，但首先根系與養分必須接觸即養分在根表面才能被吸收進根中。養分怎樣才能到達根表面呢？一個途徑是根系伸展直接接促養分。通常把這種方式叫截獲。根系截獲的養分是很少的；另一個途徑是擴散，即養分從濃度高的地方向濃度低的地方移動，當根系附近的養分濃度高于根表時，養分就向根表擴散；再一個途徑是質流，即質體流動，這是葉片蒸騰的作用引起的，由于蒸騰而消耗了根表附近大量水分，促使周圍水分向根表移動，水中的養分也就隨著移向根表。作物對根表養分的吸收有主動吸收和被動吸收兩個過程。被動吸收是不需要消耗能量的化學物理過程，例如養分通過擴散或電荷平衡進入細胞中；主動吸收是一個需要消耗能量的過程，而且有選擇性。有人認為養分通過被動吸收進入自由空間，(指細胞壁與原生質膜之間）后，在質膜上遇上一種叫載體的物質，載體把離子養分載入細胞質內，而載體是需要能量才能工作的。就象汽車是載體，汽車需要汽油才能走動一樣。所以如果植株供給根部的能量少，或者某些條件影響根的呼吸作用，以及缺乏磷素，都將影響植物對養分的吸收。
4）合理施肥的目的
合理施肥就是要求施肥能達到下列三方面的目的：
① 施肥能使植物獲得高產和優質
② 以最少的投入獲得最好的經濟效益
③ 改善土壤條件為高產穩產創造良好的基礎，即要用地與養地相結合。
5）合理施肥的主要依據
施肥的對象主要是植物，因此，施肥首先要考慮植物的營養特性。各種作物的營養是不同的，同一種作物在不同的生育時期對營養的要求也是不同的。就是說，不同作物或作物在不同的生育時期對營養元素的種類、數量及其比例都有不同的要求。谷類作物和葉菜類蔬菜需氮很多，但豆類作物則需氮較少。因為它們自身有根瘤固定空氣中的氮素。又如香蕉需鉀很多，但需磷則較少。所以作物營養特性是施肥最重要的依據。
其次，施肥主要是通過土壤供給作物營養的，那么土壤性質必然影響施肥的效果，所以施肥也必須根據土壤性質來進行，其中，主要考慮的是土壤中各養分的含量、保肥供肥能力和是否存在障礙因子等情況。
再次，就是考慮氣候與施肥的關系，如干旱地區或干季節、雨水多的地區和季節、低溫和高溫季節應如何施肥。總之氣候影響施肥效果，施肥影響作物對氣候條件的適應與利用。此外，施肥必須考慮與其他農業技術措施的配合。
6）做肥料利用率
肥料利用率是指當季作物從所施肥料中吸收的養分占肥料中該種養分總量的百分數。利用率可通過田間試驗和室內化學分析，按下列公式求得：
施肥區作物體內該元素的吸收量 減去 無肥區作物體內該元素的中吸收量 除以 所施肥料中該元素的總量 所得的比值百分數。
在目前栽培技術管理水平下，化肥的利用率大致在以下范圍：氮肥為30—50%，磷肥10—15%，鉀肥40—70%。
7）營養臨界期、臨界值和營養最大效率期
果樹的營養臨界期和最大效率期與施肥效果關系最密切。營養臨界期是指果樹在某一個生育時期對養分的要求雖然數量不多，但如果缺少或過多或營養元素間不平衡，對作物生長發育生成顯著不良影響的那段時間。對大多數作物來說，臨界期一般出現在生長初期，磷的臨界期出現較早，氮次之，鉀較晚。所以在生產中常用磷肥作種肥以保證作物生長初期獲得足夠的磷素。
臨界值是作物體內養分低于某一濃度時，它的生長量或產量顯著下降，并表現出養分缺乏癥狀，此時的養分濃度稱為“營養臨界”值。
在不同時期所施用的肥料對增產的效果有很大的差別，其中有一個時期肥料的營養效果好，這個時期稱為營養最大效率期。也就是各單位養分獲得的經濟產量最高。最大效率往往與作物需要養分最多的時期相一致。
2、四大定律
1）同等重要律
必需元素在作物體內不論數量多少，都是同等重要的，任何一種營養元素的特殊功能都不能被其它元素所代替，這就是營養元素的同等重要律和不可代替律。
2）最小養分律
果樹為了生長發育需要吸收各種養分，這些營養元素，不論是大量元素，還是微量元素，作用是同等重要的。但是，限制果樹產量和品質的只是土壤中相對含量最小的營養元素，產量和品質在一定限度內隨著這個養分的增加而提高和改善。在生產實踐中，如果我們不能發現這個限制因素，即使繼續提供其它養分也難以提高果樹的產量和品質。采用施肥滿足了果樹對這種養分元素的需要，那么另一種相對含量最小的營養元素又會成為限制果樹產量和品質的重要因素。這就是著名的最小養分率。
最小養分率是德國化學家李比西提出來的。他曾說過：如果土壤中某一種必需養分不足，或者缺乏的時候，即使其他養分都存在，這種土壤仍將成為不毛之地。也就是說，在某種土壤中限制產量的因子是其中最為不足的一種養分。最小養分律提醒我們，在施肥時應找出最影響作物產量的缺乏養分，以及各種必須養分之間的適當比例的關系。最小養分不是固定不變的，解決了某種最小養分之后，另外某種養分可能上升為最小養分。
為了更好地說明最小養分率的涵義，可以用木桶原理來加以闡述。果樹的生產潛力就像一個用不同寬度木板圍城的木桶，當這些木板的長短比例合適時，就可以盛滿一桶水。如果圍成這個木桶的木板長短不一，那么，這個木桶盛水的多少，就受到最短的那塊木板的限制，而且這個木桶貯水的多少僅隨著這塊木板的加長而增加。當這塊木板加長了，另一塊較短的木板就會變成木桶貯水容量的限制因素。最小養分定律是指產量高低受果樹最缺乏的養分制約，在一定程度上產量隨這種養分的增減而變化。在實踐中應掌握以下幾點：
1、最小養分指的是土壤中相對含量最少，而不是土壤中絕對含量最少的那種養分；
2、最小養分不能用其他養分代替，即使其他養分增加再多，也不能提高產量；
3、最小養分是變化的，它是隨果樹產量水平和肥料供應數量而變化的。應當指出，最小養分率不僅適用于大量元素，也適用于微量元素。
注:植物礦質營養學說指出: 植物的原始養分只能是礦物質.否定了當時非常流行的腐殖質營養學說.植物礦質營養學說也是植物營養學新舊時代分界線和轉折點.
養分歸還學說提出:植物以不同的方式從土壤中吸取礦質養分,使土壤中的養分逐漸減少,連續種植會使土壤貧瘠,甚至寸草不生.為了維持養分平衡,就必須把從土壤中帶走的礦質養分和氮素以施肥的方式歸還給土壤.
最小養分律理論:作物的產量受土壤中相對含量小的養分所控制,作物產量的高低則隨最小養分補充量的多少而變化.最小養分律還指出了作物的產量與養分供應上的矛盾,表明施肥應有針對性.
1843年魯茨創立洛桑試驗站.19世紀末生物試驗的方法已基本完善.并開始發展為試驗網.
3）報酬遞減律
報酬遞補減率首先是歐洲經濟學家杜爾哥和安德森提出來的，它反映了在技術條件不變的情況下投入與產出的關系。它的意思是：從一定土地上所得到的報酬隨著向該土地投入的勞動和資本的增多而有所增加，但隨著投入的增加每單位勞動量或資本量的報酬卻在逐漸減少。例如在施肥上，某種養分的效果，以其在土壤中越不足時效果越大，但若逐漸增加該種養分的施用量，那么，每單位養分的增產量就逐漸減少。所以，獲得最高產量的施肥量不一定是最佳施肥量，因經濟效益下降使得增產不增收。所以不要盲目加大施肥量。有人根據試驗推算，最佳施肥量大約比獲得最高產量的施肥量減少5%左右。
4）因子綜合作用律
作物的生長發育是受到各因子(水、肥、氣、熱、光及其他農業技術措施)影響的，只有在外界條件保證作物正常生長發育的前提下，才能充分發揮施肥的效果。因子綜合作用率的中心意思就是：作物產量是影響作物生長發育的諸因子綜合作用的結果，但其中必然有一個起主導作用的限制因子，作物產量在一定程度上受該限制因子的制約。所以施肥就與其他農業技術措施配合，各種肥分之間也要配合施用。例如水能控肥，施肥與灌溉的配合就很重要。
植物營養學 -研究范疇
1 植物營養生理學:
(１)營養生理學: 即養分元素的生理功能與養分的再循環,再利用,養分的吸收,養分在體內的長距離和短距離運輸,養分的分配等.
(２)產量生理學: 即研究主要農作物產量的形成,養分的分配和調節過程,源-庫關系及其在產量形成過程中的作用:研究利用各種內外激素或調節劑對產量形成的調控和機理.
(３)逆境生理學: 即研究植物在旱,澇,鹽堿,高溫,寒冷,病蟲害,通氣不良,營養缺乏或失調等逆境條件下的生理變化及適應機理,通過營養調節挖掘植物抗逆性的遺傳潛力.
2 植物根際營養: 研究根-土界面微域中養分,水分以及其他物質的轉換規律和生物效應:植物-土壤-微生物及環境因素之間物質循環,能量轉化的機理及調控措施.
3 植物營養遺傳學: 研究不同植物種類及品種的礦質營養效率基因型差異的生理與分子機理及遺傳規律.以便篩選和培育出高營養效率植物新品種.
4 植物營養生態學: 研究不同生態類型中各種營養元素在土壤圈,水圈,大氣圈,生物圈中的遷移,轉化和循環規律;各種養分退化生態環境重建過程中的營養機理,污染土壤和環境的生物修復機理等重金屬和污染物在食物鏈中的富集,遷移規律及調控措施.
5 植物的土壤營養:
(1)土壤養分行為學: 土壤中各種養分的形態,含量,吸附.固定等轉化和遷移的規律;有效養分的形態,其形成過程及影響因素;各種養分的生物有效性以及土壤肥力水平與植物營養的關系.
(2)土壤肥力學: 研究在農業耕作條件下,施肥對土壤肥力演變的影響;闡明維持和提高土壤肥力的農業措施與影響條件.
6 肥料學及現代施肥技術: 研究各類肥料的理化性狀和農藝評價,在土壤中的行為,對植物的營養性;建立以有機,無機肥料合理分配為中心的輪作施肥制以及建立電子計算器作物施肥決策與咨詢系統,推行定量化配方施肥新技術.
植物營養學 -研究方法
１生物田間試驗法: 植物營養學科最基本的研究方法.
２生物模擬法: 藉助盆缽,培養盒等特殊的裝置種植物進行植物營養的研究,通常稱為盆栽試驗或培養試驗.
３化學分析法: 研究植物,土壤,肥料體系內營養物質的含量,分布與動態變化的必要手段.
４數理統計發: 在現代植物營養研究中,數理統計已成為指導試驗設計,檢驗試驗數據數據不可缺少的手段和方法.
５核素技術發: 利用放射性和穩定性同位素的示蹤特性,追蹤他們的變化以揭示物質運動的規律.
６酶學診斷法: 由于一些營養元素是酶的活化劑,或是對酶結構起穩定作用,或有調節作用.因此了解植物體內某種酶的活性變化就可以反映出植物的營養狀況.
測土配方
我國當前農業用肥普遍存在肥料的表施或淺施、過量施用氮肥和過多地使用某種營養元素等不合理的施肥現象，造成肥料易揮發、流失，難以達到作物根部，不利于作物吸收，肥料利用率低；容易造成種子的燒傷或銨中毒，還可能會對作物產生毒害，妨礙作物對其他營養元素的吸收，引起缺素癥。
對于施肥來說，首先要確定氮、磷、鉀養分的用量，然后確定相應的肥料組合，通過提供配方肥并指導農民正確施用肥料。測土配方施肥技術是綜合運用現代農業科技成果，根據作物需肥規律、土壤供肥性能(生物、物理及化學性)與肥料效應在有機肥為基礎的條件下，提供氮磷鉀和微肥的施用量和比例，以及相應的施肥技術。
1 測土配方施肥的原理
一 元素的營養學說
植物的生長發育離不開 N、P、K、C、H、O、Ca、Mg、S、Fe、B、Mn、Mo、Zn、Cu、Cl 等16種營養元素，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 營養元素的同等重要律和不可代替律
植物所需的各種營養元素不論在植物體內含量多少，均有各自的生物功能，它們的營養作用是同等重要的，而每種營養元素具有的特殊的生理功能是其他元素不可代替的。
三 養分歸還學說
植物在生長發育過程中，要從土壤中不斷吸收各種營養物質，植物的長期吸收利用會使土壤的某些養分變的越來越少，養分失去平衡，地力逐漸下降，若要恢復地力就必須歸還從土壤中帶走的各種營養元素。
四 最小養分律
植物為了生長發育需要吸收各種養分，但決定其產量高低的是土壤中有效含量最低的那個養分，在一定的范圍內產量隨這個養分含量的增減而增減，忽視這個最低養分，即使再增加其他養分也難以提高作物的產量。
五 報酬遞減律
在其他栽培條件不變的前提下，隨著施肥量的增加，作物產量隨之增加，達到一定程度后，隨著施肥量的增加，作物產量反而減少。
六 綜合因子作用律
作物生長發育除養分因子外，還有水分、溫度、光照、空氣等環境因子和良種、植保、耕作、栽培等農業技術措施，單靠一個因子或一項措施是不可能使作物獲得高產的，存在著諸多因子的交互效應。
2 測土配方施肥遵循的原則
一 有機肥與無機肥相結合的原則 土壤有機質是土壤肥沃的重要指標，增施有機肥可以增加土壤的有機質，提高土壤的肥沃度。
二 大量、中量、微量元素相配合的原則 強調氮、磷、鉀肥的相互配合，并補充必要的中、微量元素才能獲得高產穩產。
三 用地與養地相結合的原則 只有堅持用養結合，才能使作物—土壤—肥料形成物質和能量的良性循環。
3 肥料用量的確定方法
一 土壤、植株測試推薦施肥法 這個技術綜合了目標產量法、養分豐缺法和作物營養診斷法的優點，根據氮、磷、鉀和中微量元素養分的不同特征，采取不同養分的調控，主要包括氮素的實時監控、磷與鉀養分的恒量監控及中、微量元素養分的矯正施肥技術。
二 肥料效應函數法 該方法是根據“3414”的田間試驗結果建立當地主要作物的肥料效應函數，直接獲得某一區域，某種作物的氮、磷、鉀肥料的最佳施用量，為肥料配方和科學施肥提供依據。
三 土壤養分豐缺指標法 通過土壤養分測試結果和田間肥效試驗結果，建立特別地區、不同作物的土壤養分豐缺指標，提供肥料配方。土壤養分豐缺狀況用“3414”試驗的相對產量的高低來表示，對某一地區的土壤通過養分測定，就可以了解土壤養分的豐缺狀況，提出相應的推薦施肥量。
四 養分平衡法 根據作物目標產量的需肥量與土壤供肥量之間的差測算目標產量的施肥量，通過施肥補充土壤供應不足的那部分養分。養分平衡法涉及到作物需肥量、土壤供肥量、肥料利用率、肥料中有效養分含量等參數。
4 測土配方施肥的步驟
一 土壤養分含量的測定 土壤養分含量是制定肥料配方的重要依據之一，通過土壤養分含量的測定可以了解土壤的供肥能力。
二 田間試驗 田間試驗是獲得各種作物最佳施肥量、施肥時期、施肥方法的根本途徑，也是篩選、驗證土壤養分測試技術，建立施肥指導體系的基本環節。通過田間試驗能摸清土壤養分矯正系數、土壤供肥量、農作物施肥量、肥料利用率等基本參數，為構建施肥模型和肥料配方提供依據。
三 配方設計 肥料配方設計是測土施肥技術的核心。通過總結田間試驗、土壤養分含量等數據，劃分不同施肥區域，同時根據氣候、地貌、土壤、耕作程度等的相似性和差異性，結合專家經驗，提出不同作物的施肥配方。
四 矯正試驗 為了保證肥料配方的準確性，最大限度地減少肥料的批量生產和大面積應用的風險，在施肥分區設矯正試驗，驗證其施肥配方的正確性，并完善肥料配方改進施肥參數。
五 配方加工 配方落實到農戶田間是配方施肥的最終目的，根據不同地區和不同作物的需肥量，加工配方肥——專用肥。
六 示范與推廣 為促進測土配方施肥技術能夠落實到田間，讓廣大農民親眼看到實際效果，建立配方施肥示范區樹立樣板田。
七 宣傳培訓 宣傳培訓是提高農民科學施肥意識，普及技術的重要手段，主要是培訓各級技術員和農民。
八 效果評價 農民是此項技術的最終執行和落實者，也是最終受益者，效果評價主要是調查測土配方施肥的實際效果，及時獲得農民的反饋信息，不斷完善施肥體系。
九 技術創新 技術創新是保證測土施肥工作長期有效的科技支撐。重點開展田間試驗方法、土壤養分測試技術、肥料配制方法、數據處理方法等方面的創新研究工作，不斷提升測土施肥技術水平。
十 耕地地力的評價 耕地是農業生產最基本的資源，耕地地力的好壞直接影響到農業生產的發展。耕地地力評價是測土配方施肥工作的重要內容，是加強耕地質量建設的重要基礎，也是建立耕地質量預測體系的重要前提。
本文轉載自：南通杰斯特生物科技有限公司
