人的生存需要食物的供给，而植物的生长发育也需要“食物”。只是人和植物之间食物的来源不同，人需要从五谷杂粮、肉类等中获取蛋白质，从瓜果蔬菜中获取相应的维生素，人所需要的是现成的食物。而植物所需的养分为营养元素和小分子物质，从土壤中和空气中获取。
植物能够进行光合作用，利用光能和空气中的二氧化碳制造有机物，并释放出氧气。这些有机物可以运转到机体参与新陈代谢，保证植物体的正常运转。在植株生长发育进程中，需要提供机体的源部件—营养元素，而在养分的供给过程中，需要遵循相应的指导，才能保证养分的均衡供给，实现最大的利用价值。
矿质营养学说
年，植物营养科学奠基人、德国化学家李比希，在伦敦英国有机化学年会上发表了“化学在农业和生理学上的应用”的著名论文，提出了矿质营养学说，该学说否定了当时流行的腐殖质营养学说。
该论文指出：腐殖质是在地球上有了植物以后才出现的，而不是出现在植物以前，因此植物的原始养分只能是矿物质。
李比希提出的矿质营养学说是植物营养学新旧时代的分界线和转折点，给予植物营养学一个崭新的面孔。随后，技术的进步及各种手段的应用，植物营养学出现了相应的理论指导，为化肥在农业上的广泛应用提供了理论支撑。
1、养分归还学说—平衡施肥的理论基础
养分归还学说的核心是矿质营养，即作物生长所需的是矿质养分而非其他物质。
植物在生长过程中，以不同的方式从土壤中吸收矿质养分，使土壤养分逐渐减少，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矿质养分和氮素以施肥的方式归还给土壤，否则由于不断地种植植物，必会引起土壤养分的损耗，而使土壤变得十分贫瘠，产量降低，甚至寸草不生。如通过施肥将吸收的养分归还，就能维持土壤养分平衡，保证土地的可持续利用。
2、最小养分限制因子—施肥的主要矛盾
作物产量受土壤中相对含量最少的养分所控制，作物产量的高低则随最小养分补充量的多少而变化。
如同木桶原理一样，木桶的盛水量是由最短的那个木板决定。土壤中相对含量最少的养分影响着作物产量的维持和提高。最小养分是相对作物需要来说，是土壤供应能力最差的某种养分，而不是绝对含量最少的养分。最小养分会随着生产条件（如施肥影响）改变而变化。在实际生产过程中只有补施最小养分，才能提高产量。
随着复种指数的增加，作物的更换，土壤中的最小养分也在不停的变换中。在不同的时间节点，植物对不同养分的需求是不同的，而且不同养分的重要性也不同。如在苗期，植株处于快速生长阶段，氮肥的多少是制约作物生长的关键因子，氮就是最小养分；而开花坐果期，磷钾所起的作用更关键，磷钾又成为最小养分（玛斯肽）。
只有掌握植物生长的规律，合理精准的补给相应的养分，才能达到最大的投产比。
3、同等重要与不可替代性—平衡施肥的基本方法
植物所需的养分多种多样，其中有17种是植物所必需的，在这些必需营养元素中，它们的含量虽然差别很大，但是对植物生长发育和各种生命代谢都是同等重要的。
缺某一种元素只能补充该因素而不能补充其他元素来代替。例如，氮是蛋白质的组成成分，缺少氮则影响蛋白质的合成和正常的生命代谢，表现为植株矮小、整体黄化、生长迟缓，严重则会出现死亡。而氮的这种功能是其他元素代替不了的。例如钾元素，俗称品质元素，在碳水化合物的运转过程中起着至关重要的作用，在缺少钾的情况下，如果用其它阳离子代替，只能行使部分维持细胞膨压和离子平衡的作用，对果品质量的保持没有很大效果。
4、报酬递减率—经济合理的施肥要求
报酬递减律是指在技术条件相对稳定的情况下，随着投入量的增加，报酬是增加的，但随单位投入量的增加，报酬的增加却是依次递减的。按报酬递减律，过量施肥会造成经济效益下降。
在施肥时要选择适宜用量，施少了，则化肥增产的潜力尚未发挥出来，施多了，虽可能获得高产量，但计算经济效益，很可能是多了化肥的成本，增产不增收。根据植物生长的规律和外观表现，选择合适的肥料和施肥量，保证肥料一致处于增效阶段，避免不必要的增量造成的经济损失、农产品下降及生态环境的恶化。
值得注意的是，在肥料效应限制因子未克服的条件下，不要盲目增加施肥量。
5、因子综合作用率—决定肥料效益的因素
作物的增产是由于影响作物生长发育的各种因子综合作用的结果，如水分、温度、养分、空气、作物品种、以及耕作条件等。
施肥措施必须与其它农业技术措施密切配合，就是其它生产因子不变的条件下，肥料养分间的配合施用，也应该因地制宜地加以运用，两种或两种以上的肥料配合使用，产生的综合效果要比单一肥料好得多。
6、养分资源的综合管理
随着农业的发展，我们要将田块施肥置于生产系统中，从农田养分收支平衡的角度协调节肥、高产与环境的关系并建立养分平衡账。同时，与其他农业措施相结合，寻求施肥效益的最大化。将科学施肥引向农业可持续发展的轨道，并对测土配方施肥等提出新的要求。
农业的可持续发展，不仅需要先进的种植理念做支撑，还需要先进的科学技术和多维度、多学科的共同参与，用新型肥料去带动作物与环境、与人类的良性发展，真正实现农业强国的发展之路。