四、养分归还（补偿） 学说
在作物成长并形成产量的过程中， 其所需的40% ~80% 的营养成分来自于土壤， 但土壤中所含的养分不是“取之不尽， 用之不竭冶的。必须通过施肥， 才能保证土壤有足够的养分供应容量和强度， 保证土壤养分携带与输入之间的平衡。为了确保土壤肥力， 必须通过施肥， 把被作物吸收的养分再“归还冶给土壤。李比希提出了养分归还学说。1837 年， 英国化学促进会邀请李比希到利物浦进行了一次主题为“当前有机化学和有机分析冶的报告， 事后李比希以这篇报告作为基础出版了《有机化学在生理学及病理学上的应用》。不过这本书开始时并没有引起人们的注意。1840 年出版了《化学在农业及生理上的应用》， 法、英、美、丹麦、荷兰、意大利、波兰和俄罗斯很快翻译了这本书， 引起了人们的重视。李比希在该书的第二部分“大田生产的自然规律冶中论述了土壤、植物和肥料中营养物质的变化及其相互关系， 比较系统地阐述了补偿学说和元素平衡理论。他把农业看做是自然界和人类之间进行物质交换的基础， 即植物从大气和土壤中吸收和同化的营养物质， 被动物和人类作为食物摄取， 经过动物排泄物和动植物体自身的腐败分解， 再重新返回到大气和大地， 完成物质归还。李比希提出的归还学说的原意是： 因为人类将作物种在土壤中， 并拿走了它们的产物， 这肯定会使地力慢慢下降， 因此土壤含有的养分就会越来越少。所以， 要恢复地力就一定要将作物从土壤中吸收的东西全部归还， 否则就很难再获得过去那样的产量， 为了增加产量， 应当向土地施加灰分。分析学说的内涵要包括以下几个要点。随着作物的每次收获， 肯定有一定量的养分会被带走， 收获次数会越来越多， 土壤中养分的含量就会越来越少。科学研究显示， 植物体内的营养物质主要有有机营养和无机营养， 而只有植物吸收了矿物质之后才能形成这些营养物质， 任何经济产量的形成都离不开一定数量的矿物质养分。比如， 冬小麦的产量水平为每公顷7500 千克的时候， 需要分别吸收30 千克氮、125 千克磷和25 千克钾才能形成100 千克籽粒， 而这些养分的来源大多是土壤， 并会随着小麦籽粒的收获而从土壤中流失。其他作物的生产与土壤养分的关系也是相同的。所以， 作物的种植时间越长， 产量越高， 土壤中被带走的养分数量就越多。如果不及时归还作物从土中吸收的养分， 不但使土壤肥力慢慢降低， 还会降低作物的产量。在农业生产实践中， 李比希的归还学说可以通过土壤钾素肥力的演变得到证实。根据范钦桢、林葆等人的研究， 我国土壤钾素肥力的演变经过了一个从充足到缺乏， 从南方缺乏到北方缺乏， 从经济作物缺乏到果树、禾谷类、蔬菜等作物也缺乏， 从高产田缺乏到中产田也缺乏的过程， 连年种植作物不施钾肥导致了这一结果。谭金芳（1996） 在研究河南土壤钾素肥力的演变时发现， 在1981～1992 年的10 年间， 河南各种土壤类型耕层速效钾含量均呈显著下降趋势： 其中潮土类土壤中速效钾含量平均每千克下降37 毫克， 褐土类土壤中速效钾含量每千克下降11 毫克。范钦桢等在河南封丘的研究中也发现， 在不施钾肥的条件下， 经6 年种植后， 速效钾的含量由种植前的每千克788 毫克下降至每千克612 毫克； 而缓效钾的含量由每千克5580 毫克下降到每千克5264 千克， 下降速度较快， 与之相对应， 作物的产量也下降了， 而如果增施钾肥则会显著提高作物的产量， 这就印证了李比希“如果不补充有效养分， 总有一天地力会枯竭冶的观点。为了保持元素平衡和提高作物的产量， 应该向土壤中施加肥料。归还作物从土壤中取走的全部东西是李比希养分归还学说的中心思想， 这样做是为了保持元素平衡， 恢复土壤肥力。而归还养分的根本途径就在于施肥。李比希主张通过施用化肥来补充作物在生长过程中从土壤中带走的营养物质， 特别是那些土壤中含量少而消耗量大的营养物质， 这一观点已经突破了依靠农业内部生物循环维持地力的范畴， 给农业生产开拓了广阔前景。李比希明确指出， 保持作物的产量要以土壤肥力为基础， 仅靠其他单一技术而不注意恢复和提高土壤肥力是不可能保证作物持续高产的。历史已经充分证明， 通过施用肥料使作物增产是有效的。在我国， 通过增施氮、磷和钾肥提高作物产量的实例有很多， 所以， 把李比希的养分归还学说称为养分补偿学说能更确切地反映它的实质。
五、最小养分律
1843 年， 德国化学家李比希提出了最小养分律， 其中心内容是： 作物需要通过吸收各种养分来进行生长发育， 可是决定作物产量的是土里那个相对含量最少的有效养分。作物的产量因这个最小养分的增减而增减， 如果将这个限制因素忽略了， 就算继续增加别的养分， 依然很难增加作物产量。正确选择肥料的基本原理就是最小养分律， 它的内涵包括以下几点：
（一） 最小养分影响作物产量
最小养分指的不是土里绝对含量最少的养分， 而是就农作物对各类养分的需求而言， 土壤中相对含量最小的养分。
（二） 最小养分会随条件改变而变化
最小养分并非固定不变， 它会因作物产量多少以及化肥供应水平的变化而变化， 满足一种最小养分的需求后， 另一种最小养分就可能会变成新的最小养分。20 世纪50 年代， 我国农田土壤缺氮的情况十分普遍， 在当时， 氮就是限制作物增产的最小养分， 全国各地均多施氮肥， 有很明显的增产效果。20 世纪60 年代， 随着增加氮肥的施用量， 土壤供氮的能力也提高了， 氮不再是最小养分。当时未施用磷肥， 磷成了新的最小养分。其后， 随着氮、磷肥的不断投入， 限制作物产量的最小养分变成了钾， 增施钾肥有很显著的增产作用。当满足了作物对氮、磷、钾的需求后， 有的微量元素先后变成新的限制作物产量的最小养分。
（三） 要提高产量， 必须补施最小养分
假如不补施最小养分， 就算增施再多别的养分， 也只是浪费肥料， 而无法达到增产目的， 最小养分是影响作物产量的限制因子。例如， 只将氮肥施在缺磷的土壤上， 就算施加再多， 也不可能实现作物的增产。为使人们能更好地理解最小养分律， 有人通过贮水木桶进行图解，可见由许多长短不一、表示不同养分含量的木板组成木桶， 作物的产量水平由木桶的水面表示，作物产量的多少（水面的高度） 被最小养分含量（最短木板的高度） 所制约。在应用最小养分律进行施肥时， 首先要明确最小养分， 再依据最小养分选择使用哪种肥料， 有针对性地施肥， 才会有相应的成效。
六、限制因子律
限制因子律是最小养分律的扩展和延伸。作物的生长和产量要受到光能、温度、水分、养分、空气以及机械支持等多种因素的综合作用， 其中任何一种因素不足或过量或与其他因素的关系失调， 这个因素就可能变成作物的限制因子。限制因子律对指导农业生产的意义是很重大的， 作物和环境是统一的， 在实现作物高产的众多影响因子中， 施肥只是其中一个。施肥时， 既应注意最小养分， 也不可忽视别的生态因素的影响， 要使施肥发挥出最大的增产作用， 必须保证其他各种生态因子也都能为作物的生长提供必要的条件。
七、报酬递减律
如果土壤生产水平不高， 作物产量往往与施肥量呈正相关，但当肥料的施用量逐级递增时， 农作物的产量的增加并非随着施肥量的增加而呈现直线上升的趋势， 单位施肥量增加对提高农作物产量的作用会逐渐降低。假如以肥料施用量为横坐标、以作物产量为纵坐标建立坐标轴， 那么当逐渐增加肥料施用量的时候，最初作物增产很明显， 之后增加幅度逐渐降低， 作物产量的变化呈抛物线。说明作物产量的增加幅度与施肥量的增加幅度不一致。
八、因子综合作用律
农作物的生长发育要受到综合因子的影响， 可以将这些因子分为两类： 一类因子对农作物的产量产生直接影响， 即如果缺少该类中某一种因子， 作物就不能完成其生长周期， 该类因子有养分、水分、温度、光照、空气等， 合理施肥也是影响作物增产的众多综合因子中起主要作用的因子之一。另一类因子对农作物产量的作用并非不可缺少， 但是这些因子对作物产量的影响很大，这些因子是不可预测的因子， 如台风、暴雨、冰雹、病虫害和冻害等， 这些因子轻则使作物减产， 重者会导致作物绝收。诸因子综合决定了作物产量水平的高低， 其中必然有一个起主导作用的限制因子， 该限制因子在一定程度上制约了作物产量的高低。为了提高肥料经济效益， 将肥料的增产作用充分展现出来， 一方面， 一定要将施肥措施和其他农业技术措施紧密联系起来， 将生产体系的综合功能体现出来； 另一方面， 也要注重配合施用各种养分。
§§§第三节 测土配方施肥技术的发展及问题
一、测土配方施肥技术的发展
德国农业化学家李比希于1840 年提出了“矿质养分学说冶，该学说奠定了化肥生产与应用的理论基础。世界化肥消费总量到2003 年达到了145 亿吨， 化肥工业正在朝着专用化、复合化和高浓度化的方向发展。1843 年， 英国科学家在洛桑试验站布置了长期肥效定位试验， 自此， 对科学施肥技术的探索已超过160 年。在确定合理的施肥品种、数量、方式以及施肥时期方面， 各国的土壤肥料科技工作者提出了多种科学施肥技术。当前， 配方施肥技术在发达国家的农业生产中得到了广泛的推广。例如， 配方施肥技术在美国的应用面积超过80%， 农场中有23%使用了精准施肥技术。在开展耕地调查和大量试验的基础上， 日本建立了全国作物施肥指标体系， 确立作物施肥的指导方案， 还研发出配方施肥专家系统， 在指导农业生产中得到广泛的应用。总体看来， 世界科学施肥发展大体分为三个阶段： 一是1843 年至20 世纪中叶的科学施肥阶段， 其目标是产量； 二是20 世纪中叶至20 世纪80年代的科学施肥阶段， 其目标是产量和品质； 三是20 世纪90 年代开始的科学施肥阶段， 其目标是产量、品质和生态。现如今，人们更深刻地认识到了肥料的施用存在正负两方面的作用： 肥料的施用既是实现作物高产的物质基础， 又有可能导致环境污染。积造施用农家肥在我国的历史很悠久， 是我国传统农业的精华。台湾地区于1901 年从日本输入氮肥， 这开创了我国化肥施用的新纪元。新中国成立后， 科学施肥工作受到了党和国家的高度重视， 全国土壤肥料工作会议于1950 年在北京召开， 会议提出把科学施肥当做一个发展粮食生产的重要举措， 后来对氮肥的施用进行了重点推广， 加强了有机肥料的建设。全国化肥网于1957 年成立， 开展了对氮肥、磷肥肥效的试验研究。1959～1962 年组织开展了第二次全国氮、磷、钾三要素肥效实验研究和第一次全国土壤普查工作。第二次全国土壤普查的时间为1979 年， 将我国耕地的基本信息掌握清楚了， 第三次全国化肥肥效试验研究是在1981 ~1983 年， 系统研究了氮、磷、钾和中、微量元素肥料的协同作用。后来， 又对配方施肥、因缺补缺和平衡施肥技术进行了研究及推广。