所谓合理施肥，就是针对植物营养特性、土壤供肥特性、肥料化学性质选择肥料及其适宜用量，坚持有机肥与无机肥相结合；坚持因土壤、因作物施肥；坚持缺素补素，平衡施肥；确定合理的轮作施肥制度，合理调配养分；采用合理的施肥技术，提高肥料利用率。
一、养分补偿学说
德国化学家李比希1843年所著的《化学在农业和生理学上的应用》一书中，系统地阐述了植物、土壤和肥料中营养物质变化及其相互关系，提出了养分归还学说。认为人类在土地上种植作物，并把产物拿走，作物从土地中吸收矿质元素，就必然会使地力逐渐下降，从而土壤中所含养分将会越来越少。如果不把植物带走的营养元素归还给土壤，土壤最终会由于土壤肥力衰减而成为不毛之地。因此，要恢复和保持地力，就必须将从土壤中拿走的营养物质还给土壤，以解决用地与养地的矛盾。
二、同等重要和不可代替律
不论是大量元素还是微量元素，对农作物来说都是同等重要的，缺一不可，缺少了其中的任何一种营养元素，作物就会出现缺素症状，而不能正常地生长发育、结实，甚至会死亡，导致减产或绝收。例如作物对铜的需要量很少，但小麦缺少了它就会出现不孕小穗的现象。 作物需要的各种营养元素，在作物体内都有其一定的功能，相互之间不能互相代替。如缺少钾，不能用磷代替，缺磷不能用氮代替，也不能用和它们化学性质十分相似的其他元素所完全代替。缺少什么元素，就必须施用含有该元素的肥料。
三、最小养分律
上述的两条定律说明，要保证作物的正常生长发育，获得高产，就必须满足它们所需要的元素的种类和数量及其比例。若其中有一个达不到需要的数量，生长就会受到影响，产量就受这一有效性或含量最小的元素所制约。最小的那种养分就是养分限制因子。最小养分不是指土壤中绝对含量最少的养分，而是对作物的需要而言的，是指土壤中有效养分相对含量最少(即土壤的供给能力最低)的那种养分。最小养分不是不变的，它随作物种类、产量和施肥水平而变。一种最小养分得到满足后，另一种养分就可能成为新的最小养分。例如，新中国成立初期，我国基本上没有化肥工业，土壤贫瘠，突出表现缺氮，施用氮肥就有明显的增产效果。到了20世纪60年代，随着生产的发展，化学氮肥的施用量有了一定增长，作物产量也在提高，但有些地区开始出现单施氮肥增产效果不明显的现象，于是土壤供磷不足就成了当时进一步提高产量的制约因素。在施氮基础上，增施磷肥，作物产量大幅度增加。到了70年代，随着氮、磷化肥用量的增长及复种指数的提高，作物产量提高到了一个新水平，对土壤养分有了更高的要求。南方的有些地区开始表现出缺钾；北方一些高产地区开始出现了土壤供钾不足或某些微量元素缺乏的现象。如在缺硼的土壤上油菜出现花而不实、棉花出现蕾铃脱落的现象，北方缺锌的田块水稻出现坐蔸、玉米出现白化苗病，这些症状只有在施用硼肥或锌肥后才会消退。
四、报酬递减律
早在18世纪后期，欧洲经济学家杜尔哥和安德森同时提出了报酬递减律这一经济规律。目前对该定律的一般描述是：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量的增大而有所增加，但随着投入的单位劳动和资本量的增加，到一个“拐点”时，投入量再增加，则肥料的报酬却在逐渐减少。
这一定律的诞生对工业、农业及其他行业都具有普遍的指导意义，最先引入到农业上的是德国土壤化学家米切利希等人，在20世纪初，在前人工作的基础上，通过燕麦施用磷肥的砂培试验，深入研究了施肥量与产量之间的关系，从而发现随着施肥剂量的增加，所获得的增产量具递减的趋势，得出了与报酬递减律相吻合的结论。
米切利希的试验证明：第一，在其他技术相对稳定的前提下，随着施磷量的逐渐增加，燕麦的干物质量也随之增加，但干物质的增产量却随施磷量的增加而呈递减趋势，这与报酬递减律相一致。第二，如果一切条件都是理想的，植物就会产生某一最高产量；相反，只要某一任何主要因素缺乏时，产量便相应减少。
需要强调指出的是，报酬递减律和米切利希学说都是有前提的，它们只反映在其他技术条件相对稳定情况下，某一限制因子(或最小养分)投入(施肥)和产出(产量)的关系。如果在生产过程中，某一技术条件有了新的改革和突破，那么原来的限制因子就让位于另一新的因子，同样，当增加新的限制因子达到适量以后，报酬仍将出现递减趋势。
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