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以氮素和磷素为例。
①氮素 作物吸收利用的氮素主要有铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-），他们在作物体内转化作用的步骤略有不同。铵态氮被作物吸收后，与有机酸（如酮酸）结合进行同化作用，形成氨基酸和蛋白质等。硝态氮被作物吸收后，首先在硝酸还原酶作用下形成铵态氮后，才能与有机酸结合，形成氨基酸和蛋白质等。
硝态氮、氨态氮的代谢过程也略有不同，硝态氮即可在根部也可在叶部进硝酸还原作用，其还原作用受光照的影响；硝态氮的同化作用与有机酸的代谢有关。作物需要吸收相应的阳离子以中和硝酸根离子的酸性，又必需生成有机酸以中和这些阳离子的碱性。
根部吸收的铵态氮就在根部合成为氨基酸等有机氮，然后再输送到作物各部位。过多的铵态氮会转化为酰胺，酰胺可以在作物体内贮存，需要时水解而为作物利用。进行植株测定和养分诊断，一般分别以酰胺态氮和硝态氮含量作依据，而不是测铵态氮。铵态氮和硝态氮在土壤中状态不同。硝酸根带有负电荷，土壤胶粒也是负电荷，因此硝态氮只能存在于土壤溶液中，虽易被作物吸收，但也易随水流失。铵态氮带正电荷，被吸附在土壤胶粒表面，既便于为作物吸收，又有利于稳定地保存。
②磷素 作物吸收的磷素主要是无机态磷酸根离子。磷酸含有三个氢离子（H+）是三元酸，因此可以生成三种相应的盐，即一价磷酸盐、二价磷酸盐和三价磷酸盐，可形成(H2PO4-)、(HPO42-)和（PO43-）三种形态的磷酸根离子，其中以H2PO4-最易被作物吸收，HPO42-次之，PO43-则较难吸收，前两种形态统称为速效磷。磷进入作物体内首先与糖结合，参加糖系代谢，而本身有机化，并转运到作物各部。从根部吸收的磷经木质部向地上部分运送；从叶部吸收的磷经韧皮部向下部分移运。
（2）由机态养分 土壤中能被作物吸收的有机态养分属于难溶态的范畴，存在于土壤的有机物质或微生物活体体内，或呈螯和物形态存在。一般不如无机离子态养分易被作物利用，大多数有机态养分需经微生物分解转变为无机态养分后，才能较顺利地被吸收利用，如尿素、氨基酸、糖类、磷脂类、植酸、生长素、维生素以及抗生素等。一般认为有机分子中，脂溶性系的较易进入作物体内，而比难溶性的养分容易释放。
3.水溶态养分、交换态养分、缓效态养分和难溶态养分
（1）水溶态养分 凡能溶于水的养分均称为水溶态养分，存在于土壤溶液中，极易被作物吸收利用。大部分无机态养分和小部分结构简单、分子量小的有机态养分都属于水溶态养分，这种养分对作物的效果最高。
（2）交换态养分 能被吸附在土壤胶粒表面的交换性离子是交换态养分。通常交换态养分是阳离子，如NH4+、K+、Ca2+、Mg2+等，带有正电荷，极易为带负电荷的土壤胶粒所吸附。某些情况下，土壤胶粒带有正电荷，吸附的则是阴离子如H2PO4-、HPO42-等。
以上两种形态的养分均称为速效性养分，在土壤中始终处于动态平衡中，当土壤水溶态养分被作物吸收后，交换态养分由土壤胶粒表面向土壤溶液转移。当土壤溶液中水溶态养分浓度增高时，如施用化肥时，则土壤溶液中的养分向土壤胶粒表面转移。
（3）缓效态养分 这种养分既不是水溶态的，也不是交换态的，不能直接为作物吸收利用，例如矿物晶格中和黑云母矿物中的钾。对于大部分作物的当季的有效性较差，只能作为速效养分的补给来源，但肥效时间长。在判断土壤潜在肥力时具有一定的重要意义。
（4）难溶态养分 难溶态养分主要存在土壤矿物中,不易释放,也不易迅速为作物根部分泌的弱酸溶解,例如氟磷灰石、羟基磷灰石等原生矿中的磷素、钾长石中的钾素，只有在较长的风化过程才有可能被释放，因此可当作是作物养分的贮备。
由于土壤的条件和环境的变化，土壤中的养分有相互转化的过程。有效养分，可能降低其有效程度，甚至养分无效化；也有的提高有效程度，形成养分有效化。
第二节 作物养分的来源
作物养分的来源主要依靠土壤。作物对各种养分的需要量是不同的，土壤供应各种养分的能力也有很大的差异。各种养分中，除了碳、氢、氧以外，作物对氮、磷、钾的需要量较高，而土壤中这三种养分元素的数量却一般比较少。经实验证明，以根茬形式归还给土壤的各种养分元素的数量，以氮、磷、钾为最少，一般不足其吸收总量的10%，是归还比例最少的元素。因此要使作物保持良好的生长和丰硕的产量，必须以肥料方式向土壤补充养分。土壤中作物养分的来源大体有以下六个方面。
1、土壤矿质土粒风化所释放的养分；
2、土壤微生物的固氮作用；
3、有机物质分解所释放的养分；
4、作物根系对养分的集聚；
5、降雨雪对土壤加入的养分；
6、施用肥料。
一、自然环境中的养分来源
自然环境中的养分来源主要指土壤中的养分和有机肥料。
（一）土壤中的养分
1.氮素
一般情况，刚开垦的土地含氮量较高，种植后逐渐下降，形成新的生态平衡。旱地含氮通常比水田低。
土壤中各种形态的氮素在不同的环境条件下，不停地相互转化，这主要是在土壤微生物作用下的生物化学过程，如含氮有机物的矿质化过程。土壤里的氮素有5-30%是蛋白态，有50%-80%是腐植质态，须经氨化和硝化作用，才能为作物吸收利用。又如速效态氮素的无效化过程，当土壤通气不良，反硝化细菌把硝态氮还原成氮气或氧化氮气体，发生脱氮现象，是速效态氮素在无效化过程中损失。
2.磷素
我国土壤含磷一般在0.05%-0.30%P2O5范围内。分布趋势大体上是从南到北逐渐增加。
土壤中的磷素分为有机态磷和无机态磷两种，前者占10%-30%，后者占其余的大部分。有机态磷来源与动植物和微生物的残体及施用的有机肥料，其主要的化合物是核蛋白、核酸、磷脂和植酸等，都在磷细菌作用下供作物利用。
土壤中无机态磷的化合物约有三十多种，一般归成三类。
(1)水溶性磷酸盐 主要是碱金属和碱土金属的一价磷酸盐，存在于土壤溶液中，易被作物吸收。
（2）弱酸性磷酸盐 主要是碱土金属的二价磷酸盐，只溶于弱酸中，转变为水溶性磷酸盐后方可为作物利用。
（3）难溶性磷酸盐 这是土壤中无机态磷的主要部分，只有经长期风化过程，才能转化为作物能利用的形态。
3.钾素
土壤中的钾素主要来源于含钾矿物，如钾长石、云母等，都是存在于原生矿物和次生矿物中，受土壤风化程度不同的影响，转化为作物可利用的钾素。
土壤中的钾素有三种形态。
（1） 矿物态钾存在于原生矿中，是土壤含钾的主体，约占90--98%。经风化被释放的钾，既可存在于土壤溶液中，也可被土壤胶粒吸附，成为交换性钾。
（2） 缓效态钾主要包括粘粒矿物层状结构中的钾和一部分易于风化矿物中的钾。一般占全钾的2-6%。这类钾虽不能直接为作物吸收，但它是土壤速效钾的直接后备。
（3） 速效态钾包括交换态钾和水溶态钾，前者占速效钾总量的90%以上，速效态钾占总钾量的1—2%
4、微量养分
土壤中微量养分的主要来源有二，即成土母质和大气、火山烟雾等,前者为大多数微量养分的来源,后者为少数微量养分(主要是非金属元素)的来源。一般情况下，土壤微量养分可分为五种形态，及水溶态、弱交换态、强交换态、次生矿物、原生矿物，前三种对作物到有效，特别是强交换态的量最多。
（1）硼 我国土壤含硼量在0—500ppm之间，平均为64ppm。土壤中的硼有四形态：
①有机态硼 经微生物分解后方可被植物吸收利用。
②矿物态硼 存在于矿物中，风化缓慢，短期内不能利用。
③吸附态硼 被吸附在土壤胶粒表面，纾缓效态硼。
④水溶态硼 存在于土壤溶液中，通常含量极少，属速效态硼。
一般土壤PH值在4.7—6.7之间，硼的有效性最高。
（2）锰 锰是土壤中含量较多的一种微量元素。我国土壤含锰范围为42—3000ppm,个别高达5000ppm,平均为710ppm。土壤中锰以2价、3价、4价的锰化物存在。2价锰包括水溶态锰和交换态锰，是作物直接吸收的形态；3价锰性质不稳定，易成还原态锰，在一定程度上对作物有效；4价锰溶解度小，作物不易吸收。
(3)铜 我国土壤含铜量为3—300ppm，平均为22ppm,除长江下游的部分土壤外，其他土壤平均都在20ppm以下。土壤中的铜有水溶态、交换态、矿物态难溶性和有机螯合态，他们在一定条件下可以相互转化。
（4）锌 我国土壤的含锌量低限小于3ppm，高限可达790ppm，平均100ppm左右。土壤含锌不仅受成土过程的影响，而且与母质、气候等因素有关。一般来说，基性岩上发育的土壤含锌量比酸性岩上发育的土壤高，石灰岩上发育的比片磨岩、石英岩高。
（5）钼 我国土壤中的钼含量为0.1—6ppm，平均1.7ppm。钼是土壤中含量范围最小的微量养分。土壤中的钼的分为水溶态、交换态、矿物态和有机态四种，前两种为有效性，后两种为难溶性，难溶性的需长期风化和微生物分解方可释放钼。
(6)铁 铁在土壤中的含量很高，作物对铁的需要量也较大，其需要量介于次要养分和微量养分之间，习惯列入微量养分。通常铁以3价、2价或以其他形态存在于土壤之中，其形态因土壤的酸碱度和氧化还原条件的不同而变化。我国南方土壤，特别是水稻土中大量存在，亚铁含量可达每100g土有400—500mg。
(二)有机肥料
有机肥料主要指以禽畜类等有机废弃物为主要有机原料,以及其他添加剂为辅助原料，经发酵、无害化处理后制成的肥料。分述如下：
1、自然存在的物质 泥炭类指自然腐植化的植物残体，如泥炭、风化煤。
2、农家废弃物 作物残茬（秸杆、枝叶等）；粪尿类（人畜粪尿的厩肥、厩液、尿液等）；堆沤肥（植物残茬经发酵、分解、腐熟的混合物）；绿肥（指直接翻压入土的新鲜绿色植物，如紫云英、苜蓿等。）
3、植物产品加工后的残余物 纤维（造纸工业残渣）、饼肥（压榨含油种籽加工后的残渣）、木材物质（树忮、锯末、造纸木质素等）、废糖浆（制糖工业残渣）。
4、动物产品加工后的残余物 血粉、角粉、骨粉、皮鞘等。
5、城镇废弃物 河道污泥、污水处理池残渣、污泥、家庭垃圾等。
有机肥料质量的主要标志：干物质含量，腐殖质含量，易矿化态量，含氮、磷、钾总量和速效态量，碳氮比值，有害物含量（如重金属、有害菌类等。）
我国悠久的农业历史，对有机肥料累计了丰富的经验，在农业生产中起到十分重要的作用。有机肥料是作物矿质养分的直接来源，也是改良土壤的重要物质，还是提高无机肥肥效的物质。有机肥与化肥配合施用，可以取长补短，起缓急相济的作用。
二、化学肥料
化学肥料简称化肥，是在工厂里进行化学合成或精细加工而成，化肥大都是无机化合物。
（一）化学肥料的分类
1．按所含养分分类
（1）氮素化肥 简称氮肥，含有氮素，如硫酸铵、硝酸铵、尿素、碳酸氢铵、氯化铵、氨水、液氨、石灰氮等都是氮肥。
（2）磷素化肥 简称磷肥，含有磷素，如普通过磷酸钙、重过磷酸钙，脱氟磷肥、钢渣磷肥、钙镁磷肥等都属磷肥。
（3）钾素化肥 简称钾肥，含有钾素，如硫酸钾，氯化钾等都是钾肥。
（4）中量元素肥料 中量元素肥料是指含有钙、镁、硫元素的肥料。目前我国还没有单一的中量元素肥料，而都是结合在有关肥料中，如普通过磷酸钙，含有28%CaO、13%S;重过磷酸钙，含有19%CaO，1%S；钙镁磷肥含有32% CaO、18%MgO，以及硫酸盐类肥料，如硫酸铵含23%S、硫酸钾含17%S等。
（5）微量元素肥料 简称微肥，指含硼、铜、锌、锰、钼、铁等元素。常用的微肥是这些微量元素的硫酸盐或氧化物或酸根，如硫酸铜、硫酸锌、硫酸锰、氧化铁、硼酸、钼酸铵等。
（6）有益元素肥料 有益元素肥料指含有对作物有益元素的肥料。一些有益元素大部分都在施用大宗肥料时附带拖入，如硝酸钠就带入有益元素钠。只有针对需要时，才施用专门有益元素肥料。如近期研制的硅肥已大量在水稻上使用，也适用于蔬菜、瓜果作物。又如钛肥已在桑树上使用，获得明显的增产和改善品质的效果。
（7）复混肥料 复混肥料是指含有两种以上主要养分的化肥，是复合肥料和混合肥料的总称，其中复合肥料一般是指化学合成的，如磷酸铵含有氮素和磷素；硝酸钾含有氮素和钾素，磷酸二氢钾含有磷素和钾素，其养分之间的比例由化学结构决定的，另一种混合肥料一般是指物理（机械）混合的，如将现成的固体氮肥、磷肥、钾肥进行混合，如团粒法、掺混法（BB肥），其养分之间的比例可按需要进行选配的。这种肥料由于养分比例的目标不同，又分通用型肥料和专用型肥料，前者如15-15-15，可以直接使用也可作为原料，后者如水稻专用肥，其养分比例专门适用于水稻。由于复混肥料生产技术的发展，常采用磷酸、硫酸等液体原料参与固体肥料的生产混合过程，因而也产生一些化学反应，这就难予严格区分是复合还是混合，可统称为复混肥料。
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