氮、磷、钾三种是植物需要量和收获时带走量较多的营养元素，而它们通过残茬和根的形式归还给土壤的数量却不多 。因此往往需要以施用肥料的方式补充这些养分。
氮素是植物体内蛋白质、核酸和叶绿素的组成成分，叶绿素a和叶绿素b;都是含氮化合物。氮也是植物体内维生素和能量系统的组成部分。我国大部分耕地的土壤全氮含量都在0.2%以下，一般认为土壤全氮含量<0.2%即有可能缺氮，所以几乎所有农田都需要施用化学氮肥的。
磷在植物体中的含量仅次于氮和钾，一般在种子中含量较高。磷对植物营养有重要的作用。磷是植物体内核酸、蛋白质和酶。等多种重要化合物的组成元素。磷能促进早期根系的形成和生长，提高植物适应外界环境条件的能力，有助于植物耐过冬天的严寒。
钾是植物的主要营养元素，同时也是土壤中常因供应不足而影响作物产量的三要素之一。它不是植物体内有机化合物的成分。钾在植物代谢活跃的器官和组织中分布量较高，具有保证各种代谢过程的顺利进行、促进植物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力等功能。钾能够促进光合作用，缺钾使光合作用减弱。钾能明显地提高植物对氮的吸收和利用，并很快转化为蛋白质。钾还能促进植物经济用水。由于钾离子能较多地累积在作物细胞之中，因此使细胞渗透压增加并使水分从低浓度的土壤溶液中向高浓度的根细胞中移动。在钾供应充足时，作物能有效地利用水分，并保持在体内，减少水分的蒸腾作用。钾的另一特点是有助于作物的抗逆性。钾的重要生理作用之一是增强细胞对环境条件的调节作用。钾能增强植物对各种不良状况的忍受能力，如干旱、低温、含盐量、病虫危害、倒伏等
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