肥料是施用于土壤或植物的天然或人工生产材料，主要用于提供生长所需的养分。肥料包括矿物盐、工业合成化合物，以及粪肥和堆肥等含有养分的有机材料。肥料不同于主要用于改变土壤性质的土壤改良剂，不过某些材料兼具这两种作用。肥料的效果取决于养分的有效性、作物需求、土壤条件和施用方法；过量施肥或施肥时机不当可能污染地表水和地下水。(epa.gov)
养分与植物生长
肥料提供的主要养分是氮（N）、磷（P）和钾（K）。氮是蛋白质和叶绿素的组成元素。磷参与能量传递，也是核酸和三磷酸腺苷（ATP）的组成部分。钾有助于酶发挥活性、糖类运输以及植物体内水分平衡的调节。这些养分的生理作用相互交叠，并非分别只作用于叶、根或花。(extension.missouri.edu)
植物还需要相对较多的钙、镁和硫，以及较少的微量营养元素，包括铁、锰、锌、铜、硼、钼、氯和镍。“微量”指的是所需数量少，并不意味着其生物学重要性较低。肥料可以单独提供这些元素，也可以以混合物的形式提供。只有在现有养分供应不足时，补充养分才有益；含有氮、磷、钾三种主要养分的产品，并不一定适用于所有土壤或作物。(extension.missouri.edu)
类型与标签标示
矿质肥料中的养分以无机化合物或尿素等人工生产产品的形式存在。这类肥料可以提供一种主要养分，也可以提供多种养分的组合。常见例子包括铵盐、磷肥和氯化钾。产品以颗粒、粉末或液体形式销售，在浓度、溶解度、操作处理方式和养分释放特性方面各有不同。(extension.umn.edu)
有机肥料来源于畜禽粪便、堆肥以及动植物残余物等生物材料。其养分浓度和释放速率随来源及加工方式而异。以有机形态结合的养分，大部分要经过微生物的分解作用和矿化作用，才能被植物利用。有机肥料还可以补充有机质，进而影响土壤结构和保水能力。仅仅来源于生物材料，并不意味着某种肥料就符合有机农业认证的使用条件；有机农业对投入品另有要求。(extension.missouri.edu)
按照美国及许多其他国家采用的常规标签制度，肥料品级以三个质量百分数表示：以 N 表示的氮含量、以 P₂O₅ 表示的有效磷含量，以及以 K₂O 表示的水溶性钾含量。因此，10–10–10 肥料含有 10% 的氮，以及分别按上述氧化物折算为 10% 的磷和钾，而不是各含 10% 的元素磷和元素钾。这些氧化物形式只是含量标示的惯例，并不表示肥料中一定含有这些化合物。(extension.umd.edu)
制造与历史发展
工业氮肥生产以氨为核心。哈伯法利用催化剂，在高温高压下使大气中的氮与氢结合。传统制氢工艺一直高度依赖天然气和其他化石原料。氨可以直接施用，也可以转化为尿素、硝酸铵等产品。因此，氨的制造使肥料供应与工业能源消耗和二氧化碳排放紧密相连。(iea.blob.core.windows.net)
大多数磷肥通过酸处理磷矿石来制造，以提高磷的溶解性。钾肥主要来源于矿物盐类矿床，其中氯化钾和硫酸钾是重要产品。这些不同的生产路线意味着，氮肥、磷肥和钾肥依赖不同的原料和加工体系。(extension.umn.edu)
19 世纪的一项重要进展，是约翰·班内特·劳斯用硫酸处理骨料来生产过磷酸钙，并于 1842 年取得专利。1843 年，劳斯与约瑟夫·亨利·吉尔伯特开始了后来与洛桑研究所紧密相连的长期田间试验。这些试验有助于确立作物营养学的基本原理，并持续比较施用矿质肥料、施用粪肥和不施肥等处理的效果。(rothamsted.ac.uk)
施用方式与土壤中的变化
肥料可以在田间撒施、在作物附近条施、混入土壤，或以溶液形式施用。一些养分也可以通过叶面喷施或灌溉系统供给。养分管理依据土壤检测、作物需求和施用时机，使养分供应与植物吸收相匹配，同时减少损失。施肥位置很重要，因为不同养分的移动性不同，而且局部高浓度的肥料可能损伤种子或根系。(extension.umn.edu)
施入的养分会经历生物和化学转化。尿素转化为铵，而硝化作用则在氮循环中将铵转化为硝酸盐。施于土壤表面的尿素可能通过氨挥发而损失氮。磷酸盐可与铁、铝或钙的化合物发生反应，降低其即时有效性。这种固持并不一定意味着养分会永久失去有效性。土壤酸碱度、水分、矿物组成和温度都会影响这些过程。(extension.umn.edu)
环境影响与养分利用效率
未被作物吸收的养分可能留在土壤中，也可能迁移到施肥区域之外。地表径流和侵蚀会将养分输送至河流等水体，而入渗的水则可能将其带向地下水。过量的氮和磷会促成富营养化，包括藻类过度生长，以及藻类腐烂时消耗氧气、导致水体缺氧。矿质肥料和粪肥都可能造成这些养分流失。(epa.gov)
施肥也会影响向大气中的排放。施用合成氮肥或有机氮肥的农业土壤可能排放氧化亚氮，这是一种温室气体。因此，环境管理既要关注施肥后的养分损失，也要关注肥料制造过程中的排放。相关措施包括使施肥量和施肥时机与作物需求相匹配、控制径流，以及开发低排放制氨工艺，利用低碳电力驱动的电解来制取氢气。(epa.gov)