Определение оптимальных доз минеральных и органических удобрений под сельскохозяйственные культуры является ключевым вопросом системы удобрения.
Дозы удобрений на планируемую урожайность сельскохозяйственных культур могут быть определены экспериментально, путем проведения полевых опытов с удобрениями или балансовыми расчетными методами с использованием данных о затратах элементов питания на создание урожая и коэффициентов использования питательных веществ растениями из почвы и удобрений, установленных в проведенных ранее полевых опытах.
Определение доз удобрений по результатам полевых опытов дает наиболее достоверные результаты, однако из-за большой трудоемкости, высоких материальных затрат на их проведение и территориальной ограниченности использования полученных результатов, широкое распространение получили расчетные методы определения доз удобрений. Расчетные методы определения доз удобрений не могут быть боле достоверными, чем результаты полевых опытов с удобрения, поскольку для балансовых расчетов используются данные, полученные на основании полевых и производственных опытов.
Поиск методов расчета оптимальных доз удобрений, объективно отражающих потребности растений в элементах питания способствовал появлению многочисленных (более 70) малоразличимых модификаций балансовых методов расчета, отличающихся лишь включением отдельных поправочных коэффициентов на агрохимические, агрофизические и биологические свойства почвы или биологические особенности культур.
В то же время, при разработке системы удобрения определить действительно самые оптимальные дозы удобрений под различные сельскохозяйственные культуры на ротацию севооборота не представляется возможным в принципе, поскольку все, используемые для расчета величины (параметры): затраты элементов питания на единицу урожая, коэффициенты использования питательных веществ из почвы и удобрений значительно варьируют. Так, например, если среднестатистические затраты азота или калия на создание 1 т зерна пшеницы составляет 30 кг, то это не значит, что на конкретном поле в этом или следующем году они будет такими же, а если коэффициент использования растениями азота удобрений составляет в среднем 60%, то из-за непредсказуемых изменений водного, температурного режимов и других климатических условий мы не можем дать утвердительный ответ, что и в следующем году он останется таким же, а не выше или ниже. Для сравнения можно привести аналогию: если среднемноголетнее количество осадков, например, в Московской области составляет около 600 мм, то неизвестно, какое их количество и какова динамика распределения осадков по месяцам будет в следующем году.
В этой связи, программировать продуктивность посевов сельскохозяйственных культур в реальных полевых условиях невозможно. Программирование урожаев предполагает регулирование всех факторов жизни растений, что нельзя осуществить в полевых условиях. В агрохимическом аспекте оптимизацию доз удобрений или элементов питания следует рассматривать, как процесс приближения к физиологически необходимому количеству и соотношению питательных веществ в растениях, которое, как известно, меняется в течение вегетации и не может быть достигнуто.
Таким образом, поскольку при расчете доз удобрений используются данные, которые подвержены значительным колебаниям от внешних и внутрипочвенных факторов (доступность растениям элементов питания из почвы, вынос их урожаем, размер использования питательных веществ из удобрений и т. д.), то говорить об оптимальных дозах удобрений можно лишь со значительной долей условности. Тем не менее, применение, определенных расчетными методами доз азотных, фосфорных и калийных удобрений в той или иной мере близких к оптимальным позволяет значительно повысить урожайность и эффективность удобрений, по сравнению с произвольным их применением, а также существенно снизить загрязнение окружающей среды.