肥料の三要素
植物中のリンのほとんどは、核酸(デオキシリボ核酸 (DNA) やリボ核酸 (RNA))や、細胞膜を形成するリン脂質の成分である。このほか、生体のエネルギー通貨であるアデノシン三リン酸 (ATP) 、光合成に関与するリブロース-1,5-ビスリン酸、リン脂質分解酵素により細胞膜中のホスファチジル-4,5-ビスホスホイノシトールから切り出されたセカンドメッセンジャーの1,4,5-トリホスホイノシトールなども構成する。解糖系、TCA回路、ペントースリン酸経路などの中間体(グルコース-1-リン酸やフルクトース-6-リン酸)にも含まれる。
タンパク質の多くはリン酸化酵素/脱リン酸化酵素によりリン酸化/脱リン酸化される。このとき、リン酸化/脱リン酸化を受ける部位はチロシン、セリン、スレオニン残基の水酸基であり、この結果、そのタンパク質は活性化または不活性化する。このオンオフは多くの酵素や膜輸送体や転写因子の活性調節およびシグナル伝達の一部に組み込まれている。
これらの生体内での重要な働きを担うため、リンは植物の生長、種の発芽、開花に重要である。リンの含有率が高い肥料(骨粉肥料など)の施用は根の形成を助ける。
土壌中の形態は無機態と有機態のいずれかである。通常、窒素の無機態はアンモニウムイオンNH4と硝酸イオンNO3である。また、しばしば亜硝酸菌によって土壌のアンモニウムイオンは亜硝酸に変換される。有機態はバイオマスや土壌有機物であるが、植物が直接的に利用可能な有機態窒素は、無機態が腐植と会合した形態である。腐植以外の有機態窒素は、微生物に無機化されて無機態にならなければ植物に利用されない。
正電荷のアンモニウムイオンは土壌中で負電荷の粘土鉱物に保持されている。対して、負電荷の硝酸イオンは他の負電荷に保持されないため、土壌粒子に吸着されにくい。水に流され、土壌中を容易に移動する。
水田のような、酸素が少ない土壌環境ではアンモニウムイオンが主要な形態である。これは、水田土壌では好気性の硝化細菌が不活性であり、アンモニウムイオンはこの細菌による硝酸イオンへの変換を受けないためである。水田土壌でのアンモニウムイオンの吸着はラングミュア及びフロイントリッヒの吸着等温式で表すことができる。普通の畑では硝化細菌が活発であり、遊離のアンモニウムイオンは早期に硝酸イオンに還元される。
カリウムチャンネルの開閉において、リンゴ酸イオンや塩素イオンは対イオンとして、カリウムイオンとは逆方向へと移動する。
カリウムは硝酸イオンや有機酸の対イオンとして機能する。
カリウムは40種類以上の植物酵素を活性化させる。カリウムは縮合などの酵素反応の触媒であり、炭水化物とタンパク質の合成、植物体内の水分量の調節、光合成に必要なクロロフィル前駆体の合成(特に低光強度条件において)に関わる。ピルビン酸キナーゼは50 - 100 mMのカリウムで最も活性化される。
カリウムは果実の色や形状の決定にも関わり、また、Brix糖度を増加させる。したがって、カリウム豊富な土壌で高品質な果物が生産される。
他の陽イオンがカリウムイオンの代替となる場合がある。ピルビン酸キナーゼにおいてルビジウムは代替となる。カリウムにより活性化される酵素の多くでアンモニウムイオンにも活性化効果がある。アンモニウムイオンのイオン半径がカリウムイオンと近いためだと考えられている。