目前被确定和公认的植物必需营养元素有17种，它们分别是：碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、钼、硼、氯、镍。习惯上按照植物体干物质中的元素含量，把这17种元素划分为大量元素、中量元素和微量元素。一般把元素含量大于1/100的称为大量元素，含量大于1/1000的称为中量元素，而含量小于10000的称为微量元素。按照这样分类，大量元素有碳、氢、氧、氮、磷、钾，中量元素有钙、镁、硫，微量元素包括铁、锰、铜、锌、硼、钼、氯、镍。此外，还有许多元素未被证明是一般高等植物的必需营养元素，但对某种特定植物可能是必需的，或者对其生长发育有刺激和促进作用，这些元素被称为有益元素。当前被认为有益的元素有硅、钠、硒、钴和稀土元素。

    某一元素是否是植物必需的营养元素，有以下3条标准：

    ①它必须是植物完成整个生活周期所不可缺少的，即这种元素的缺乏会导致植物不能完成它的生活周期。

    ②缺少该元素时植物会表现出特有的症状(缺素症)，从而影响植物的生长发育，唯有补充该元素后才能恢复或预防。

    ③该元素必须直接参与植物的有益作用，而不是间接地起改善环境的作用。

    根据以上标准可知，所有的必需元素都会直接或间接影响根的生长发育。而根据现有研究显示，氮、磷、钙、锌是影响根系生长最关键的四种元素。

    氮对根系生长的影响

    氮元素的含量对根系有一定的调控和局部刺激作用，可增加根系的冠幅和干重量。在配合适量的氮肥情况下，可以促进根系生长。比如，水稻秧苗发根明显受氮素水平的影响，因为秧苗发根主要取决于秧苗茎上根原基的数量，而根原基的分化与根细胞的增长，都需要蛋白质、核酸等含氮化合物的供应。研究结果表明，茎秆基部含氮量大于1%时,不断长出新根；小于1%时，则新根停止萌发；如果含氮量在0.75%以下，老根也停止生长。因此，在缺氮的土壤上施用氮肥，对促进根的发育和伸长是必要的。小麦苗期适量追施氮肥可促进根的生长，增加次生根条数、根的干重和根系的活力。

    磷对根系生长的影响

    磷对根生长的影响，主要不是表现在根重的变化上，而是表现在单位根重有效面积的差异。在低磷条件下，根的半径减小，单位根重的“比表面积”增加，从而提高根系对磷的吸收，这是作物对磷的一种适应性调节。磷能促进根生长点细胞的分裂和增殖，苗期磷素营养充足，次生根条数增加，小麦在越冬前施磷肥，越冬后，次生根条数比不施磷的可增加1倍，随着生育期的推进，次生根对水分和养分的吸收起重要作用。

    钙对根系生长的影响

    钙多集中在生长成熟的部位，幼嫩部位含量较少，并且钙在植株体内移动难度较大，一旦缺乏时缺钙的表现首先发生在幼嫩部位，如果实脐部、顶端生长点、茎、根尖生长点等，导致生长点的分生组织生长渐弱，进而腐烂坏死。钙能稳定细胞膜，稳固细胞壁结构，同时参与信息传递，促进细胞产生与信号相对应的生理反应，如细胞分裂、物质合成等。在根中，钙能促进根尖细胞壁和细胞膜结构稳定，促进根系下扎。

    锌对根系生长的影响

    锌是植物合成生长素前体物的重要养分，对生长素的合成影响很大。生长素（吲哚乙酸）不仅是能够促进茎尖生长点的生长，更多是促进根尖生长点的生长，研究表明，植物根系中的锌含量要高于地上部分，当锌供应充足时，可在根系中积累。当锌缺乏时，叶片失绿是最明显的表现，其次是叶片变小、节间缩短，植株生长受到抑制。但同时根系生长也会受到严重抑制，从而表现根系长势弱，吸收能力差等，最终导致植株营养不良。

其他元素根系生长的影响

    钾元素：钾对作物根系生长有明显影响。钾素营养不良，小麦次生根的条数、长度及玉米须根的形成均显著减少，水稻根系中白根减少,黑根增多，根系活力下降。钾素营养良好能促进水稻中核糖核酸的合成，加速稻根中乙醇酸循环,产生更多的过氧化氢。钾还能提高过氧化氢酶的活性，增强水稻根系供氧量，在其周围形成氧化圈,抑制还原性物质的形成。另外，钾可减少稻根的分泌物使微生物的活动降低，土壤中氧的消耗相对减少，从而提高了土壤的Eh值。上述种种，都为根系生长创造了良好的环境条件，必然有利于作物的生长。

    硼元素：硼能使作物的根尖和茎生长点等分生组织正常生长，促进主根和侧根生长，根体积增大,同时也能提高根瘤菌的固氮能力。缺硼根短粗且显褐色。硼还与醇类、糖类以及其他化合物形成过氧化物，从而改善作物根部氧气的供应。

    锰：缺锰侧根几乎完全停止生长，锰对根细胞的伸长作用大于分裂作用。

    钼：增加根系养分吸收和运输速率。参与根瘤菌的固氮作用，对花生、大豆等根瘤作物是必不可少的营养元素。

    根系对营养元素的影响

    根际及根际效应对养分的吸收和活化也具有重要意义。在某些特殊情况下，根系会分泌专一性的分泌物，如禾本科植物缺铁时，根系会分泌大量的麦根酸等高铁载体，以增加铁的有效性和植物对铁的吸收。其实根系分泌物对营养元素有多种作用：（1）活化土壤养分，如苹果酸、柠檬酸、麦根酸等通过酸化土壤、改变氧化还原电位、螯合等方式，增加土壤中的磷、铁、锰、铜等养分的有效性及移动性；（2）抵御过量的铁、铝、锰以及重金属元素对根系毒害作用，如粘胶中的高分子有机物对有毒元素有明显的阻滞作用；（3）根系分泌物还能为微生物繁殖提供能源与碳源，大幅度增加根际微生物数量与活性，间接影响养分的有效性。

    此外，像菌根（是一种分布最广的微生物与高等植物之间的联合共生体）这种特殊的根系形态，在多数情况下，菌根增加寄主对磷的吸收和改善磷营养，促进寄主生长和增加产量。此外，菌根还可以增加钾、铁、锌、钼和铜等元素的吸收。