持續農業研究實際上是農業持續發展的生產、技術與管理體係的研究，其核心是國家或區域農業自然資源持續及其居民生存與發展的能力，以及為實現這一能力應該采取的對策與保證條件。
美國是從事持續農業理論研究最早的國家，自1987年首次提出“低投入持續農業”主張後，1990年又改為“持續農業研究與教育”，同時還提出了“高效率持續農業”和“最高經濟產量”的持續體係。“低投入持續農業”注重充分、合理、有效地利用農場內部資源，獲得經營者可以接受的農畜產品產量和經濟效益；“高效率持續農業”將農業生產的全部過程延伸到自然生態環境中的各個方麵，注重農業生態原則和各個環節的科學化管理，依靠科學技術進步，最大限度地增加農業純收益的前提下，創造一種“無風險”或“無汙染”的條件，以保護資源、環境和農業生產持續、穩定的發展。為了把兩種觀點有效地結合起來，美國農業部於1990年通過了一個農業法案，該法案的中心意思是在未來五年，美國要努力發展一種既能節約資源，又能保護環境的農業。
隨後，德國、荷蘭、日本、法國、澳大利亞等發達國家，在圍繞縮減財政開支，永續利用資源，保持生態環境和提高農場主淨收入等方麵，開展了符合本國國情的“持續農業”理論探討和實踐活動，並相繼提出了“綜合農業”（德國、荷蘭）、“環保型農業”（法國、日本）、“生態持續發展農業”（澳大利亞）。雖然提法不同，但有些共同的原則：①維持和提高農業綜合生產力。②減少或避免對農業及其有關係統的資源基礎產生不利影響。③審慎地使用化學製品，盡量減少農業化學製品的殘留影響。④有效地應付氣候和市場變化。⑤盡力獲取最理想的經濟、環境和社會的整體效益。1993年在加拿大召開的“發達國家持續農業研究”國際學術會，就發達國家持續農業的工作目標、方法論進行了討論，從發達國家已有的研究看，持續農業理論研究的基本組成主要涉及以下幾個方麵。
作物養分綜合管理（IPNM）
一、土壤養分與植物營養
自從19世紀礦質營養學說、土壤發生學說和土壤微生物學說先後誕生以來，土壤和植物營養科學已為人類做出了巨大貢獻，推動了農業的迅速發展。
眾所周知，土壤是植物的立地之本，是植物生長發育的重要物質基礎之一，特別是根際土壤的植物營養生長根際沉積、有機體和土壤結構三位一體組成的根際微生態係統，構成了滿足生長發育的最佳土壤環境條件。土壤肥力是在其他外界環境條件均適合農作物生長時，土壤對農作物以適當量和適當比例供應各種營養的總體能力。生產實踐表明，肥沃的土壤不一定高產，由此又提出了土壤生產力的概念，即在特定的耕作管理製度下，土壤生產某種農作物的能力。當前研究最多，也是最重要的研究是土壤肥力及管理的研究。包括土壤—植物係統中營養元素的遷移和物質循環、土壤肥力變化與利用方式、施肥製度與田間殘留物管理製度的關係、不同的土壤生產力及其限製因素、鬆動土壤（如礦區土壤、退化土壤）的土壤生產力恢複等。總之，土壤科學已站在全球生態環境的高度上研究土壤圈中水分、碳、氮、硫、磷和金屬元素之間的轉化、循環及其生態效應和資源效應，分析土壤與植物的辯證關係，從而運用模型生態學方法對田間無法準確剖析的土壤及各種自然過程和功能進行仿真模擬，使其成為可量化分析的精確科學。
植物營養科學是研究植物與環境之間營養物質、能量交換以及植物體內營養物質的運輸、能量轉化過程及其控製。以植物為對象，重點研究其生長發育中供應、吸收、轉化和利用新陳代謝過程中所必要的營養元素。當然也涉及各種養分和非養分物質在土壤中存在的形態、有效利用的途徑。植物營養可通過多種非土壤供應方式獲得，如葉麵噴施、葉脈吸入、莖幹注射以及溫室施用二氧化碳等。
植物營養科學主要包括九個部分：植物礦質營養生理、根際微生物係統中物質循環及其調控、逆境植物營養生理、農作物產量生理、植物營養生態學、植物的土壤營養、植物礦質營養遺傳學、肥料學以及優化平衡施肥、植物營養研究方法。近年來，植物營養學的研究進展表明，采用合理施肥、培肥土壤和遺傳改良，克服過量施用化肥的弊端，有助於保護生態環境。
二、耕作製度與作物輪作
改革耕作製度，實行合理作物輪作、間作、套種、複種，是作物養分管理的重要途徑，特別是同豆科作物的輪作，是一種非常有效的提供氮肥的方式，它有助於下茬作物在較高氮肥水平下生長，保持較高的作物產量。豆科作物提供氮肥的效應受豆科作物品種的影響，不同豆科作物品種，其固氮能力呈現出明顯差異（見表31）。從表中可以看出，大豆、蠶豆、苜蓿的固氮能力較強，即使同一作物品種，管理和物理因素不同，其固氮能力也有差異。溫室條件下不同溫度、不同種植時間對豆科作物固氮能力的影響見（見表32）。