作物产量形成是在“作物-气候-土壤”系统内进行的。作物利用太阳能、二氧化碳和水合成干物质并最终形成经济产量，这主要取决于作物本身的特性、作物对气候资源和土壤肥力资源的适应性。只有当作物的特性与环境条件充分协调时，才能最大程度地利用气候和土壤资源，从而达到最高产量。了解一个地区当前及今后的作物生产潜力，对评价该地区粮食的生产能力和人口承载能力，合理开发利用自然资源，进而指导农业生产具有重要意义。一个地区的作物生产潜力估算值，通常与当地无灌溉的旱作或雨养农业历史最高单产相近。

作物生产潜力的评价方法主要有经验模型和机理模型两种。经验模型即简化模型或统计模型，主要采用以试验数据为基础的统计分析方法，依据作物生产力形成的机理，考虑光、温、水、土等自然生态因子及施肥、灌溉、耕作、育种等农业技术因子，从作物光截获特征和光合作用入手，依据作物能量转化及粮食生产形成过程，逐步订正估算作物生产潜力。其中，土壤养分供应是形成作物生产潜力的重要条件。作物生产潜力估算的经验见公式（1）：

式中为作物生产潜力；为光合生产潜力；和为温度和土壤水分的胁迫系数；为土壤肥力订正系数。计算公式为：

式中为土壤可供养分量，相当于作物从土壤中吸收的养分量；为施肥提供的养分量；为施肥前土壤所含速效养分量；为利用系数；为形成作物气候生产潜力所需养分量，可以通过试验测定及计算得出。

经验公式计算的方法较多地考虑了环境因素，较少涉及作物生长发育机理，计算过程多以作物发育阶段为时间步长，常常掩盖短时期极端气候条件对作物生长发育和产量形成的影响，计算过程中受主观因素的影响较大。另外，当时不会继续增大，施肥过多时还可能产生负效应使反而有所下降。

机理模型即作物生长模型指能定量和动态的描述作物生长、发育和产量形成过程及其对环境反应的计算机模拟程序。它能够详细地量化描述作物基本生理生态过程，把作物-土壤-大气作为一个整体，可以逐日地计算温度、水分、养分和管理措施等对作物生长发育和产量形成的影响，并且可以进行多年连续的模拟研究，获得不同气候年型下的作物生产潜力，并能够输出温度、水分、养分对作物生长发育和产量的胁迫时期、胁迫程度；还可以分析品种遗传特性的差异对作物生产潜力的影响。机理模型方法通用性强、覆盖面广，已广泛应用于作物生产潜力的估算。

但机理模型中经验公式计算的方法较多地考虑环境因素，较少涉及作物生长发育机理，计算过程多以作物发育阶段为时间步长，常掩盖短时期极端气候条件对作物生长发育和产量形成的影响，计算过程受主观因素的影响较大。