植物利用阳光的能量将二氧化碳和水结合成有机物以维持自身的生长，这个过程叫光合作用。当然存这个过程中氮、磷、钾、硫、铁、镁和微量但又必需的“营养素”是不可缺少的。
氮是生成蛋白质的氨基酸必需的，磷则是细胞中核酸的构成元素，如果缺少植物就不能生长。我们在种植植物时，在浇水之外还要不时地施肥，这就是为了补充常常不足的营养素。
在研究营养素和植物生长之间的关系时发现，营养素的供给量是决定植物发育的重要因素。在此方面最有名的定理是以19世纪中叶在这方面成果丰富的学者的名字命名的“利比希最小律”。
在海面下100米以内的水层存在着许多肉眼看不见的浮游植物。它们利用太阳光进行光合作用。整个海洋中的光合作用产生的有机物数量和陆地上的草原和森林的植物的生产量相差无几。
海洋生物的生产能力竟然如此强大，让人难以置信。
其实这是因为浮游植物的细胞分裂增殖速度要明显快于草和树木，也就是生命循环的速度较快。
数量不断增加的浮游植物成为浮游动物的食物，浮游动物又成为鱼和鲸鱼的食物……浮游植物在最根本地保证着海洋生物的生存，所以它们被称为海洋的“第一次生产者”。
利比希最小律就是针对第一次生产者而言的。虽然在不同的海域存在一些差异，海水各成分中对于植物来说最稀缺的是氮。氮的供给量决定了第一次生产的进行（磷也同样稀缺）。
美国东海岸柯德半岛的武兹保尔海洋研究所的阿尔福莱德·莱德菲尔注意到，海洋中各种微量营养素的比例和浮游生物的平均元素组成之间有微妙的一致性。
经过全面的研究，科学家发现浮游植物在繁殖时吸收的碳、氮、磷等元素的比例随着物种的不同可能有所变化，但是整体的比例是一定的。
在光合作用过程中，平均每1个磷原子需要16个氮原子和106个碳原子来构成有机物，同时释放出276个氧原子。而当浮游生物死后这个过程就向逆方向进行，溶解在海水中的氧气将有机物氧化，释放出二氧化碳、硝酸、磷酸等。
这些元素间的关系体现在海洋中微量营养素的分布上。这个值称为“莱德菲尔比”。如果这一平衡被破坏，浮游植物的生长繁殖将受到阻碍。
在氮、磷之外还有许多元素是必不可少的。比如对于硅藻和放散虫等硅酸质壳动物，硅元素的稀缺会阻碍其生长发育。
近期的研究还表明，铁和亚铅等微量重金属也是必不可少的，如果缺少则会影响浮游植物的增殖。